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，再將這些組合起來，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)主機(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)傳輸線(transmission line)：負責在各機器之間傳送 bit sequence。

(四)交換元件(switching element)

主要在於連接多條連線，當一條線傳送資料時，必須查看此訊息的目的地，以便將它傳送到正確的線路上，例如路由器、閘道器、交換器。

※電腦網路的構成元素：

包含終端處理設備、網路應用程式、通訊處理程式、通訊設備以及傳輸媒體。

※參考資料：107年地方特考四等計算機概要

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)] 12 | 89,93(2),94,96(3),98,99,104,110,111

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、110警監二、111技高

(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，資料會依照環形順序以同一個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到另一個節點中，新增或者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。

(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。

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

※網路拓樸的比較之一：

※參考資料：

1.kewi-區域網路的拓樸(Topology).pdf

2.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%98%9F%E5%9E%8B%E7%BD%91

3.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%92%B0%E7%8B%80%E6%8B%93%E6%92%B2

4.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%AF%E6%B5%81%E6%8E%92%E6%8B%93%E6%92%B2

5.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BD%91%E7%8A%B6%E7%BD%91%E7%BB%9C

6.劉金順-資料通訊網路四版 1-7~1-11

7.110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第三題

※網路拓樸的比較之二：

※參考資料：

1.networks2006_6pp.pdf

2.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%98%9F%E5%9E%8B%E7%BD%91

3.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%92%B0%E7%8B%80%E6%8B%93%E6%92%B2

4.https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8C%AF%E6%B5%81%E6%8E%92%E6%8B%93%E6%92%B2

※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

111年資訊技師高等網路原理與應用

答：

(一)星狀拓樸(Star Topology)

(二)環狀拓樸(Ring Topology)

(三)匯流排拓樸(Bus Topology)

※參考資料：http://www.cs.nthu.edu.tw/~nfhuang/chap01.htm

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.目前最大的廣域網路系統就是網際網路 (Internet)。

4.例如分封交換數據網路、ISDN、B-ISDN。

※參考資料：107年地方特考四等計算機概要

※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

※目前企業或個人連結至網際網路上，常用之兩種連線方式為何？

109年身心障礙人員三等資訊管理

1.有線網路：

  採用有線傳輸介質 (如雙絞線、同軸電纜、光纖等介質) 來傳輸資料的網路。

2.無線網路：

  透過無線電技術取代網路線，在區域網路上架設無線網路基地台 (Access Point, AP)，而使用者電腦必須有一片無線網路卡 (有些筆記型電腦有內建)，透過基地台與無線網路卡的無線通訊來達成無線上網的目的。

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。

※通訊協定(Communication Protocol)：

(一)定義

各種通訊協定的連接：

1.定義電腦之間能互相通訊的協議標準，網路上所有電腦都必須依照此標準來製作通訊行為，才能使電腦之間互相了解對方的意思，並且能完成其共同的任務 (job)，這個協議標準稱之為通訊協定 (Communication Protocol)。

2.並非每一部電腦只有一個規範，也許在一部電腦上可以同時存在許多協定；可以同時以不同的通訊協定和不同領域的電腦通訊。如上圖所示，在網路上也許存在著不同的通訊協定。電腦 A (如 Windows 98) 擁有 NetBEUI、TCP/IP、IPX 和 DLC 多種通訊協定，通訊行為可能如下：

  (1)電腦 A 如果想要透過網路到電腦 B 上存取檔案。電腦 B 是 Windows 2000 檔案伺服器，它們之間通訊就必須利用 NetBEUI 協定連接 (Microsoft 網路)。

  (2)如果想要透過網路到電腦 C 上瀏覽網頁。電腦 C 是 Web Server，所使用的是 TCP/IP，因此雙方必須使用 TCP/IP 協定連結 (Internet 網路)。

  (3)如果想要到電腦 D 上存取檔案。電腦 D 是 Novell 的檔案伺服器，它們之間必須利用 IPX 通訊協定連接 (Netware 網路)。

  (4)如果要和 IBM 電腦連接，就必須透過 DLC 通訊協定。

  所以，一部電腦上可以安裝多種通訊協定，與不同網路之間通訊。但是如果安裝太多通訊協定而沒有使用到，它會佔用記憶體，也會影響電腦的執行速度。

(二)層次性

通訊協定的堆疊原理：

1.通訊協定是讓電腦之間連接的依據，但是它必須能符合各種不同的環境因素，和不同的應用需求。因此，通訊協定必然是一個龐大軟體和硬體的結合體，要如何設計和實現 (Implement) 它，的確是件不容易的事。首先必須先去探討通訊協定應有的特性，再依照這些特性來制定規則及實現，也許比較容易，有關於通訊協定的特性，將它分類如下：

  (1)階層性(Hierarchical)：

     a.如同一般設計軟體一樣，將龐大的企劃案 (project) 分割成若干個獨立實體 (entity)，每個實體各自獨立實現。但是對整個企劃案而言，這些獨立實體有上下相連功能關係 (表示上一層完成工作後再交給下一層)，此特性稱之為階層性或層次性 (Layered)。

     b.通訊協定就是利用層次性的關係，將整個通訊協定分為若干個層次來分別實現。

  (2)功能性(Functionality)：

    將整個通訊協定應該具有的功能區分為數個層次，每一層次處理某一特定功能，層次之間的功能不能互相衝突，因此，層次也稱之為功能層 (Function Layer)。

  (3)隔離性(Isolationality)：

    因為每一層次都是獨立的，所以上下層次間沒有絕對的從屬關係，不會因上下層的更動而影響本層次的功能，本層次的變動也不會影響上下層次的功能，也就是說層次間具有隔離性。此特性為通訊協定堆疊的基本原理。

2.使用圖 (a) 開會程序的結構圖來說明層次性的堆疊關係，例如將臨時動議的層次抽離，而改用餐會層次，這對原來提案表決和散會的層次沒有影響。也就是說，對整個開會的程序並沒有改變，而變更某一層次也許是因當時環境的需求。按照這個特性，視不同的環境需求，將通訊協定堆疊成不同的架構，這就是通訊協定最重要的特性堆疊原理。

3.實務上如圖 (b) 所示，電子郵遞的應用，依照不同環境也許會使用到 Token-Ring或 Ethernet 的層次，但其對其它層次的工作並沒有影響。甚至對使用者而言，某一層次的替換也不會影響其工作型態，這也稱為透通性(Transparency)。

(三)堆疊原理(Protocol Stack)

通訊協定的介面與前端對前端協定：

如果建構一個通訊協定，可以依照所需求的功能和環境因素，尋找所需要的功能層次將它們堆疊起來便可以完成，也稱為協定堆疊 (Protocol Stack)。但是要這些功能層次能堆疊起來，必須考慮到它們之間連結的介面 (Interface)、和相對對方電腦之間前端對前端協定 (Peer-to-Peer Protocol) 的技術問題，說明如下：

1.層次介面(Layer Interface)：

  (1)任何層次都將依照它的功能製作成一個獨立實體 (entity)，每一層次都必須提供它對上一層或對下一層的連結程式，這一個連結程式稱之為層次介面。

  (2)這個觀念就如同硬體介面一樣，當主機板要和 I/O 介面卡 (如 VGA 顯示卡)連接時，必須透過標準介面 (如 PCI 介面)，這標準介面定義每個連接接腳 (pin) 的訊號方式。

  (3)軟體介面程式也是一樣，但它是利用程序呼叫 (Procedure Call) 所攜帶的參數來作訊息的傳遞，上下層次之間便利用此程序呼叫，該程式就稱為介面程式 (Interface Procedure)。

  (4)如上圖所示，將通訊協定依照功能區分為七個層次，每一層次和它的上下層之間的聯繫，便需要透過介面程式來連結。

  (5)如果將這些介面程式制定成標準格式，各家廠商在發展通訊協定時，由自己的特殊方法製作層次內所需要的功能，但是層次之間的介面程式依照標準格式製作。如此，不同廠商所發展的通訊協定便很容易結合，達到通訊協定堆疊的功能。

2.前端對前端協定(Peer-to-Peer protocol)：

  (1)互相連線中的電腦，依照通訊協定所需要功能區分為數個層次，每一層次負責某一個部分功能，因此，通訊雙方的相對層次之間就必須協議出共同的工作模式，這個協議稱為前端對前端協定 (Peer-to-Peer protocol)。

  (2)如果互相通訊中的電腦，它們的通訊協定中所有層次都能協議出共同認定的方法來通訊，對整個通訊協定而言，它們已經依照共同協議在互相通訊，整個通訊協定的製作便算成功。但是在不對稱的層次間 (如第四層和對方第六層或第五層) 沒有關係，依照此方法才能將各個功能層次完全分割出來，也才能容易地實現網路上通訊協定。

3.層次之間的介面連接：

  通訊軟體之間的連線與通訊：

  (1)一般主機電腦都屬於多元程式系統 (Multiprogramming System)，也就是說在一部電腦內也許會有多個應用程式同時在執行。

  (2)每一個應用程式呼叫任何一層通訊協定時，所產生的程式稱之為通訊軟體。

  (3)一個應用程式在每一層裡也許會產生一個以上的通訊軟體，這些上下層的通訊軟體之間的聯繫就必須透過服務存取點 (Service Access Point, SAP)。

  (4)所謂服務存取點就是層次介面程式所產生的邏輯編號，每一個邏輯編號也代表一條虛擬鏈路 (Virtual Link)。

  (5)如上圖所示，第 N+1 層通訊軟體呼叫第 N 層通訊協定，所產生的服務存取點，便表示已經銜接 (Attach) 到第 N 層，第 N 層也用同樣的方法連接到第 N-1 層。

  (6)兩端應用程式就是利用這些虛擬鏈路串接在一起，這也稱為連線(Connection)。依照這些特性所攜帶的訊息才能使通訊雙方同等層次之間溝通，也就是所謂通訊協定的製作。例如上圖之中，通訊雙方的第 N 層之間的協定。

※參考資料：

http://www.tsnien.idv.tw/Manager_WebBook/Book_PDF/%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E7%AB%A0%20TCP_IP%20%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E7%B0%A1%E4%BB%8B.pdf