113 專技高考高等考試 資訊技師 網路原理與應用 考古題詳解
第 一 題20 分
請試述下列名詞之意涵:(每小題 5 分,共 20 分)
(一) NTN(Non-Terrestrial Network)
(二) CIDR(Classless Inter-Domain Routing)
(三) IP Spoofing
(四) L4S(Low Latency, Low Loss, Scalable throughput)
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核心觀念與解題方法
本題是四個網路名詞的定義題,作答時應依序說明英文全名、核心概念與主要用途。重點在於分清楚各名詞所處的網路層次與解決的問題:NTN 著重非地面通訊網路,CIDR 著重 IP 位址配置與路由彙總,IP Spoofing 是偽造封包來源位址,L4S 則是降低佇列延遲並維持可擴展傳輸效能的網路機制。
(一)NTN(Non-Terrestrial Network)
核心觀念: NTN 為「非地面網路」,泛指以非地面平台提供或延伸通訊服務的網路。平台包括衛星(如低軌、中軌或地球同步軌道衛星)、高空平台,以及無人機等。它可與地面行動網路整合,提供地面基地台難以涵蓋區域的連線服務。
解題重點: 說明 NTN 的關鍵在於「通訊節點位於地面網路之外」,並舉出平台及用途。例如,衛星通訊可涵蓋偏遠地區、海域或災害現場,也可作為地面網路的補充或備援。NTN 並非只指衛星網路;衛星是其中重要的一類非地面平台。
解題技巧: 看到 NTN,可聯想到「地面網路的涵蓋延伸與補充」,並避免將其範圍限縮為單一軌道或單一衛星系統。
(二)CIDR(Classless Inter-Domain Routing)
核心觀念:
CIDR 中文常譯為「無類別域間路由」,以可變長度的網路前綴取代傳統 A、B、C 類別位址的固定網路遮罩。CIDR 前綴以斜線表示,例如 192.168.1.0/24,其中 /24 表示前 24 位元為網路前綴,其餘 8 位元為主機部分。
IPv4 中,前綴長度為 時,該區塊包含的位址數為:
CIDR 也支援路由彙總:若多個連續網路具有共同前綴,可用一筆較短的路由前綴表示,減少路由表項目。
解題重點: 作答須同時點出兩項作用:彈性配置不同大小的位址區塊,以及彙總路由、縮減路由表。CIDR 前綴越長,位址區塊越小;前綴越短,涵蓋的位址越多。
解題技巧: 不要把 CIDR 只寫成「用斜線表示子網路遮罩」。斜線表示法是表達方式;無類別的前綴配置與路由彙總才是核心概念。
(三)IP Spoofing
核心觀念: IP Spoofing(IP 位址偽造)是攻擊者在 IP 封包標頭中填入偽造的來源 IP 位址,使封包看起來像由其他主機或網路送出。
第 二 題20 分
被稱為 Wi-Fi 7 的 IEEE 802.11be 無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)制定規格過程中引進下列技術優化傳輸效能,請詳細說明其運作原理。(每小題 5 分,共 20 分)
(一) Multi-link Operation(MLO)
(二) Preamble Puncturing Operation(又稱為 Punctured Transmission)
(三) Multi-RU(MRU)
(四) Multi-AP Coordination
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核心觀念
本題考查 IEEE 802.11be(Wi-Fi 7)如何提升 WLAN 的頻譜使用效率、傳輸速率與多使用者傳輸效能。四項技術分別從不同層面改善傳輸:
- MLO:同一裝置透過多個無線鏈路傳輸。
- Preamble Puncturing:避開受干擾的子頻道,使用其餘可用頻寬。
- Multi-RU(MRU):讓單一使用者取得多個資源單元。
- Multi-AP Coordination:多個基地台協調時間、頻率或空間資源。
解題方法
作答時可依「運作方式 → 解決的問題 → 效能收益」說明。每項都要指出它改變的是鏈路、頻道、資源分配,或基地台間的協同方式,避免只寫「提升吞吐量」。
(一)Multi-link Operation(MLO)
運作原理: 支援 MLO 的裝置稱為 Multi-Link Device(MLD),可將多個頻帶或頻道上的鏈路整合為同一個邏輯連線。例如 AP 與終端可同時建立 5 GHz、6 GHz 等鏈路;MAC 層可將資料分配至不同鏈路傳送,接收端再整理資料。
MLO 可採不同傳輸模式:支援多條鏈路同時傳送與接收時,可讓多鏈路並行工作;若硬體或鏈路間干擾限制同時收發,也可依可用能力選擇鏈路或安排收發時序。規格以 STR(Simultaneous Transmit and Receive)與 NSTR(Non-Simultaneous Transmit and Receive)等能力區分相關操作限制。
效能收益: 多鏈路並行可提高總吞吐量;傳輸亦可依鏈路的忙碌程度與品質調度,降低單一頻道壅塞造成的延遲。若某鏈路品質下降,資料仍可透過其他可用鏈路傳輸,提升連線韌性。
作答要點: MLO 是多鏈路協同,不等於單純把頻道加寬;實際效益取決於 AP 與終端支援的鏈路數、射頻能力及操作模式。
(二)Preamble Puncturing Operation(Punctured Transmission)
運作原理: 當寬頻道中的部分子頻道受干擾或被其他傳輸占用時,發射端可將該部分「打孔」排除,不在該頻段傳送資料,並在頻道其餘可用部分傳送。接收端透過前置碼(preamble)及相關訊號得知本次傳輸使用的頻寬配置與被排除部分。
例如,一個寬頻道的中間部分受到干擾時,傳統作法可能必須退回較窄的連續頻寬;採用打孔後,仍可使用剩餘頻譜,減少頻道中一小段受干擾便浪費整個寬頻道的情形。可打孔位置與頻寬組合須符合規格限制,且主要頻道等必要部分仍須符合傳輸規範。
效能收益: 提高頻譜利用率,並在局部干擾或頻譜占用下保留較大的有效傳輸頻寬。
作答要點: 打孔是「不在特定子頻道傳送」,不是把干擾訊號消除,也不是在被打孔頻段照常傳資料。它讓其餘可用頻譜繼續運作。
(三)Multi-RU(MRU)
運作原理: OFDMA 將頻道切分為不同大小的資源單元(Resource Unit, RU),再分配給使用者。較早的分配方式常以單一 RU 對應一個使用者;MRU 則允許一個使用者在同一次傳輸中取得多個 RU。
第 三 題20 分
IEEE 802.3 乙太網路之半雙工模式採用 CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)作為媒體存取控制(Media Access Control,MAC)通訊協定。IEEE 802.11 無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)採用 CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)作為 MAC 通訊協定。請回答下列問題:(每小題 5 分,共 20 分)
(一) 從媒體存取機制與特性觀察,說明 CSMA/CD 與 CSMA/CA 五種相同處。
(二) 從媒體存取機制與特性觀察,說明 CSMA/CD 與 CSMA/CA 五種差異處。
(三) 在 CSMA/CD 中,時槽是根據什麼推算出來?主要用途為何?
(四) 若不更動 IEEE 802.11 WLAN 實體層,其 MAC 層改用 CSMA/CD 協定,說明五種可能的問題與挑戰。
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核心觀念
本題比較兩種共享媒體的存取協定:
- CSMA/CD:乙太網路半雙工模式使用的「載波偵聽、多重存取、碰撞偵測」協定。傳送端先偵聽媒體,傳送期間也監聽是否發生碰撞;偵測到碰撞後停止傳送,等待隨機退避時間再重傳。
- CSMA/CA:IEEE 802.11 WLAN 使用的「載波偵聽、多重存取、碰撞避免」協定。無線端難以在傳送時可靠偵測碰撞,因此以等待間隔、隨機退避,以及 ACK、RTS/CTS 等機制降低碰撞風險。
解題時,先從「共用媒體、先聽後傳、隨機退避」整理相同處,再比較「碰撞如何處理、媒體特性、確認機制與應用環境」。
解題方法
(一)CSMA/CD 與 CSMA/CA 的五種相同處
- 均為多重存取協定:多個站台共用同一傳輸媒體,需依 MAC 規則競爭傳送權。
- 均先進行載波偵聽:傳送前先檢查媒體是否忙碌;媒體忙碌時,站台須延後傳送。
- 均屬競爭式媒體存取:站台沒有永久專用的傳輸時槽,而是依媒體狀態與協定程序爭取傳送機會。
- 均可能發生傳送衝突:兩個以上站台可能在彼此未察覺對方傳送的情況下同時開始傳送。
- 均使用隨機退避降低重複衝突:等待一段隨機時間後再嘗試傳送,使競爭站台錯開重試時機。
(二)CSMA/CD 與 CSMA/CA 的五種差異處
| 比較面向 | CSMA/CD | CSMA/CA |
|---|---|---|
| 1. 主要策略 | 碰撞發生後加以偵測並處理 | 傳送前及傳送過程中採取措施避免或降低碰撞 |
| 2. 碰撞處理時機 | 傳送中偵測碰撞,立即中止並進入退避 | 傳送端通常無法可靠偵測碰撞,因此以退避、等待間隔等方式降低碰撞 |
| 3. 傳送端是否監聽碰撞 | 可在傳送期間監聽媒體狀態 | 無線端傳送時接收能力受自身訊號影響,通常不採用碰撞偵測 |
| 4. 確認方式 | 傳統半雙工乙太網路以碰撞偵測及重傳處理,不以每個資料框的 ACK 作為基本機制 | 802.11 接收端通常以 ACK 確認成功接收;未收到 ACK 時,傳送端會依規則重試 |
| 5. 主要使用環境 | 傳統共享式、有線半雙工乙太網路 | 無線區域網路,包含可能因遮蔽或距離而互相聽不到的站台 |
(三)CSMA/CD 的時槽如何推算?用途為何?
CSMA/CD 的時槽(slot time)依據網路中最遠兩端的往返傳播延遲推算,並須納入訊號傳播及中繼器等設備造成的延遲。最遠端傳送的訊號必須有時間傳回起始端,讓起始端仍能在傳送期間偵測到碰撞。
第 四 題20 分
網路內容服務供應商希望可以更快、更可靠地將網路內容傳遞給用戶。內容傳遞網路(Content Distribution Network,CDN)可達成高效能、可延伸性及低成本的網路內容傳遞給用戶。請回答下列問題:(每小題 5 分,共 20 分)
(一) 說明用戶透過何種通訊協定從 CDN 網路取得內容與其運作方式。
(二) 若 CDN 伺服器建置採取 Enter Deep 策略,說明其優點。
(三) 若 CDN 伺服器建置採取 Bring Home 策略,說明其優點。
(四) 為了降低運營成本與通訊傳送延遲,將 P2P(peer-to-peer)技術融入 CDN 部署和管理的技術稱為 P2P-CDN,說明其運作原理。
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核心觀念
本題考查內容傳遞網路(Content Distribution Network,CDN)的內容取得方式、伺服器佈建策略,以及將點對點(Peer-to-Peer,P2P)技術整合至 CDN 的運作原理。CDN 透過分散在不同網路位置的快取伺服器,將內容放近用戶,減少回原始伺服器(origin server)取用資料的次數與傳輸距離。
解題方法
依序掌握四個重點:用戶如何被導向適當的 CDN 節點、節點部署位置的取捨,以及 P2P 如何讓用戶端也參與內容分發。
(一)用戶透過何種通訊協定從 CDN 網路取得內容與其運作方式
用戶通常透過 HTTP 或 HTTPS 從 CDN 取得網頁、圖片、影片等內容。
典型流程如下:
- 用戶以網域名稱請求內容,先經由 DNS 查詢 CDN 所提供的服務網域。
- CDN 透過 DNS 回應、HTTP 重新導向或其他流量導向機制,依用戶位置、網路狀況及伺服器負載,選擇合適的邊緣伺服器。
- 用戶端向該邊緣伺服器發出 HTTP/HTTPS 請求。若快取中已有且仍有效的內容,邊緣伺服器便直接回傳。
- 若內容尚未快取或已過期,邊緣伺服器向上游快取或原始伺服器取得內容,再回覆用戶,並依快取政策保存副本供後續請求使用。
因此,CDN 的關鍵是以 HTTP/HTTPS 提供內容,搭配 DNS 或其他導向機制選擇節點,並以分層快取減少用戶到原始伺服器的往返。
(二)CDN 伺服器採用 Enter Deep 策略的優點
Enter Deep 是將大量、較小型的 CDN 伺服器深入部署至接近用戶的網路,例如接取網路或 ISP 的邊緣位置。其優點包括:
- 降低延遲:縮短用戶至 CDN 伺服器的網路距離及往返時間。
- 減少骨幹網路流量:熱門內容可在接近用戶處回應,減少跨網路與長距離傳輸。
- 改善用戶體驗與可靠性:內容由鄰近節點提供,網路壅塞或遠端鏈路故障對服務的影響較小。
- 更貼近區域需求:可依各地用戶的內容需求安排快取。
(三)CDN 伺服器採用 Bring Home 策略的優點
Bring Home 是將 CDN 伺服器集中部署於少數大型、連線品質良好的資料中心或網路匯集點,再透過骨幹網路服務各地用戶。其優點包括:
- 管理與維護較簡單:伺服器集中,部署、監控、更新及故障處理較容易。
- 設備與營運成本較低:不必在大量接取網路部署許多小型節點,可減少設備、機房及現場維護成本。
第 五 題20 分
當網際網路路由器發生壅塞造成封包遺失,可能導致網路應用服務品質下降。請回答下列問題:(每小題 10 分,共 20 分)
(一) 說明端到端(end-to-end)壅塞控制演算法的特點,並舉出兩種常見的演算法。
(二) 說明網路輔助(network-assisted)壅塞控制演算法的特點,並舉出兩種常見的演算法。
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核心觀念
本題考查壅塞控制中,控制資訊由誰提供。路由器壅塞時,封包延遲增加或遺失,傳送端須調整傳送速率,以避免壅塞惡化並維持服務品質。
- 端到端(end-to-end)壅塞控制:網路不直接告知壅塞狀態;傳送端根據端到端觀察到的封包遺失、延遲或 ACK 回饋,推測網路是否壅塞,再調整傳送速率。
- 網路輔助(network-assisted)壅塞控制:路由器或其他網路設備直接提供壅塞狀態或控制訊號,讓傳送端依據明確的網路回饋調整速率。
兩者的判斷關鍵,是網路設備是否直接提供壅塞資訊。
解題方法
先辨認壅塞資訊的來源,再各舉兩種演算法。端到端控制的資訊來自傳輸端點觀察到的結果;網路輔助控制則由網路設備明確回報。因此,說明特點時要交代「訊號來源」及「傳送端如何因應」,舉例時再對應常見機制。
(一)端到端壅塞控制演算法
特點
網路中的路由器不直接通知傳送端壅塞狀態,傳送端只能觀察端到端傳輸結果來推估。例如,封包遺失可能代表路由器佇列已滿;往返時間(RTT)增加則可能代表佇列逐漸累積。傳送端據此調整壅塞視窗或傳送速率。
此方法不要求路由器配合修改控制機制,適合部署在網路端點;但壅塞狀態是間接推估,反應可能較不精確或較慢。
常見演算法
- TCP Reno:以封包遺失作為壅塞訊號,搭配慢啟動、壅塞避免、快速重傳與快速復原調整壅塞視窗。發生逾時通常視為較嚴重壅塞,將壅塞視窗大幅降低;收到三個重複 ACK 時,則進行快速重傳與快速復原。
- TCP Vegas:比較實際吞吐量與依據基礎 RTT 推估的預期吞吐量,利用兩者差距估計網路佇列中的封包量;當差距顯示佇列逐漸累積時,便調整傳送速率,避免等到封包遺失才反應。