111 年 國立臺北大學資訊管理學系碩士班《計算機概論》

這組題目主要在測試考生對家用網路架構、IP 位址配置、網路連線問題診斷以及 DHCP 服務的理解。

1.1 網路拓樸繪製

此題要求繪製一個家庭網路的拓樸圖。根據題目提供的設備資訊和連接說明，我們可以逐步建構拓樸圖。

• 核心設備: Modem 和 AP 是網路的核心。Modem 連接外部網路（Public IP），並提供一個內部網路（Private IP: 192.168.0.0/24）給內部設備。AP 則連接 Modem 的 LAN port，並提供另一個內部網路（192.168.1.0/24）給連接的設備，同時具備無線連接功能。
• Modem 與 AP 的連接: AP 的 WAN port 連接到 Modem 的 LAN port。題目指定 Modem 的 LAN port 為 A, B, C, D。我們假設 AP 的 WAN port 連接到 Modem 的 LAN A port。
• Modem 的內部網路: Modem 的 Private IP 是 192.168.0.1。題目提到 Modem 的 DHCP 服務範圍是 192.168.0.0/24。PC1, PC2, NAS 的 IP 位址都在 192.168.0.x 的網段，且題目敘述它們「連接有線網路」，因此它們應直接連接到 Modem 的 LAN port (B, C, D)。
  • PC1 (192.168.0.101) 連接到 Modem 的 LAN B port。
  • PC2 (192.168.0.102) 連接到 Modem 的 LAN C port。
  • NAS (192.168.0.104) 連接到 Modem 的 LAN D port。
• AP 的內部網路: AP 的 LAN IP 是 192.168.1.1。題目提到 AP 的 DHCP 服務範圍是 192.168.1.0/24。NB 和 Camera 的 IP 位址都在 192.168.1.x 的網段。
  • NB (192.168.1.103) 連接到 AP 的 LAN port (E, F, G, H)。假設連接到 AP 的 LAN E port。
  • Camera (192.168.1.105) 也連接到 AP 的 LAN port (E, F, G, H)，但題目敘述它「連接無線網路」，所以它是透過 Wi-Fi 連接到 AP。
• 網路線類型: 有線連接使用實線，無線連接使用虛線。

拓樸圖說明:

1. 網際網路 ---(光纖)--> Modem (Public IP: 120.126.100.1/29)
2. Modem (LAN A) ---(實線)--> AP (WAN IP: 192.168.0.2)
3. Modem (LAN B) ---(實線)--> PC1 (192.168.0.101)
4. Modem (LAN C) ---(實線)--> PC2 (192.168.0.102)
5. Modem (LAN D) ---(實線)--> NAS (192.168.0.104)
6. AP (LAN E) ---(實線)--> (若有其他有線設備，但此題沒有)
7. AP (無線介面) ---(虛線)--> NB (192.168.1.103)
8. AP (無線介面) ---(虛線)--> Camera (192.168.1.105)

節點標示:

• Modem: Public IP: 120.126.100.1/29, Private IP: 192.168.0.1
• AP: WAN IP: 192.168.0.2, LAN IP: 192.168.1.1
• PC1: 192.168.0.101
• PC2: 192.168.0.102
• NAS: 192.168.0.104
• NB: 192.168.1.103
• Camera: 192.168.1.105

【答案】 繪製出符合上述說明的網路拓樸圖，並在各連接處標示使用的網路孔與線條類型。

1.2 NAS 與 Camera 連線問題診斷

此題考驗網路連線問題的診斷能力，特別是跨網段的通訊問題。

• 問題描述: NAS 無法透過 ONVIF/RTSP 連接 Camera (192.168.1.105)，但 NAS ping Camera 失敗 (100% lost)，而 NB 卻可以 ping Camera 成功 (0% lost)。

• 分析:

  • NB 可以 ping Camera: 這表示 Camera 是正常工作的，並且可以透過無線網路回應 ping 請求。Camera 的 IP 位址 (192.168.1.105) 和其所在的網路 (192.168.1.0/24) 也是正確的。NB (192.168.1.103) 和 Camera 同時連接到 AP 的無線網路，所以它們屬於同一個子網段 (192.168.1.0/24)。
  • NAS ping Camera 失敗: NAS 的 IP 位址是 192.168.0.104，它連接到 Modem 的 LAN port，屬於 192.168.0.0/24 這個子網段。Camera 的 IP 位址是 192.168.1.105，屬於 192.168.1.0/24 這個子網段。這兩個子網段是不同的，它們之間需要路由才能通訊。
  • 路由路徑: 從 NAS (192.168.0.104) 到 Camera (192.168.1.105) 的路徑是：NAS -> Modem (192.168.0.1) -> AP (WAN 192.168.0.2, LAN 192.168.1.1) -> Camera (192.168.1.105)。
  • 問題點:
    1. NAT 設定: Modem 的 NAT 設定是「enable, 但無設定」。AP 的 NAT 設定也是「enable, 但無設定」。這表示 Modem 和 AP 可能都沒有正確配置 NAT 規則來允許不同子網段之間的通訊，或者它們的預設 NAT 行為限制了這種通訊。
    2. 防火牆/過濾: Modem 或 AP 可能有內建的防火牆或過濾規則，阻止了來自 192.168.0.0/24 網段的設備 ping 或連接到 192.168.1.0/24 網段的設備，反之亦然。
    3. DHCP 範圍與閘道: Modem 的 DHCP 範圍是 192.168.0.0/24，閘道是 192.168.0.1。AP 的 DHCP 範圍是 192.168.1.0/24，閘道是 192.168.1.1。NAS (192.168.0.104) 的閘道是 192.168.0.1。Camera (192.168.1.105) 的閘道是 192.168.1.1。NAS 要訪問 Camera，需要透過 Modem (192.168.0.1) 路由到 AP (192.168.0.2)，然後 AP 再轉發到 Camera (192.168.1.105)。
    4. ONVIF/RTSP 協定: ONVIF 和 RTSP 協定使用的通訊埠 (2020 和 554) 可能被防火牆或 NAT 阻止，即使 ping 可以通，應用層的通訊也可能失敗。但此題 NAS ping 失敗，表示連基本的 IP 層連線都成問題。

• 原因推測: 最可能的原因是 Modem 或 AP 的 NAT 功能沒有正確配置，或者有防火牆阻止了兩個子網段之間的流量。由於 NAS 和 Camera 屬於不同的子網段，而 Modem 和 AP 之間是串聯關係，必須透過 Modem 和 AP 的路由和 NAT 功能來實現跨網段通訊。

  • NAS 的閘道是 192.168.0.1 (Modem)。
  • Camera 的閘道是 192.168.1.1 (AP)。
  • NAS 要訪問 Camera，需要 Modem (192.168.0.1) 知道如何將流量轉發到 AP (192.168.0.2)，然後 AP (192.168.1.1) 再將流量轉發給 Camera (192.168.1.105)。
  • 由於 NAS ping Camera 失敗，說明 Modem 或 AP 中的某個設備（或兩者）沒有正確配置路由或 NAT，阻止了 192.168.0.0/24 和 192.168.1.0/24 之間的相互訪問。
  • 一個可能的場景: Modem 的 NAT 僅僅是將 Public IP 轉換為 Private IP (192.168.0.1)，但沒有啟用 IP 分享功能（Router 功能）來路由到另一個子網段 (192.168.1.0/24)。或者 AP 的 WAN 口 IP (192.168.0.2) 雖然可以 ping 到 Modem，但 Modem 的 NAT 規則沒有允許它成為 AP 網段的閘道。
  • 更簡單的解釋: 題目提到 Modem 和 AP 的 NAT 都「無設定」。這可能意味著它們只是簡單的 NAT，沒有配置路由規則，或者它們的預設設定不允許不同子網段之間的相互訪問。

• 解法:

  1. 檢查 Modem 和 AP 的設定:
     • 確保 Modem 的 IP 分享（Router）功能已啟用，並且正確設定了路由到 AP 的 WAN IP (192.168.0.2)。
     • 確保 AP 的 WAN 口 IP (192.168.0.2) 被 Modem 正確識別為連接到另一個內部網路的設備。
     • 檢查 Modem 和 AP 的防火牆設定，確保沒有阻止 192.168.0.0/24 和 192.168.1.0/24 之間的流量。
  2. 簡化網路架構:
     • 方案一 (推薦): 將 AP 的 WAN 口連接到 Modem 的 LAN port (例如 LAN B)，然後將 AP 的 LAN port 作為另一個子網段的閘道。這樣 Modem (192.168.0.1) 仍然是整個網路的閘道，但 AP (192.168.1.1) 成為 192.168.1.0/24 網段的閘道。NAS (192.168.0.104) 的閘道是 192.168.0.1，Camera (192.168.1.105) 的閘道是 192.168.1.1。Modem 需要配置路由規則，將發往 192.168.1.0/24 的流量轉發給 AP。
     • 方案二 (更簡單): 如果 Modem 本身支援多個 LAN 網段或 VLAN，可以嘗試將 NAS 和 Camera 連接到同一個網段，或者配置 Modem 直接路由。
     • 方案三 (最簡單，但可能不符合題目要求): 將 NAS 和 Camera 都連接到 AP 的 LAN port，並將 AP 的 WAN 口連接到 Modem 的 LAN port，同時將 AP 的 NAT 功能關閉，讓 Modem 處理 NAT。這樣 NAS 和 Camera 都會從 AP 獲得 192.168.1.x 的 IP，並透過 AP (192.168.1.1) 訪問 Modem (192.168.0.1)。
  3. 檢查 ONVIF/RTSP 埠: 確保 Modem 和 AP 的防火牆沒有阻擋 Camera 的 ONVIF (Port 2020) 和 RTSP (Port 554) 服務埠。
  4. 測試: 重新 ping NAS 到 Camera，然後嘗試使用 ONVIF/RTSP 連接。

• 最貼切的解法: 根據題目敘述，Modem 的 Private IP 是 192.168.0.1，DHCP 範圍是 192.168.0.0/24。AP 的 WAN IP 是 192.168.0.2，LAN IP 是 192.168.1.1，DHCP 範圍是 192.168.1.0/24。PC1, PC2, NAS 在 192.168.0.x 網段，NB, Camera 在 192.168.1.x 網段。NAS (192.168.0.104) 閘道是 192.168.0.1。Camera (192.168.1.105) 閘道是 192.168.1.1。
  NAS 要 ping Camera，流量路徑：NAS(0.104) -> Modem(0.1) -> AP(WAN 0.2, LAN 1.1) -> Camera(1.105)。
  Modem (192.168.0.1) 必須知道如何將流量轉發到 AP 的 WAN IP (192.168.0.2)，並且 AP 必須將流量轉發到 Camera (192.168.1.105)。
  由於 NAS ping Camera 失敗，而 NB ping Camera 成功，說明問題出在 NAS 與 Camera 之間的路由或 NAT 轉發。
  原因: Modem 的 NAT 設定「無設定」可能意味著它沒有配置路由功能，或者它只做簡單的 NAT，不允許不同子網段之間的通訊。AP 的 NAT「無設定」也可能是問題所在。
  解法:

  1. 檢查 Modem 的路由功能: 確認 Modem (192.168.0.1) 是否正確配置為 router，並啟用了 IP 分享功能。
  2. 檢查 AP 的 WAN/LAN 設定: 確認 AP 的 WAN IP (192.168.0.2) 能夠被 Modem 路由，並且 AP 的 LAN IP (192.168.1.1) 是 Camera (192.168.1.105) 的正確閘道。
  3. 最可能的原因: Modem 的 NAT 設定不允許不同子網段的設備互相訪問。
  4. 解法: 在 Modem 上啟用路由功能，或者配置一個路由規則，允許 192.168.0.0/24 和 192.168.1.0/24 網段相互通信。如果 Modem 功能有限，可以考慮將 AP 的 WAN 口連接到 Modem 的 LAN port，然後將 AP 的 LAN port 作為另一個子網段的閘道，並確保 Modem 的路由表中有指向 AP 網段的路由。
  5. 另一種解法: 將 AP 設為 AP 模式 (Access Point Mode)，而不是 Router Mode。這樣 AP 就只是一個交換機加無線接入點，所有設備的 IP 都由 Modem (192.168.0.1) 的 DHCP 派發，並由 Modem 進行路由。但題目給的 AP LAN IP 是 192.168.1.1，DHCP 範圍是 192.168.1.0/24，這表明 AP 預設是 Router Mode。

本題主要考察學生對元宇宙相關技術的理解，包括 AR/VR/MR 的定義、雲端運算與 5G 在元宇宙中的應用。

2.1 Augmented Reality (AR)、Virtual Reality (VR) 與 Mixed Reality (MR) 的差異與使用情境

這三者都與擴展人類感知有關，但程度和方式不同。

• Virtual Reality (VR) - 虛擬實境:

  • 定義: VR 透過頭戴式顯示器 (如 VR 眼鏡) 完全阻隔真實世界，將使用者沉浸在一個完全由電腦生成的虛擬環境中。使用者與虛擬世界的互動是透過控制器或其他感測設備來實現。
  • 差異: 強調「完全沉浸」和「取代真實世界」。
  • 使用情境:
    • 遊戲與娛樂: 提供身臨其境的遊戲體驗。
    • 訓練與模擬: 飛行模擬、手術模擬、軍事訓練等，可以在安全的環境中進行高風險的訓練。
    • 教育: 虛擬博物館、歷史場景重現、人體結構學習等。
    • 遠距協作: 在虛擬空間中共同工作、開會。
    • 設計與建築: 虛擬參觀建築模型、產品原型預覽。

• Augmented Reality (AR) - 擴增實境:

  • 定義: AR 將電腦生成的虛擬資訊疊加到真實世界的畫面上，增強使用者對真實世界的感知。通常透過智慧型手機、平板電腦或 AR 眼鏡來實現。虛擬物件看起來像是存在於真實世界中。
  • 差異: 強調「疊加虛擬資訊到真實世界」，不取代真實世界。
  • 使用情境:
    • 導航: 在真實街道畫面上顯示導航箭頭。
    • 購物: AR 試穿衣物、AR 預覽家具在家中的擺放效果 (如 IKEA)。
    • 維修與組裝: AR 指導手冊，顯示零件裝配步驟。
    • 教育與資訊查詢: 掃描物體顯示相關資訊 (如掃描植物顯示名稱和資訊)。
    • 遊戲: 如 Pokémon GO，將虛擬角色疊加在真實場景中。

• Mixed Reality (MR) - 混合實境:

  • 定義: MR 是 AR 的進階形式，它不僅將虛擬資訊疊加到真實世界，還允許虛擬物件與真實世界進行更深度的互動。虛擬物件可以感知真實世界的物體、空間，並在其上進行遮擋或互動。MR 裝置通常是更先進的頭戴式顯示器，具備更強的感測和運算能力。
  • 差異: 強調「虛擬物件與真實世界的互動性」，虛擬與真實的界線變得模糊。
  • 使用情境:
    • 協作設計: 工程師可以在真實桌面上放置虛擬 3D 模型，並共同操作。
    • 遠端協助: 專家可以在遠端看到現場畫面，並在現場設備上繪製虛擬標記，指導現場人員操作。
    • 複雜的訓練: 模擬真實環境下的複雜操作，虛擬工具可以與真實環境中的物體發生互動。
    • 遊戲: 虛擬角色可以在真實房間裡跑動，並躲避真實家具。

總結差異:

• VR: 完全虛擬。
• AR: 在真實世界上疊加虛擬資訊。
• MR: 在真實世界與虛擬資訊之間建立互動，虛擬物件能感知和影響真實環境。MR 可以看作是 AR 的一個子集，但具有更高的互動性和整合度。

【答案】

• VR: 沉浸於完全虛擬的數位環境，取代真實世界。用於遊戲、模擬訓練、虛擬旅遊等。
• AR: 將虛擬資訊疊加到真實世界，增強對真實世界的感知。用於導航、虛擬試穿、資訊查詢等。
• MR: 虛擬物件與真實世界深度互動，能感知真實環境並在其上互動。用於協作設計、複雜訓練、遠端協助等。

2.2 組成「元宇宙」所需的元素 (除頭盔外)

這題主要考察對網際網路發展階段（Web 1.0, 2.0, 3.0）的理解，以及 Web 3.0 與元宇宙之間的關聯。

Web 1.0, Web 2.0, Web 3.0 的核心技術與主要特性

• Web 1.0 (約 1991-2004): 靜態網頁時代 (The Static Web)

  • 核心技術: HTML, HTTP, 網頁瀏覽器。
  • 主要特性:
    • 內容提供者與消費者分離: 網站內容多由專業人士製作，普通用戶主要是閱讀和瀏覽。
    • 靜態內容: 網頁內容相對固定，更新頻率低。
    • 單向溝通: 用戶只能被動接收資訊，互動性極低。
    • 個人網站與企業門戶: 網站主要是資訊發布平台。
    • 「只讀」網際網路: Read-Only Web。

• Web 2.0 (約 2004-至今): 互動與社群時代 (The Social Web)

  • 核心技術: AJAX, JavaScript 框架 (如 React, Angular), RSS, API, Social Media 平台, 雲端運算。
  • 主要特性:
    • 用戶生成內容 (User-Generated Content, UGC): 用戶不再只是消費者，更是內容的生產者（如部落格、社群媒體貼文、影片分享）。
    • 互動性與參與性: 網站設計強調用戶之間的互動、協作和分享。
    • 社群化: 社群網路和線上社群成為主流。
    • 平台經濟: 大型平台（如 Google, Facebook, YouTube）掌握大量用戶數據和流量。
    • Web API 的廣泛應用: 促進了不同應用程式之間的數據交換和整合。
    • 「讀寫」網際網路: Read-Write Web。

• Web 3.0 (未來發展趨勢): 語意網、去中心化與智能時代 (The Semantic & Decentralized Web)

  • 核心技術: 區塊鏈 (Blockchain), 智慧合約 (Smart Contracts), 去中心化應用 (dApps), 語意網技術 (Semantic Web, 如 RDF, OWL), 人工智慧 (AI), 機器學習 (ML), 數據互通性。
  • 主要特性:
    • 去中心化 (Decentralization): 數據和控制權從大型平台轉移到用戶手中，減少對單一實體的依賴。
    • 語意網 (Semantic Web): 讓機器能夠理解網頁內容的含義，實現更智能的搜尋和數據處理。
    • 用戶擁有數據與隱私: 用戶對自己的數據有更多控制權和所有權。
    • 開放性與互通性: 數據和應用程式能夠更容易地跨平台互通。
    • 信任與透明度: 透過區塊鏈技術，交易和數據記錄更透明、可信。

核心概念
本題測驗的是學生對「可解釋人工智慧 (Explainable Artificial Intelligence, XAI)」的概念、意義與設計原則的掌握程度。重點在於能說明 XAI 為何是現代 AI 系統必不可少的組件，以及常見的可解釋性屬性。

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(a) 定義 Explainable Artificial Intelligence (XAI)

Explainable AI（XAI）是指在人工智慧模型或系統的決策過程中，提供人類可理解、可驗證的解釋與說明的技術與方法。其核心目標是使模型的輸入、內部機制（如特徵重要性、決策路徑）以及最終輸出之間的關係具備 透明性，讓使用者、開發者或監管機構能夠：

• 追溯模型產生特定預測的原因；
• 評估模型是否符合倫理、法律或安全規範；
• 在發現錯誤或偏見時，能夠有效調整或重新訓練模型。

形式化上，可將 XAI 視為一個映射函數 $E$，使得對於任意模型 $f$ 與輸入 $x$，
$E(f, x) = \text{解釋資訊}$
此解釋資訊可能是特徵貢獻向量、決策樹的分支說明、模型內部激活圖等。

【答案】 XAI 是使 AI 模型在做出決策時，能以人類可理解的方式提供其內部運作與結果原因的技術與方法。

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(b) 為什麼 Explainable AI 對 AI 系統如此重要？

1. 建立信任與可接受度

   • 使用者若看不懂系統為何給出某個結果，往往會懷疑其可靠性。可解釋性提供直觀的因果說明，提升使用者對系統的信任度。

2. 法規與合規需求

   • 歐盟《一般資料保護規則》（GDPR）等法規要求「自動化決策的解釋權」。在醫療、金融、司法等高風險領域，缺乏解釋會違法或遭受訴訟。

3. 偵測與修正偏見、錯誤

   • 透過特徵重要性或局部解釋，可發現模型對敏感屬性（如性別、種族）的不當依賴，從而進行公平性調整。

4. 模型驗證與維護

   • 在模型部署後，解釋性工具能協助工程師快速定位性能退化的根因，縮短維護週期。

這題要求考生說明企業中四個不同角色的關鍵職責。

Key Responsibilities of Different Roles in an Enterprise

1. Project Manager (PM)

   • Core Focus: Planning, executing, and closing projects. Ensuring projects are delivered on time, within budget, and to the required scope and quality.
   • Key Responsibilities:
     • Project Planning: Defining project scope, objectives, deliverables, timelines, and resource requirements. Developing detailed project plans.
     • Team Management: Leading and motivating the project team, assigning tasks, and managing team dynamics.
     • Stakeholder Communication: Regularly communicating project status, risks, and issues to stakeholders, clients, and senior management.
     • Risk Management: Identifying potential project risks and developing mitigation strategies.
     • Budget and Resource Management: Monitoring project expenditures and ensuring efficient use of resources.
     • Quality Assurance: Ensuring that project deliverables meet quality standards.
     • Change Management: Managing any changes to the project scope, schedule, or budget.
     • Project Closure: Finalizing all project activities, documenting lessons learned, and obtaining final approvals.

2. Business Analyst (BA)

   • Core Focus: Bridging the gap between business needs and technical solutions. Understanding business problems and requirements, and translating them into functional specifications for development teams.
   • Key Responsibilities:
     • Requirement Elicitation: Gathering and documenting business requirements from stakeholders through interviews, workshops, surveys, etc.
     • Business Process Analysis: Analyzing current business processes and identifying areas for improvement.
     • Stakeholder Management: Facilitating communication between business stakeholders and technical teams.
     • Solution Design: Defining and documenting functional and non-functional requirements for proposed solutions.
     • Documentation: Creating various documents such as business requirements documents (BRDs), functional specifications, use cases, and user stories.
     • Testing Support: Assisting in the testing phase by validating that the developed solution meets the defined business requirements.
     • Change Analysis: Assessing the impact of proposed changes on business processes and systems.

3. Cloud Architect

   • Core Focus: Designing, planning, and overseeing the implementation of cloud computing strategies and solutions. Ensuring that