OSI模型

OSI（Open Systems Interconnection）模型是一個網絡架構模型，由七個層次組成。從底層到頂層分別是：實體層、資料連結層、網路層、傳輸層、會議層、展示層和應用層。每一層都有其專屬的任務和協議，用於確保網絡通信的順利進行。

1. 實體層（Physical Layer）: 這一層處理與硬件相關的事項，包括電壓、電流、編碼以及信號線路。
2. 資料連結層（Data Link Layer）: 主要負責創建和解除網絡連接。它使用MAC地址來確保IP資料單元能夠到達正確的目的地。
3. 網路層（Network Layer）: 這一層負責IP資料單元的路由和轉發，以及網絡地址（IP地址）的選擇和管理。
4. 傳輸層（Transport Layer）: 它提供了端到端的通信服務，可以保證IP資料單元按照順序和完整性來傳輸。
5. 會議層（Session Layer）: 負責在兩個通信系統之間建立、管理和終止會話（Session）。
6. 展示層（Presentation Layer）: 這一層處理數據的編碼和解碼，包括數據結構的轉換和數據的加密或解密。
7. 應用層（Application Layer）: 這是最接近用戶的一層，提供了多種應用服務，例如電子郵件（SMTP）、文件傳輸（FTP）和網頁瀏覽（HTTP）。

TCP/IP 模型

TCP/IP 模型是另一種網絡架構模型，通常分為四個層次：連接層、網際網路層、傳輸層和應用層。這個模型是網際網路的基礎，廣泛用於各種網絡通信。

1. 網路存取層（Link Layer）: 相當於OSI模型的實體層和資料連結層，負責物理和數據鏈路問題。
2. 網際互聯層（Internet Layer）: 負責IP地址的分配和IP資料單元的路由。
3. 傳輸層（Transport Layer）: 同OSI模型的傳輸層，負責確保IP資料單元的正確傳輸。
4. 應用層（Application Layer）: 包含各種用於數據交換、電子郵件、文件傳輸等的協議。

IP、TCP、UDP與DNS

IP

運作在網際網路層，負責定位和定義由多個連接網絡組成的網絡中的機器。

• 主要功能：

  1. 地址定位: 每一個接入網際網路的設備都會有一個唯一的IP地址，用以定位該設備。
  2. 路由和轉發: 當IP資料單元需要從一個網絡傳輸到另一個網絡時，IP協定負責找到最佳路徑並將IP資料單元轉發到正確的目的地。
  3. 分片和重組: 如果網絡間有最大傳輸單位（MTU）的不同，IP協定可以將大IP資料單元分片成較小的單位，並在達到目的地後重新組合。
  4. 錯誤處理: IP協定包括一些基本的錯誤檢測和報告機制，但不負責錯誤修復。

• IP版本：

  • IPv4: 目前最廣泛使用的版本，但由於地址空間有限，逐漸被IPv6取代。
  • IPv6: 為了解決IPv4地址耗盡的問題，提供了更多的地址空間。

• IPv4 vs IPv6 :

TCP（Transmission Control Protocol）

運作在傳輸層，為兩台電腦之間提供可靠的、有序的和無差錯的數據通信。

• 主要功能：

  1. 連接建立和終止: TCP使用三次握手（Three-Way Handshake）來建立一個連接，並用四次握手來終止連接。
  2. 數據傳輸: TCP確保數據以有序，無差錯的方式從源點傳送到目標點。
  3. 流量控制: 透過窗口機制，TCP能確保數據傳輸的流暢，防止網絡擁塞。
  4. 錯誤檢測與修復: TCP利用校驗和（Checksum）來檢測數據是否在傳輸過程中出現錯誤，並使用自動重傳（Automatic Retransmission）來修復丟失或出錯的IP資料單元。
  5. 可靠性: 能夠確保在網絡不穩定或IP資料單元丟失的情況下，數據仍能準確無誤地到達目標。

• How？
  

  1. 建立連接: 通過三次握手來建立連接:
     1. SYN1（同步）: 客戶端發送一個SYN（synchronize）包到服務器，表示希望建立連接。
     2. SYN2-ACK1（同步確認）: 服務器收到SYN包後，返回一個SYN-ACK（synchronize-acknowledgment）包作為回應。
     3. ACK2（確認）: 客戶端再次發送一個ACK（acknowledgment）包給服務器，確認已經收到了SYN-ACK包。
  2. 數據傳輸: 數據被切割為小的IP資料單元，並按照特定的順序進行傳送。
  3. 確認機制: 每傳送一個IP資料單元，都需要接收端回傳一個確認（ACK）。
  4. 終止連接: 通過四次握手來終止連接。

UDP（User Datagram Protocol）

在傳輸層運作，較為簡單、快速，但不保證資料的可靠性（數據的順序或完整性）。

• 主要功能：

  1. 無連接: UDP不需要建立和終止連接，這意味著它能更快地開始傳輸數據。
  2. 數據傳輸: 將數據封裝成IP資料單元（Datagram）並直接發送，而不確保其順序或完整性。
  3. 低延遲: 由於沒有連接建立和數據確認過程，UDP通常具有比TCP更低的延遲。
  4. 簡單性: UDP協定的頭部信息較少，進而減少了數據報的大小和處理複雜性。

• How？

  1. 封裝IP資料單元: 將應用層數據封裝成UDPIP資料單元。
  2. 發送IP資料單元: 直接將IP資料單元發送到目標地址，無需先建立連接。
  3. 接收IP資料單元: 目標端接收到IP資料單元後直接處理，不進行確認。

• 應用場景：

  • 串流媒體服務: 如影片播放，實時性優於數據完整性。
  • VoIP（語音通過網際網路協定）: 如Skype或Zoom，需要快速傳輸但可以容忍一些數據丟失。
  • 線上遊戲: 高實時性要求。
  • DNS查詢: 通常只需要一個簡單的請求和應答。

DNS（Domain Name System）

在應用層運作，將人類可讀的網址轉換為 IP 地址。如www.example.com）轉換為相應的IP地址（如192.0.2.1）的分散式系統。

• 主要功能：

  1. 名稱解析: 將域名轉換成相應的IP地址。
  2. 反向解析: 將IP地址轉換回對應的域名。
  3. 緩存: 臨時存儲先前查詢的結果以提高效率。
  4. 負載平衡: 通過返回不同的IP地址，可以將用戶流量分散到不同的服務器。

• How？

  1. 查詢開始: 當你嘗試訪問一個網站（例如www.example.com）時，瀏覽器會首先問問你的本地DNS服務器是否知道這個域名對應的IP地址。
  2. 轉發請求: 如果本地DNS服務器不知道，它會轉發這個請求到其他更高級的DNS服務器。
  3. 獲取地址: 最終，某個DNS服務器會知道這個IP地址，並將這個信息返回給發起請求的DNS服務器。
  4. 返回結果: 本地DNS服務器將這個IP地址返回給你的瀏覽器。
  5. 緩存: 這個域名和IP地址的對應關係會在本地DNS服務器上臨時儲存，以便下次更快地解析。

• 應用場景：

  • 網站訪問: 當你在瀏覽器輸入網址時。
  • 電子郵件傳送: 用於查找郵件服務器的IP地址。
  • 網絡服務: 其他各種需要將域名轉換為IP地址的網絡服務。

小測驗

• OSI模型由多少層組成？
• 在TCP/IP模型中，哪一層負責IP地址？
• TCP和UDP主要運作在哪一層？
• DNS運作在OSI模型的哪一層？
• 簡述UDP的特點。

資料參考

https://vocus.cc/article/618c7853fd8978000108c4d5
https://hackmd.io/@Pang-Chang/BkQK8_tjF
https://www.canva.com/
https://www.ithome.com.tw/tech/92046