107 高普考高考三級 資訊處理 資通網路 考古題詳解

核心觀念

本題測驗資通安全中防火牆（Firewall）之架構與存取控制原則，主要涵蓋兩大面向：

1. 存取控制政策（Access Control Policies）：基於資訊安全哲學的兩種基本對立策略——「預設拒絕／白名單機制（Default Deny / Whitelist）」與「預設允許／黑名單機制（Default Allow / Blacklist）」，考驗資安防護中「安全性（Security）」與「可用性（Usability / Convenience）」之權衡，以及「最小權限原則（Principle of Least Privilege）」的實踐。
2. 網路層防火牆（Network-Level Firewall / Packet-Filtering Firewall）之運作機制：理解無狀態（Stateless）或狀態式（Stateful）封包過濾防火牆運作於 OSI 模型的網路層（Layer 3）與傳輸層（Layer 4），掌握 TCP/IP 封包標頭（Header）中可用於存取控制清單（Access Control List, ACL）比對的關鍵欄位。

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解題方法

1. 第一小題（存取控制政策特性分析）：

• 採對比論述法。先界定「全面管制（Default Deny）」與「開放架構（Default Allow）」的核心哲學，再從「安全等級」、「管理維護負擔」、「使用者衝擊／可用性」與「適用情境」四個維度條列說明其特性，以展現結構化思維。

2. 第二小題（網路層防火牆檢查欄位）：

• 採協定分層法（Protocol Stack Analysis）。網路層防火牆雖名為「網路層」，但實務上廣泛涵蓋 Layer 3（IP 標頭）與 Layer 4（TCP/UDP/ICMP 標頭）。回答時依標頭層級分門別類，逐一列出欄位名稱並具體說明其「過濾機制與資安防禦目的」（如：防範偽冒、控制服務埠、防止未授權交握），切忌僅列出欄位名稱而未說明如何藉以過濾非法封包。

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選項分析

本題為標準申論題（非選擇題），無選項可供分析。考生應將重點置於答題架構的層次化、精準名詞定義與技術細節的完整性。

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解題技巧

1. 名詞對映陷阱：

• 「全面管制」＝ 預設阻擋（Default Deny）＝ 白名單政策（Whitelist）＝「未明確允許者，皆視為禁止（That which is not expressly permitted is forbidden）」。
• 「開放架構」＝ 預設允許（Default Allow）＝ 黑名單政策（Blacklist）＝「未明確禁止者，皆視為允許（That which is not expressly forbidden is permitted）」。 寫作時務必將這些同義名詞與英譯一併呈現，能大幅提高閱卷老師的給分意願。

2. 層級界定陷阱： 切勿將「網路層防火牆」過度窄化為僅檢查 IPv4/IPv6 標頭。在教科書分類（如 Stallings 或 Forouzan）中，Network-Level Firewall 即為 Packet-Filtering Firewall，標準判定範疇均包含 Layer 4 之 TCP/UDP 埠號與 Control Flags。若漏寫傳輸層欄位，失分風險極高。
3. 版面配置策略： 申論題每小題配分各 10 分，建議版面採「大標題、小點列舉、粗體關鍵字」排版，條理分明，字數控制在每小題 350～450 字為最佳。

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【答案】

(一) 防火牆基本存取控制政策特性說明

防火牆的存取控制政策（Access Control Policy）決定了進出受保護網路封包的處理原則，主要分為「全面管制」與「開放架構」兩種架構：

1. 全面管制政策（Default Deny / Whitelist 架構）

• 核心哲學：「凡未明確允許者，一律禁止（That which is not expressly permitted is forbidden）」。
• 特性說明：
• 安全性高（High Security）：嚴格落實「最小權限原則（Principle of Least Privilege）」，預設阻絕所有未定義的連線與未知威脅，可大幅縮減受攻擊面（Attack Surface），有效防範零日攻擊（Zero-Day Attack）。

核心觀念

1. 網路層與資料連結層定址架構：

• $IPv4$ 位址：屬於 OSI 網路層（Layer 3）邏輯位址，長度為 $32\text{ bits}$。基本邏輯結構包含「網路識別碼」（Network ID）與「主機識別碼」（Host ID）；在子網路劃分架構下則進一步細分為網路、子網路與主機欄位。
• $MAC$ 位址：屬於 OSI 資料連結層（Layer 2）實體位址（硬體位址），長度為 $48\text{ bits}$（EUI-48 規範）。由 IEEE 與硬體製造商共同分派管理。

2. 通訊模式與廣播機制：

• 封包傳輸模式包含單播（Unicast）、群播（Multicast）與廣播（Broadcast）。
• 廣播封包：傳送端將單一封包發送至同一廣播網域（Broadcast Domain）內的所有主機，網域內所有節點之網路介面卡均必須接收並向上傳遞至相關協定層處理。

3. 廣播位址之編碼規範：

• Layer 2 實體層級廣播使用全為 $1$ 的位元組合。
• Layer 3 邏輯層級廣播區分為「有限廣播」（Limited Broadcast）與「直接廣播」（Directed Broadcast）。

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解題方法

本題為標準的觀念申論題，答題時應按題目四個子問循序作答，兼顧層級原理、欄位長度、中英文專有名詞與具體數值表示：

1. $IPv4$ 欄位：以位址之階層化設計切入，說明 Network ID 與 Host ID 之功能，並補充子網路劃分（Subnetting）情境下的 Subnet ID，以展現答題深度。
2. $MAC$ 欄位：以 IEEE 802 規範之 $48\text{ bits}$ 架構切入，區分前 $24\text{ bits}$（OUI）與後 $24\text{ bits}$（廠商自訂編號），並說明其唯一性保障機制。
3. 廣播封包定義：從傳輸對象（一對全體）、傳輸邊界（受限於路由器與廣播網域）及節點行為（全部網卡接收並交由 CPU 解讀）三個維度進行精準定義。
4. 廣播位址數值：分別列出 Layer 2 $MAC$ 廣播位址的十六進位表示法，以及 Layer 3 $IP$ 廣播位址的兩種型態（有限廣播與直接廣播）之具體數值與特性。

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解題技巧

1. 防漏關鍵分數：第 (4) 小題詢問廣播之 $IP$ address，多數考生僅回答 255.255.255.255。閱卷評分時，「有限廣播」與「直接廣播」（Directed Broadcast，即主機位元全為 $1$ 的網定位址）並重，務必兩者皆列出方能拿滿 6 分。
2. 欄位標示附帶位元數：申論題回答欄位時，寫出位元長度（如 $24\text{ bits}$、$32\text{ bits}$）能使答案具體且具說服力。
3. 層次分明：各子問使用條列式作答，專有名詞採中英對照，利於閱卷委員快速辨識關鍵給分點。

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【答案】

一、$IPv4$ address 包含之欄位（6 分）

$IPv4$ 位址長度為 $32\text{ bits}$，採用階層式結構，主要包含以下欄位：

1. 基本階層架構（Classful Addressing / 無子網路狀態）：

• 網路識別碼（Network ID / Network Prefix）：位於位址的高位元端，用以唯一識別該主機所屬的實體或邏輯網路區段。同一個區域網路內的所有主機，其 Network ID 皆相同。
• 主機識別碼（Host ID）：位於位址的低位元端，用以在特定網路區段內唯一識別特定的網路介面（主機或路由器介面）。

2. 子網路化架構（Subnetting / CIDR 架構）：

核心觀念

本題評量重點為電腦網路之「實體層傳輸媒介分類」以及「資料鏈結層交換器迴路控制機制」：

1. 傳輸媒介（Transmission Media）分類：

• 導引式媒體（Guided Media / 有線媒體）：訊號受限於實體導體內部傳播，主要依據材料與結構分為雙絞線、同軸電纜與光纖。
• 非導引式媒體（Unguided Media / 無線媒體）：訊號透過大氣或自由空間以電磁波形式輻射傳播，主要依頻率區分為無線電波（Radio Waves）、微波（Microwaves）及紅外線（Infrared）。

2. 第二層迴路（Layer 2 Loop）與生成樹協定（STP）：

• 交換器在轉送廣播訊框（Broadcast Frame）或未知單播訊框時，會採用泛洪（Flooding）機制。
• 當實體佈線形成封閉迴路且缺乏第三層封包的 TTL（Time-to-Live）機制時，會引發「廣播風暴（Broadcast Storm）」、「MAC 位址表翻動／不穩定（MAC Address Table Instability）」及「多重訊框複製（Multiple Frame Copies）」。
• 交換器必須執行 IEEE 802.1D 生成樹協定（Spanning Tree Protocol, STP） 或其衍生協定，將網狀實體拓撲計算為無迴路的邏輯樹狀拓撲。

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解題方法

1. 第 (一) 子題切入點：

• 採結構化分類：將媒介明確拆分為「有線連接媒體（導引式）」與「無線連接媒體（非導引式）」。
• 每類列出核心項目、主要特性及典型應用規格（例如：UTP/STP、單模/多模光纖、Wi-Fi、行動通訊等），以展現紮實之網路工程基礎。

2. 第 (二) 子題切入點：

• 協定命名：開門見山指出核心協定為「生成樹協定（Spanning Tree Protocol, STP, IEEE 802.1D）」，並補充快速生成樹協定（RSTP, IEEE 802.1w）等實務主流標準。
• 機制與作用解析：
• 預防機制（破除迴路）：說明交換器如何交換網橋通訊協定資料單元（BPDU），選出根橋接器（Root Bridge）並邏輯性地阻斷（Block）冗餘鏈路，建立 Loop-Free 邏輯拓撲。
• 解決之具體危害：條列廣播風暴、MAC 位址表震盪、重複封包接收。
• 動態備援（Fault Tolerance）：說明當主要鏈路斷線時，被阻斷之連接埠如何自動切換為轉送（Forwarding）狀態，兼顧網路高可用性。

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選項分析

本題為申論簡答題，無選擇題選項。針對各類媒體與協定實務考點進行技術剖析與辨析：

1. 有線媒體辨析：

• 雙絞線（Twisted Pair）：藉由芯線雙雙絞合抵消電磁干擾（EMI）與串音（Crosstalk）。分為無遮蔽雙絞線（UTP）與遮蔽雙絞線（STP），現代區域網路以 Cat 5e、Cat 6、Cat 6A 為主流。
• 同軸電纜（Coaxial Cable）：具中心銅導體、絕緣層、金屬網遮罩與外皮。早期乙太網路（10Base2、10Base5）使用，現代主要見於有線電視寬頻（DOCSIS/Cable Modem）。
• 光纖（Optical Fiber）：以二氧化矽或塑膠利用「全反射（Total Internal Reflection）」原理傳輸光脈衝。分為單模光纖（SMF，芯徑小、長距離、高頻寬、雷射光源）與多模光纖（MMF，芯徑大、短距離、LED/VCSEL 光源）。抗電磁干擾能力最高。

2. 無線媒體辨析：

• 無線電波（Radio Waves）：頻率範圍約 $3\text{ kHz} \sim 1\text{ GHz}$，全向性傳播（Omnidirectional），具穿透障礙物能力，廣泛用於 Wi-Fi（2.4 GHz 頻段）、藍牙（Bluetooth）、行動通訊網路。
• 微波（Microwaves）：頻率範圍約 $1\text{ GHz} \sim 300\text{ GHz}$，單向性或視線傳播（Line-of-Sight），易受大氣與降雨衰減，用於視線微波塔、衛星通訊、高頻 Wi-Fi（5 GHz / 6 GHz）及 5G 毫米波。
• 紅外線（Infrared）：頻率約 $300\text{ GHz} \sim 400\text{ THz}$，無法穿透牆壁，方向性強，適用於短距離封閉空間點對點傳輸（如家電遙控器、早期 IrDA）。

3. 協定辨析：

• 傳統靜態鏈路匯聚（如 LACP）僅能解決兩台設備間之並聯，無法解決跨多台設備形成的環形迴路。
• 路由器運作於第三層（IP），封包具備 TTL 欄位可防範無限轉發；交換器運作於第二層（MAC），乙太網路訊框結構無 TTL 機制，因此必須仰賴第二層控制協定（STP/RSTP/MSTP）從根本上阻斷實體迴路。

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解題技巧

1. 記憶口訣與分類框架：

• 有線三本柱：「雙、同、光」（雙絞線、同軸電纜、光纖）。
• 無線三波段：「電、微、紅」（無線電波、微波、紅外線）。

核心觀念

本題考查物聯網（IoT）感知層的核心技術——無線射頻辨識（Radio Frequency Identification, RFID）​的基礎架構與物理層運作機制。主要包含三大核心：

1. RFID 定義與組件：由讀取器（Reader/Interrogator）、電子標籤（Tag/Transponder）及天線（Antenna）所構成。
2. 基本工作原理：無源被動式（Passive）標籤如何自讀取器的射頻場中汲取能量（能量轉換），並將內部儲存的識別碼調變回傳至讀取器（訊號傳輸與解碼）。
3. 不同頻段的電磁耦合機制：

• 近場（Near Field，$\le 13.56\mathrm{MHz}$）：波長較長，主要利用法拉第電磁感應定律的電感耦合（Inductive Coupling）​傳輸能量與訊號（採用負載調變）。
• 遠場（Far Field，$UHF$ / 微波）：波長較短，電磁波以輻射形式傳播，主要利用雷達反射原理的反向散射耦合（Backscatter Coupling）​傳輸能量與訊號。

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解題方法

本題為標準的觀念型申論題，解題切入點應精準切中閱卷老師的評分關鍵點：

• 第 (一) 小題：明確寫出英文全稱，大小寫拼字完全正確，並附上標準繁體中文翻譯。
• 第 (二) 小題：依「系統組成 $\to$ 射頻觸發與供電 $\to$ 訊號調變與回傳 $\to$ 讀取解碼」之完整資料流流程說明，結構採層次條列，展現嚴謹的通訊協定邏輯。
• 第 (三) 小題：從電磁波傳播特性切入，精確點出「電感耦合模式」與「反向散射耦合模式」，並佐以簡短物理機制（法拉第電磁感應 vs. 雷達波反射），強化論述深度。

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試題詳解

(一) RFID 英文全名

$RFID$ 的英文全名為：Radio Frequency Identification（射頻識別 / 無線射頻辨識）。

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(二) RFID 的工作原理

以最普及的無源被動式標籤（Passive Tag）為例，其運作流程與原理如下：

1. 發射射頻訊號（Request）： 讀取器（Reader）經由天線向外發射特定頻率的連續載波電磁波訊號（Interrogation Signal），形成一個能量與通訊場域。
2. 感應啟動與能量獲取（Energy Harvesting）： 當無源標籤進入該電磁場範圍時，標籤內部天線因電磁耦合感應出微弱電流，透過晶片內部的整流電容電路升壓轉換為直流電源，啟動標籤內的微晶片（Microchip）。（若為主動式標籤，則直接由其內建電池供應電力）。
3. 載波調變與資料回傳（Data Transmission）： 標籤晶片啟動後，讀取其內部非揮發性記憶體（EEPROM/ROM）中的識別碼資料（如 EPC 或 UID），並以數位訊號控制天線阻抗，將資料調變至射頻反射訊號上傳送出去。
4. 接收解調與系統處理（Demodulation & Processing）： 讀取器天線接收到標籤反射或發送的調變訊號後，經由檢波、濾波、放大與解調處理，解碼還原出標籤資料，最後透過有線或無線介面將資料傳輸至後端主機（Host Application）完成識別與業務邏輯處理。

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核心觀念

本題評量考生對 $TCP/IP$ 傳輸層（Transport Layer）核心通訊協定的掌握度，重點在於評估兩種協定在設計哲學與服務模型上的本質差異：

1. 傳輸層核心職責：提供端對端（End-to-End）之行程對行程（Process-to-Process）通訊，利用通訊埠（Port Number）進行多工（Multiplexing）與解多工（Demultiplexing）。
2. $TCP$（Transmission Control Protocol，RFC 793）：以「可靠性（Reliability）」為核心，提供連線導向、位元組串流（Byte Stream）、保證依序到達、無差錯、流量控制（Flow Control）與壅塞控制（Congestion Control）之傳輸服務。
3. $UDP$（User Datagram Protocol，RFC 768）：以「效率與低延遲（Low Latency）」為核心，提供非連線導向、資料包（Datagram）、盡力傳送（Best-Effort）、無狀態、低標頭負擔（Header Overhead）之極簡服務。
4. 應用層協定適配性：應用層協定如何依據自身對「資料完整性（無失真）」與「時效性（低延遲、即時性）」之權衡，選用最合適的傳輸層協定。

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解題方法

本題為標準的 20 分公職申論題，答題架構應分為兩大部分：

1. 差異性比較（佔 10～12 分）：

• 採「結構化比較表」搭配「關鍵構面深入說明」，能讓閱卷委員迅速掌握評分關鍵點。
• 比較構面必須涵蓋：連線機制、可靠性、流量與壅塞控制、傳輸導向與資料邊界、標頭大小、傳播模式（單播／多播／廣播）及傳輸延遲。

2. 應用層實例與原因解釋（各佔 4～5 分）：

• 分別選取最具代表性的應用層協定（如 $TCP$ 選用 $HTTP/HTTPS$ 或 $FTP$；$UDP$ 選用 $DNS$ 或 $VoIP$）。
• 切入點務必闡明：該應用的業務需求特性 $\rightarrow$ 該傳輸層機制如何滿足需求／為何另一種協定不適用。

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選項分析

本題為申論問答題，無預設選項。評分重點與論述完整性拆解如下：

• 構面一：$TCP$ 與 $UDP$ 的特性對比
• 連線與狀態：$TCP$ 須經三向交握（Three-Way Handshake）建立連線，維護狀態機；$UDP$ 隨發即送，端點不維護連線狀態。
• 可靠度機制：$TCP$ 具備序號（Sequence Number）、確認號（Acknowledgment Number）、逾時重傳（ARQ）及校驗和（Checksum）；$UDP$ 僅具備可選或基礎校驗和，無重傳與確認機制。
• 控制機制：$TCP$ 內建滑動視窗（Sliding Window）做流量控制，並具備慢啟動（Slow Start）、壅塞避免（Congestion Avoidance）等壅塞控制機制；$UDP$ 完全無流量與壅塞控制。
• 封包結構與開銷：$TCP$ 標頭長度為 $20 \sim 60$ 位元組；$UDP$ 標頭固定為 $8$ 位元組。
• 資料型態：$TCP$ 視資料為連續位元組串流（Byte Stream），不保留應用層訊息邊界；$UDP$ 保留資料包邊界（Datagram-oriented）。
• 構面二：$TCP$ 實例（如 $HTTP/HTTPS$）選用理由
• 網頁文字、腳本與資產要求 $100\%$ 正確無訛，封包遺失或失序會導致頁面崩潰或語意解析錯誤，因此必須依賴 $TCP$ 的可靠性與依序重組機制。
• 構面三：$UDP$ 實例（如 $DNS$ 或 $VoIP$）選用理由
• $DNS$：查詢與回應大多落在單一封包內，若採 $TCP$ 三向交握會增加一倍以上的來回時間（$RTT$），開銷過大；遺失時直接由應用層逾時重試即可。
• $VoIP$／即時影音：人耳與視覺對延遲與抖動極為敏感，但能容忍輕微失真；若使用 $TCP$，逾時重傳會引起傳輸暫停與延遲累積，失去即時通訊的意義。

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解題技巧

1. 表格先行：申論題比較題型優先以表格並列呈現，版面工整且能有效涵蓋所有重要得分點。
2. 緊扣機制原理，避免空泛描述：解釋應用層選用原因時，不可只寫「因為需要穩定」或「因為比較快」，必須具體提及「三向交握的延遲代價」、「重傳造成的抖動（Jitter）」、「位元組串流保證依序交付」等專業術語。
3. 常見陷阱防範：

• 切忌寫「$UDP$ 完全沒有錯誤檢查」：$UDP$ 標頭包含 16-bit Checksum，可偵測損壞並默默捨棄，但其不具備「重傳」與「確認」機制。