網際網路筆記(未完)
這不是上課時記下來的，比較像是一份複習筆記，想到什麼寫什麼，也許會有缺漏，哪天決定重新聽課時可能會依照上課章節整理。
網路架構模型
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實體設備 |
功能 |
規範 |
OSI 七層架構 |
TCP/IP 四層架構 |
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手機、平板、電腦 NAS |
應用程式間通訊 |
HTTP、SMTP、FTP |
Application Layer 應用層 |
Application Layer 應用層 |
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Data 轉譯、加密、壓縮 |
JSON、SSL/TLS、UTF-8 |
Presentation Layer 表現層 |
同上 |
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建立/終止網路連結 |
NetBIOS、RPC |
Session Layer 會話層 |
同上 |
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流量控制、錯誤控制 Data 分段 & 重組 |
TCP、UDP |
Transport Layer 傳輸層 |
Transport Layer 傳輸層 |
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路由器 |
若在同個內網，會繞過 拆解&收封包 |
IP、ADR、路由協議 |
Network Layer 網路層 |
Internet Layer 網路互連層 |
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Switch、網路介面卡 |
流量與錯誤控制 |
Ethernet(以太網)、MAC Frame Relay |
Data Link Layer 資料連結層 |
Link Layer 網路存取層 |
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網路介面卡、電纜 Hub |
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IEEE 802.3(以太網) IEEE 802.11(無線局域網) |
Physical Layer 實體層 |
同上 |
記得以前上課好像都著重講 Transport Layer 和 Internet Layer，所以先標重點色了。
我們可以把網路想像成郵政系統或運輸系統，從 user 端每往下傳一層，封包都需要重新被裝箱、貼託運單(header)，而從實體層每往上傳一層，都需要拆開封包、並根據託運單的資訊把封包送到下一個目的地。
為什麼會有兩種網路架構?
被問「網路有幾層架構？」時，最好先問清楚對方要的是 OSI 還是 TCP/IP。
OSI 是由國際標準化組織 (ISO) 在 1980s 提出。為的是提供一個理論框架，讓各種不同廠商的網路設備與通訊協定能「對齊」在同一個結構裡。算是一種教科書上的理想模型，但實際上不按照它實作。
TCP/IP 則是由美國國防部提出，時間上比 OSI 早，目的是讓不同電腦之間能夠可靠通訊，目前開發是以這個模型為主。
L2：Network Layer
這一層的主要任務是 Addressing 與 Routing，確保資料能從來源端正確送達目的端。
- 邏輯位址管理：提供全球唯一的 IP 位址 (IPv4 的 32 位元、IPv6 的 128 位元)
- 路由選擇：決定資料應該走哪一條路徑才能抵達目的地
- 分割與重組：IPv4 中可能有 Fragmentation (分片)，但在 IPv6 中則移除至更高層處理
- 封裝與傳遞：將 L4 (TCP/UDP) 的資料包裝在 IP 封包中，並交由 L2 實際傳送
IPv6 vs IPv4
IPv4 與 IPv6 都是典型的 Network Layer 協定，因為 IPv4 的 address 快被用完，故出現了 IPv6 來解決此問題，同時也改進封包處理效率、安全性與自動化支援。
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IPv4 |
IPv6 |
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位址 |
32-bit，10 進位 |
128-bit，16 進位 |
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標頭長度 |
可變，20–60 Bytes |
固定 40 Bytes |
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Fragmentation (分片) |
由路由器與主機處理 |
僅來源主機處理 |
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Checksum |
有 |
移除（交由 L2、L4 處理） |
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QoS 支援 |
DSCP/TOS，有限 |
Traffic Class + Flow Label，更完整 |
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安全性 |
需額外協定 (IPsec 可選) |
IPsec 為強制支援 |
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Auto-configuration |
需要 DHCP 來分配 IP |
支援 SLAAC，裝置可自行生成位址 |
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Network Address Translation |
需要 |
不用，每個裝置都有唯一地址 |
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Multicast (多播) |
有限 |
大幅改進效率 |
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Anycast (任播) |
沒有原生任播 |
支援，常用於 CDN、DNS Root Serve |
封包結構解析
這邊以 IPv6 為例，我用 title 對每個欄位的意思做了註解，把滑鼠移上去就可以知道該欄位的用途。
IPv6 長度固定為 40 bytes。第一行橫排為 bit 數 (Version 為 0~4 bit)，第一列為每 4 個 bytes 的計數。
| 4 | 8 | 12 | 16 | 20 | 24 | 28 | 32 | |
| 1 | Version | Traffic Class | Flow Label | |||||
| 2 | Payload Length | Next Header | Hop Limt | |||||
| 3 | Source address | |||||||
| 4 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| 6 | ||||||||
| 7 | Destination address | |||||||
| 8 | ||||||||
| 9 | ||||||||
| 10 | ||||||||
L3：Transport Layer
TCP VS UDP
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特性 |
TCP |
UDP |
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傳輸方式 |
連線 |
無連線 |
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可靠性 |
提供可靠傳輸：確認 (ACK)、重傳機制、錯誤檢測 |
僅錯誤檢測，無確認與重傳，不保證可靠性 |
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順序性 |
保證資料按發送順序到達 |
不保證順序，可能亂序 |
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速度 |
較慢（有連線建立、確認、流量控制等） |
較快（開銷小，無連線） |
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封包大小 |
較大（包含序號、ACK、控制訊息等） |
較小（僅必要的標頭資訊） |
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應用場景 |
HTTP/HTTPS、SMTP/IMAP/POP3 FTP、SSH |
即時影音 (VoIP、直播)、線上遊戲、DNS 查詢、物聯網感測資料傳輸 |
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流量控制 |
有 |
無 |
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適合情境 |
需要可靠性與完整性的應用 |
需要低延遲與即時性的應用 |
簡單來說，TCP 為了更加可靠，付出了速度、封包大小等代價。
TCP
由 RFC 793 定義，內容有點多，請參見 網際網路筆記：TCP 。
擁塞控制的部分請參見 網際網路筆記：TCP 擁塞控制。
UDP
由 RFC 768 定義，內容請參見 網際網路筆記：UDP。
L4：Application Layer
HTTP
3GPP
請參見 網際網路筆記：3GPP。
Reference