高考資訊處理：電腦網路重點筆記整理

電腦網路(原資料通訊)重點整理：2011/02/12更新

Q：說明OSI 7-layer的架構與各階層功能。
A：

	層次(Layer)	主要功能
第七層	Application Layer(應用層)	提供user相關的應用功能
第六層	Presentation Layer(展示層)	資料格式或內碼轉換、加解密、壓縮解壓縮
第五層	Session Layer(會談層)	用戶間資料交 換與同步控制、管制存取安全
第四層	Transport Layer(傳輸層)	process-to-process資料傳送、流量控制、錯誤檢查
第三層	Network Layer(網路層)	host- to-host資料傳送、網路管理及網路間資料通信、設定資料交換傳遞路徑
第二層	Data Link Layer(資料鏈結層)	hop-by-hop資料傳送、壅塞控制、錯誤檢查
第一層	Physical Layer(實體層)	電氣與機械特性的規定、將資料位元送至通道上

Q：說明數位傳輸與類比傳輸。
A：

1. 數位傳輸主要使用基頻傳輸，傳輸時直接控制訊號的狀態。如以銅質纜線上的電流訊號為例，便是直接改變電位狀態來傳輸資料。
2. 類比傳輸則使用寬頻傳輸，利用控制載波(Carrier)訊號狀態來傳輸。如：AM與FM無線電廣播、類比電話系統等。

Q：說明IEEE 802.11實體層所採用的DSSS及FESS兩種不同的展頻技術。
A：

1. DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)，中文為「直接序列展頻」，此技術將每一個資料位元以n個位元延展碼取代以擴展頻寬技術。即將原來的傳遞訊號「1」或「0」，利用多個的Chips來代表「1」或「0」，如此原始訊號展開成數倍頻寬的訊號，使得原來較高功率、較窄的頻率，變成較寬的低功率頻率，以有效控制雜訊干擾並防止訊號被截取。目前在無線網路的應用上，是使用11位元的展開碼將原來的無線電波訊號展開為11倍後再傳送。
2. FHSS(Frequency-hopping spread-spectrum)，譯為「跳頻展頻」，此技術使用經由來源訊號調變的M個不同載波頻率，某一時刻訊號調變為某一載波頻率；但下一時刻又調改為另一載波頻率。例如將 2.4 GHz區間切割成70個以上的頻道，利用窄頻載波在不同的頻道間以協定的頻道跳躍順序來傳送訊號。傳送時的頻率利用虛擬亂數（pseudo random）做任意變動，但必須同步在收發兩端都知道的範圍才能正確收發。FHSS具備安全的特性，允許多種網路共存於一個實體區域中，適合傳輸頻寬窄、距離較短的無線網路應用。

Q：說明CSMA/CD與CSMA/CA的不同。
A：

1. CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)，譯為「載波感測多重存取/碰撞偵測」：先偵測通道是否有載波，若沒有時立刻傳送出訊框。若通道有其它訊框已經在傳送，則持續等候並偵測，直到沒有載波時送出訊框。若兩個stations同時發送訊框，就會發生碰撞。若偵測出有碰撞發生，不用等整個訊框傳完就立即停止傳送，如此可以節省通道頻寬，然後隨機等待一段時間再重新嘗試。這是乙太網路所使用的媒體存取控制(Media Access Control)方法，為IEEE 802.3標準所定義。
2. CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)，譯為「載波感測多重存取/碰撞避免」，主要運用了兩種方法來避免碰撞：
1. 在傳送前除了偵測頻道外還要多等一段時間，之後才可以要求頻道使用權(因無線網路傳時不能聽，或其他node之訊號到達時太弱)。channel clear -> random backoff factor -> 遞減 -> 傳！(減低碰撞機率)
2. 資料傳送之前，傳送端與接收端先互相交換控制訊框，傳送端會送一個要求傳送的控制框(RTS, Request To Send)，說明傳送的資料框長度，接收端回應(CTS, Clear To Send)後才開始傳送。資料傳送時，接收端會對每一個收到的訊框做出回應(ACK)。

                CSMA/CA的四種等待時間：

• DIFS：正常的等待時間(contension period)
• SIFS：用於傳ACK, RTS, CTS
• EIFS：用於重傳
• PIFS：用於contension free period，即AP用polling的方式決定傳送順序時
• SIFS < PIFS < DIFS < EIFS

Q：說明 Hidden Node Problem。
A：
    Node A, C 都要傳資料給 B，但 A 聽不到 C，故兩者的訊號會在 B 處碰撞而失敗。此時稱 C 對 A 而言是 hidden node。

    此問題可用 RTS 和 CTS 解決，若 A 傳 RTS 給 B 但 B 正與 C 傳，則 B 會等到 C 的傳送結束後才送 CTS 給 A。

    RTS 與 CTS 的使用時機：

1. always：很多障礙時(因很容易造成 hidden node)
2. never：沒什麼阻隔時，但仍可視情況選用
3. only：傳送大封包(為了限定頻道不受干擾，因為大封包重傳很痛)

Q：說明 Exposed Node Problem。
A：
    Node B 要傳給 A, C 要傳 D，

1. B, C 在對方的 sensing range中
2. B 不在 D 的 interference range中，A 也不在 C 的中
3. 因 B, C 會聽到對方在傳，所以另一方會被迫不能傳。但其實對接收端而言不影響

Q：服務品質(Quality of Service, QoS)保證有何要求？
A：一般QoS的要求有可靠度 (reliability)、傳播延遲(delay)、跳動(jitter)、頻寬(bandwidth)。

Q：說明封包交換網路(packet switched networks)中延遲(delay)的來源。
A：

1. propagation delay：在網路線上傳輸所花費的時間，與網路線上電子訊號跑的速度有關。
2. transmission delay：網路卡將資料傳送(或接收)資料到網路線上所花的時間，與網路卡的傳送速度有關(如高速乙太網路傳送速度100Mbps)。
3. processing delay：路由器處理Header與找路徑等所花費的時間。
4. queueing delay：在路由器上因為佇列排隊等因素而無法立刻將傳送封包到網路上造成封包停留在buffer上所花費的時間。

Q：如何降低延遲(delay)對多媒體服務的影響？
A：四種delay中以 queueing delay對jitter的影響最大，因而也影響了多媒體服務的品質。改善的方式有：

1. 使用flow control機制控制網路流量，如使用sliding window機制。
2. 使用congestion control機制控制網路上資料量壅塞的問題。
3. 使用traffic shaping機制調整傳送資料量的方式，如leaky bucket或token bucket機制。
4. 若在具提供QoS的網路上(如ATM網路)則可透過QoS機制預約相關資源以減低 delay。

Q：說明 IPv4的class等級。
A：

一般 IPV4 的使用是將32位元的IP位址以 Class A-E 五個等級來劃分:
Class A: 00000000.0.0.0 - 01111111.255.255.255 (0.0.0.0 - 127.255.255.255)
Class B: 10000000.0.0.0 - 10111111.255.255.255 (128.0.0.0 - 191.255.255.255)
Class C: 11000000.0.0.0 - 11011111.255.255.255 (192.0.0.0 - 223.255.255.255)
Class D: 11100000.0.0.0 - 11101111.255.255.255 (224.0.0.0 - 239.255.255.255)
Class E: 11110000.0.0.0 - 11111111.255.255.255 (240.0.0.0 - 255.255.255.255)
其 中在Internet用的IP Address只有Ｃlass A、B、C，Class D用作 IP multicast，Class E則為實驗用途。

子網路遮罩可以挪用Host欄位的bits作為subnet欄位，用以建立 subnet，subnet數為 2^(挪用bits數)。
而合法的IP是則為 2^(剩餘Host bits數)-2，因為全為0為該網路本身的位址，而全為1為廣播位址。

此外，在Class A、B、C中各有一些網段是作為Private IP Address：
Class A: 10.0.0.0 - 10.255.255.255
Class B: 172.16.0.0 - 172.31.255.255
Class C: 192.168.0.0 - 192.168.255.255

Q：TCP各傳輸狀態。
A：TCP Tahoe = Slow Start + Congestion Avoidance + Fast Retransmit

1. 慢速啟動(Slow Start)：若線性地增加Congestion Window的大小其增長速度太慢，故在一條TCP連線新建立時，使用Slow Start使其Congestion Window能快速成長。做法是每收到一個packet的ACK，cwnd = cwnd + 1，此階段的 cwnd 會呈指數成長。
2. 壅塞避免(Congestion Avoidance)：每收到一個 ACK，cwnd 會加 1/cwnd，也就是 cwnd = cwnd + 1/cwnd。此階段的 cwnd 會呈線性成長。
3. 快速重傳(Fast-Retransmission)：當發送端送出 packet N 時，起動計時器來等候ACK N，此時若重覆收到3個ACK N-1，則表示packet N可能已經遺失，故不必等到計時器逾時就重傳 packet N。

Q：公開金鑰(public key)、數位簽章(digital signature)與數位信封(Digital Envelop)。
A：

1. 數位簽章：發送端將要傳遞的訊息hash產生訊息摘要(Message Digest)，再將摘要用私用金鑰(private key)加密，此即數位簽章。之後將訊息與簽章傳送給接收端，接收端可利用發送端的公用金鑰(public key)解開數位簽章，並與訊息hash後的訊息摘要比對，一方面進行確認身份的動作，一方面可確保訊息的完整性。
2. 數位信封：因公開金鑰加解密太慢，故傳送者先產生一把對稱式金鑰(如DES, AES等)，以此對稱式金鑰加密要傳送的資料。接著將對稱式金鑰以接收端的公鑰加密，並連同加密後的資料一起傳送給接收端。接收端可用他的私鑰解開對稱式金鑰，再以此對稱式金鑰解密資料。

Q：說明SSL與SET的不同。
A：

1. SSL(Secure Sockets Layer)位在TCP與應用層之間，作用是提供安全連線。SSL為網路上進行加密通訊之全球化標準，主要有三大功能：伺服器鑑別、啟動加密連線、資料完整性確認。因為它並不強制對使用者這一端做身份的認證，所以很容易的就發展成普遍使用的一種機制， 在電子商務起步階段，大部分的店家都是用這種方法來做所謂安全防護。
2. SET(Secure Electronic Transaction)是運用安全技術的線上刷卡作業標準，規範了消費者，商店，付款閘道，收單銀行，發卡銀行的資料傳送、身分識別以及電子簽名等機制，用來讓信用卡資料與訂單在嚴密的安全設計下自動的傳輸與交換，這是兩大發卡組織(VISA和MasterCard)共同規範的標準，安全性與可信賴性都大大提高。SET主要應用於信用卡網路交易時之加密安全機制，提供資料的保密性(privacy)、交易的完整性(integrity)，以及持卡人和特約商店的身分認證(authentication)。

(2012.03.31更新) 

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關鍵字：高考、三級、資訊處理、電腦網路、考古題、題目、解答
參考資料：

1. 資料通訊網路、四版、學貫、劉金順譯(Forouzan著)
2. 高點考古題天地