國考資訊處理工作室(高考二級資訊處理/高考三級資訊處理/調查局三等/關務人員三等/地方特考三等)

第一章 緒論

1-1 網路的目的與基本模式

一、網路的目的

(一)資源共享(Resource Sharing)

讓全部的 program、data、equipment 在網路上由全部 users 共用，而不受到資源所在地理位置的限制 (Tyranny of Geography)。

(二)提高可靠度(High Reliability)：分散風險

在網路上可以提供多種選擇性的支援，當某一項資源出問題時，可以在網路上找出其它可以替代的副本。此外，資料檔案也可以將數個副本分別存在於不同的機器上，以減少危險性。

(三)節省經費(Cost Reduction)

大型電腦的速度的為微電腦的十倍，但是價格卻為後者的數千倍。現今大多數系統的設計都主張每個人使用一部能力不錯的個人電腦，再將這些腦起來，並且將資料儲存在一個或多個檔案伺服器 (File Server) 上，而構成一個 LAN (Local Area Network)，使用 Client-Server model 運作。這樣一來不論是成本效益或擴充性而言皆比一部大型電腦的系統要來得好。

(四)擴增性(Scalability)較佳

可以視需要加入新的 Client 或 Server，以提昇處理能力，解決工作負載 (workload) 過高的問題。相對的，若採用大型主機 (Mainframe) 時，要提昇能力，就只有更換更大型的主機，成本極高。

(五)通訊功能(Communication)

透過電腦連線可以方便人與人之間的溝通，並提供較多的資訊的交流的機會。

(六)分散處理(Distributed Processing)

可以平衡工作負荷量，將過多的工作傳送到其它較空閒的電腦上處理，之後再將結果傳回來，以增加處理速度。將各電腦上常用的資料分別存於各電腦上，以降低資料傳輸量。

二、通訊模式(Communication model)

(一)資料來源(Source)：資料的來源，即產生所要傳遞的資料的裝置。例如電腦。

(二)發送器(Transmitter)

1.將來源的資料進行轉換 (transform) 或編碼 (encoding)，成為能夠在傳送系統

上傳送的電磁訊號 (electromagnetic signals)。

2.例如數據機 (modem) 將數位的位元串列 (digital bit stream) 轉換成類比訊號 (analog signal)，再經由電話線路傳送。

(三)傳送系統(Transmission System)

1.連接來源與目的地的訊號傳送系統。

2.其形式可能只是單獨一條傳輸線，也可能是一個較複雜的傳送網路系統。

(四)接收器(Receiver)

1.接收傳送系統所送來的訊號，將其轉換成為目的系統所能處理的資料形式。

2.例如數據機將所收到的類比訊號轉換成為數位訊號。

(五)目的地(Destination)：取得接收器所送來的資料。

1-2 通訊網路的分類(Classification of Communication Network)

一、用語(terminology)

(一)host：可以用來執行程式的電腦主機 (包括大型電腦)。

(二)子網路(subnet)

1.連接各 hosts，負責傳輸各 host 之間 messages 傳輸系統。

2.分成傳輸線和交換元件 (路由器、switch、gateway) 兩部份。

(三)transmission line：負責在各機器之間傳送 bit sequence。

(四)switching element

主要在於連接多條連線，當一條線上的送來資料時，必須查看此訊息的目的地，以便將其送往正確的線路上。例如路由器、閘道器、交換器。

二、點對點通道(Point-to-point channels)

(一)點對點通道(Point-to-point channels)：

1.使用點對點的方式來連接兩個裝置。

2.store and forward：儲存封包內容後做完處理，再選擇路徑。

(二)點對點的網路拓樸(Topology)

1.星狀網路(Star)。

2.環狀連接(Ring Structure)。

3.樹狀結構(Tree Structure)。

4.完全連接(Complete connected)：mesh topology。

5.不規則形狀(Irregular)。

※訊息傳遞：

三、廣播通道(Broadcast channel)

(一)特點

1.可以使用一組特殊的位址，將封包廣播傳送給整個網路上所有的機器。

2.屬於多點傳送，大部份區域網路與少數的廣域網路會使用廣播通道。

3.在封包 (packet) 中必須含有一個位址欄，當每部機器收到封包時，必須檢查位址是否是自己的。

(二)時間分配方式：解決碰撞問題

1.靜態分配(static allocation method)：

將通道的時間切割成片段，輪流分配給各個機器。

2.動態分配(dynamic allocation method)：

(1)集中式管理：

系統有一個 bus 仲裁器 (bus arbitrator) 做管理，決定誰可以使用 channel，例如 cable modem。

(2)非集中式管理：由各機器自行決定是否傳遞訊息，例如 CSMA/CD。

(三)廣播常用的網路拓樸

匯流排 (Bus)、環狀 (Ring)、衛星 (Satellite) 或無線電 (Radio) 線路。

四、網路拓樸(Network Topology)

[拓樸(Topology)] 10 | 89,93(2),94,96(3),98,99,104

89地三、93關三、93電員晉高、94身三、96關三、96退三、96調三、98技高、99地三、104警監二

(一)星狀拓樸(Star Topology)

由一台中央裝置與連接在四周設備所組成，中央裝置通常是集線器 (Hub)，其他裝置則各自以獨立的線路與集線器進行連接。

(二)環狀拓樸(Ring Topology)

1.拓樸上的所有節點會連接形成一個圓圈，資料則依環形順序以同一方向逐一傳遞直到到達目的設備為止。

2.採用記號傳遞 (Token Passing) 的技術來傳遞資料，只有取得該記號的設備才能傳輸資料，傳輸完成後再釋放記號供其他設備使用。

(三)匯流排拓樸(Bus Topology)

1.以一條線路來連接所有的節點，線路頭尾二端結束處以終端電阻來結束佈線。

2.網路中的任一節點都可以傳送訊息至另一個節點中，新增或刪除某一節點也不會影響到網路上的其他電腦，但是當網路資料流量大時容易產生碰撞問題。

(四)樹狀拓樸(Tree Topology)

1.各節點連接形成樹狀結構，任兩個節點間僅存在一條傳輸路徑。

2.一般樹狀網路會應用在透過數個集線器連接各網路，例如社區網路。

(五)網狀拓樸(Mesh Topology)

1.網路中的各節點均與系統中之其他所有節點存在直接相連的路徑。

2.網路節點連接成複雜的網狀結構，通常每個節點均有二個以上的傳輸路徑可以選擇，但不是任意一個節點都能與其他節點連接。例如網際網路。

※參考資料：https://en.wikipedia.org/wiki/Network_topology

※網路拓樸的比較之一：

※參考資料：kewi-區域網路的拓樸(Topology).pdf

※網路拓樸的比較之二：

※參考資料：networks2006_6pp.pdf

※網路拓樸的比較之三：

104警監二

※參考資料：

1.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%AE%8C%E5%85%A8%E5%9C%96

2.http://www.thedailyprogrammer.com/2015/10/data-communications-and-networking.html

104年警察人員特種考試刑事警察人員數位鑑識組二等網路工程

答：

略

五、通訊網路規模

(一)區域網路(Local Area Network, LAN)

1.連接的區域較 WAN 為小 (傳送距離 1~2km)，例如在一棟建築之內、或鄰近的一些建築之間、或一個校區。

2.主要的傳遞工具為集線器 (HUB)。

3.例如 IEEE 802.3 Ethernet、IEEE 802.4 Token-Bus、IEEE 802.5 Token-Ring。

(二)都會網路(Metropolitan Area Network, MAN)

1.改進區域網路中的傳輸媒介，擴大區域網路的範圍，達到包含一個城市或都會區。它是較大型的區域網路，需要的成本較高，但可以提供更快的傳輸速率。

2.例如 IEEE 802.6 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) 網路。

(三)廣域網路(Wide Area Network, WAN)

1.所涵蓋的範圍可以說是州與州、國與國、地區與地區的通訊網路，距離長 (傳送距離不受限制)，連接 LAN 與 LAN 之間的網路。

2.主要傳遞工具為路由器 (Router)。

3.例如分封交換數據網路、ISDN、B-ISDN。

※區域網路與廣域網路的比較：

※參考資料：http://content.edu.tw/junior/computer/tp_ct/content12-a.htm

六、無線網路(Wireless Networks)

(一)摩斯電碼無線通訊

(二)蜂巢式數據通訊

(三)3G行動通訊

七、網路互連(Internetworking)

1-3 協定及其相關架構(Protocols and Protocol architecture)

[網路通訊協定] 4 | 97,99,101,105

97地三、99地三、101警鑑二、105調四

一、通訊系統必須處理的相關工作

(一)傳輸系統的有效運用

1.必須能夠讓許多通訊裝置有效地共享傳輸設備，當使用者在利用傳輸系統時，有許多的技術可以用來提昇傳輸媒介整體的傳輸能力。

2.例如使用壅塞控制技術 (congestion control) 避免過多的需求進入傳輸系統。

(二)介面與訊號產生

1.裝置與傳輸系統之間交換資料的介面能力。

2.目前所使用的傳輸媒介大多以電磁訊號進行傳輸，因此，通訊時必須有產生電磁訊號的介面。

3.產生的訊號必須能夠在媒介上傳播 (propagation)，然後接收端可以進行處理。

4.同步(Synchronization)：

接收端必須能夠知道訊號何時開始傳送、何時結束以及每個訊號單元的傳送期間有多長。

(三)資料交換管理

1.通訊兩端必須協調合作，建立某種協定。

2.協定必須定義清楚如下事項：

(1)同時雙向傳輸或以輪流方式單向傳輸。

(2)一次傳輸的 (最大) 資料量。

(3)資料的格式。

(4)突發狀況的處理方式，例如錯誤檢查及校正的處理等。

(四)錯誤檢查及校正：CRC (乙太)、Checksum (TCP)、2-D Parity。

(五)流量控制

1.保證傳輸端傳送資料的速率不能超過接收端的接收與處理的速率。

2.最常用的流量控制方式是以滑動窗口 (sliding window) 來控制。

(六)定址

1.傳輸媒介是由多個裝置所共享，在傳送時必須能夠辨識兩端的裝置在的位置，因此每個裝置應該有唯一的地址。

2.若資料傳送須經過數個中繼站，則應具備路徑選擇的功能。

(七)回復：當系統出現問題時，必須能夠回復系統的正常運作。

(八)訊息格式化：傳送訊息的兩端須使用共同可以接受的資料格式。

(九)安全防範

1.應能保證只有相關的接收端能夠收到資料，其他非相關的裝置無法得到該資料。

2.保證傳輸過程中，資料不會被竄改。

3.接收端所收到的資料，必須能確認真的是由傳輸端所送出來的。

(十)網路管理

1.必須能夠對傳輸網路系統進行必要的調整 (Configuration)。

2.必須能夠監督 (Monitor) 網路的運作狀況。

3.系統失敗 (failure) 或超載 (overload) 時，能夠重新啟動。

4.妥善規劃以應付未來的成長。

※電腦網路協定：

105調四

現在最普及的電腦通訊為網路通訊，所以「通訊協定」一般都指電腦通訊的通訊協定，例如 TCP/IP、NetBEUI、DHCP、FTP 等。必須處理的相關工作如下：

1.傳輸系統的有效運用、2.介面與訊號產生、3.資料交換管理、4.錯誤檢查及校正、5.流量控制、6.定址、7.回復、8.訊息格式化、9.安全防範、10.網路管理。

※流量控制(Flow Control)與壅塞控制(Congestion Control)的比較：

※參考資料：

1.http://sls.weco.net/node/10665

2.http://sls.weco.net/node/10667

3.http://www.cs.nthu.edu.tw/~nfhuang/chap03.htm

二、定義Protocol

(一)語法(syntax)

是一種使用規則 (資料的格式或結構)。例如一個通訊協定的資料結構可以設定資料的前8個位元是傳送者的地址，第二組8個位元是接收者的地址，其餘為訊息本身。

(二)語意(semantics)：邏輯(執行結果如你所願)

資料中每一區段位元所代表的意義。某一特殊型式如何解譯？根據解譯應該採取什麼行動？例如一個代表位址的位元串，它是代表傳送訊息的經過路徑，還是傳送訊息的目的地？

(三)時序(timing)

速度的同步和順序的安排。例如資料應該以多快的速度傳送？資料何時應該傳送出去？

三、三層網路模式(A three-layer model)

(一)Network Access layer

1.處理電腦與其連接之網路間的資料交換工作。

2.傳送訊息的電腦必須提供目的地的位址，以便網路能將訊息傳送到正確的地方。

3.傳送訊息的電腦也可以要求網路提供些必要的支援，例如較高的訊息傳遞優先權，以保重要的資訊可以及時送到目的地。

4.這個層次的軟體會隨不同的網路標準而不同，例如線路交換、分封交換、或區域網路，皆有不同的運作方式，因此會有不同的軟體。

5.必須能使其上層的軟體，與不同的網路標準相獨立，使得在各種不同的網路標

準上，皆可以使用相同的上層軟體。

(二)Transport layer

1.其目的在於保障資料交換的可靠性，避免網路不穩定造成的資料錯誤 (如封包遺失)。

2.保證資料接收的順序與傳輸的順序完全相同 (利用序號與錯誤檢查碼)。

3.使上傳層軟體可以不用擔心資料傳輸的正確性。

(三)Application layer

1.針對各種不同的應用，提供不同的服務功能。例如檔案傳輸 (file transfer)、電子郵件 (electronic mail) 等。

2.不同的應用會有不同的應用程式模組負責。

四、PDU(protocol data unit)

(一)定義

將上層傳來的資料附加上控制資訊。有以下意義：

1.在網路中左右對等傳送時的資料單元，包括控制訊息、地址訊息及使用者資料。

2.在分層系統中，是指在協定中，上下傳送的資料單元，包含該層的協定控制訊息和使用者資料。例如 Bridge PDU。

(二)與OSI model相關

1.第一層實體層(Physical Layer)：bit。

2.第二層資料連結層(Data Link Layer)：frame。

3.第三層網路層(Network Layer)：packet。

4.第四層傳輸層(Transport Layer)：TCP 的 segment、UDP 的 datagram。

5.第五、六、七層應用層(Application Layer)：message 或 data。

※參考資料：http://en.wikipedia.org/wiki/Protocol_data_unit

五、網路軟體設計的要點

(一)協定架構

(二)資料傳輸規則

1.單工(Simplex)：資料只能固定單向傳送。例如電視、BB call。

2.半雙工(Half-Duplex)：

可雙向傳送，但兩個方向不可以同時傳送。例如傳真機、無線對講機。

3.全雙工(Full-Duplex)：可以雙向同時傳送資料。例如電話、電腦網路。

(三)介面與服務

※網路架構為何分層？

1.清楚定義每一層應該完成的任務。

2.將網路通訊作業折解成較小的部份，在學習了解時更加簡單明瞭。

3.防止一層中的改變更動影響其他各層，以便更迅速發展。

4.將網路元件標準化，使多家不同的廠商得以加入開發及支援。

5.讓各種不同類型的網路硬體與軟體彼此互通聲息 (跨平台)。

※分層的潛在缺點：

1.某一層的功能有可能和較低層的功能雷同，例如錯誤復原機制。

2.某一層的功能可能會需要使用到另一層的資訊，例如時間戳記值，違反各層級相互獨立。

※服務與協定的比較：

97年地方特考三等資料通訊

答：

1.Ethernet II：

Ethernet II訊框格式：

訊框是做為實體層所發送出去的資料格式，[Type] 欄位會指出後面 [Data] 欄位所採用的通訊協定，例如 0x0800H，則採用 TCP/IP；0x8137H，則採用 IPX協定。

2.TCP：

Source Port 及 Destination Port 的 Port 255以下 (含) 為 public applications；256~1023給軟體廠商銷售的應用軟體使用；1024以上則沒有特定的規定。

3.PPP：

[Protocol] 欄位是用來指出所搭乘的資料是哪種封包協定，例如 0xc021 為 LCP 協定。

4.IPv4：

[Protocol] 欄位用來表示傳輸層所用的協定，例如6表示 TCP、17表示 UDP。

5.IPv6：

將原本 IPv4 的 Protocol 欄位改為 Next Header 欄位。[Next header] 欄位用來說明下一個標頭是哪一種標頭，如果是最後一個標頭，則用來說明是哪一種封包。

※參考資料：http://teacher.tchcvs.tc.edu.tw/apple222/lan/lan_ch2.htm

99年地方特考三等資料通訊

答：

(一)TCP(Transmission Control Protocol)

1.傳輸層通訊協定。

2.連線導向性質。

3.可靠性。

4.提供端到端 (End-to-End) 的服務。

(二)IP(Internet Protocol)

1.網路層通訊協定。

2.用於路徑選擇相關功能。

101年警察人員特種考試刑事警察人員數位鑑識組二等電腦通訊

答：

暫略

六、連接導向服務與非連接導向服務

[連接導向服務與非連接導向服務] 7 | 87(2),90,93,97,98,101

87高三(2)、90調三、93地三、97關三、98警鑑二、101高三

(一)連接導向式服務(Connection Oriented Service)

1.可靠訊息串流(Reliable Message Stream)：多頁文件。

2.可靠位元組串流(Reliable Byte Stream)：遠端登入。

3.不可靠連線(Unreliable Connection)：數位語音。

(二)非連接導向(Connectionless)

1.不可靠性資料包(Unreliable Datagram Service)：電子郵件。

2.有確認的資料包(Acknowledge Datagram Service)：註冊郵件 / ACK。

3.要求-回覆服務(Request-Reply)：資料庫查詢。

※連接導向傳輸的常見程序：

※連接導向服務與非連接導向服務的比較：