網路的本質與標準化#

網路是多部電腦透過媒體連接，以標準化協定進行資料傳輸的系統。標準的重要性在於讓不同廠商的硬體能相互相容——TCP/IP 與乙太網路的成功，正是因為被國際組織認可並廣泛採用。

OSI 七層參考模型#

OSI 模型將網路通訊拆分為七個獨立的層級，各層有明確的職責分工：

各層獨立運作，上層資料被逐層封裝成下層的載體。這種分層設計讓每一層可以獨立演進，不影響其他層。

實務上採用簡化的 TCP/IP 四層模型：鏈結層（對應 OSI 1-2）、網路層（3）、傳輸層（4）、應用層（5-7）。

鏈結層：乙太網路與 MAC#

MAC 位址#

每張網路卡出廠時被賦予獨一無二的 48 位元 MAC 位址，前 24 位為廠商代碼，後 24 位為設備碼。MAC 位址是區域網路中辨識設備的基礎。

CSMA/CD 傳輸機制#

乙太網路的共享媒體採用 CSMA/CD（載波監聽多點存取與碰撞偵測）：

1. 監聽：發送前確認網路無人使用
2. 多點傳輸：資料被集線器複製給所有主機，目標主機接收，其他主機丟棄
3. 碰撞偵測：多部主機同時發送則碰撞，各自隨機等待後重試

集線器 vs. 交換器#

• Hub（集線器）：共享媒體，頻寬在所有設備間分享，易碰撞
• Switch（交換器）：內含 MAC-Port 對應表，每個 Port 獨立擁有完整頻寬，已克服碰撞問題

現代網路幾乎全面使用交換器，支援全雙工（同時收發達最大速度）和自動速度協商。

網路層：IP 位址與路由#

IP 位址的組成#

32 位元 IP 分為 Network ID（網域號碼）與 Host ID（主機號碼）兩部分，以四組十進位數字表示（每組 0-255）。

IP 分級系統#

Netmask（子網路遮罩）#

Netmask 是定義網域邊界最重要的參數。它以 32 位元表示，Net ID 位置為 1，Host ID 位置為 0。與 IP 位址結合即可確定網域範圍。

CIDR 記號法（如 /24）直接表示網域位元數，簡潔且常用。例如 192.168.0.0/24 表示前 24 位定義網域，後 8 位為主機可用。

同一網域中，Host ID 全為 0 代表網段位址，全為 1 代表廣播位址，兩者都不可指派給主機。

特殊 IP 位址#

• 私有 IP：10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16，不能直接連上 Internet，供內部網路使用
• Loopback：127.0.0.0/8，用於系統內部迴圈測試與本機服務

路由的基本觀念#

主機透過路由表決定封包傳輸路徑：

• 目標 IP 與本機同網域 → 直接透過區網傳送
• 目標 IP 在不同網域 → 送至 Default Gateway 轉遞

路由表規定了封包的傳送途徑，封包一旦送出就由下一個路由器繼續轉遞。

ARP 與 ICMP#

• ARP（Address Resolution Protocol）：解析 IP 與 MAC 的對應關係，結果快取約 20 分鐘
• ICMP（Internet Control Message Protocol）：用於網路偵測與錯誤回報，ping 指令即使用 ICMP

防火牆不應完全擋掉 ICMP，否則會影響網路偵錯與 MTU 發現等正常功能。

傳輸層：TCP 與 UDP#

TCP — 可靠傳輸#

TCP 提供連線導向的可靠傳輸，透過序號與確認機制確保資料完整。建立連線需要三向交握：

1. 用戶端送 SYN（帶序號）
2. 伺服器回 SYN + ACK（確認對方序號，送出自己序號）
3. 用戶端送 ACK（確認伺服器序號）

UDP — 快速傳輸#

UDP 是非連線導向的協定，不保證可靠性，但表頭簡化、效率更高。適用於即時傳輸（如視訊串流）等對速度要求高於可靠性的場景。

埠口（Port）的角色#

埠口是應用程式與網路通訊的介面，16 位元編號範圍 0-65535：

• 特權埠口（0-1023）：供知名服務使用，需 root 權限啟動
• 使用者埠口（1024 以上）：用戶端通常使用的隨機埠口

IP 是門牌，埠口是樓層。透過埠口區分同一主機上的不同服務。由「來源 IP:Port + 目標 IP:Port」組成的 Socket Pair 唯一定義一條連線。

連上 Internet 的必要參數#

一部主機需要四個基本參數才能正常運作：

1. IP 位址 — 唯一識別碼
2. Netmask — 定義網域範圍
3. Default Gateway — 非本網域封包的轉遞者
4. DNS 伺服器 IP — 主機名稱解析服務

這些參數可手動設定（靜態）或透過 DHCP 自動取得。