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

113 年・專技高考・高等考試・資訊技師
試題代碼 網路原理與應用

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 pp 時,該區塊包含的位址數為:

232−p2^{32-p}

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。

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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。

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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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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/CDCSMA/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。

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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:

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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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

  1. 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。
  2. 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。

(二)網路輔助壅塞控制演算法

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