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01-2. OSI 七層模型

⏱️ 閱讀時間： 10 分鐘 🎯 難度： ⭐⭐ (簡單)

🎯 本篇重點

用淺顯易懂的比喻理解 OSI 七層模型，知道每一層的功能和實際應用。

🤔 什麼是 OSI 七層模型？

OSI Model（開放式系統互連模型） = 網路通訊的標準化架構

一句話解釋： OSI 七層模型就像是郵局寄包裹的流程，把複雜的網路通訊分成 7 個步驟，每一層負責一個特定工作。

📮 用寄包裹來比喻 OSI 七層

想像你要從台北寄禮物給高雄的朋友：

第 7 層 - 應用層：你決定寄什麼禮物（內容）
         ↓
第 6 層 - 表現層：把禮物包裝、加標籤（格式化）
         ↓
第 5 層 - 會話層：填寫寄件人和收件人資訊（建立連線）
         ↓
第 4 層 - 傳輸層：決定用掛號還是平信（可靠性）
         ↓
第 3 層 - 網路層：規劃從台北到高雄的路線（路由）
         ↓
第 2 層 - 資料鏈結層：郵差騎車到下一個郵局（點對點傳輸）
         ↓
第 1 層 - 實體層：實際的道路、郵局建築（硬體）

🏗️ OSI 七層詳解

第 7 層：應用層（Application Layer）

功能： 提供應用程式使用的網路服務

比喻： 你用的 App（瀏覽器、郵件軟體、Line）

你的操作：
- 打開瀏覽器輸入網址
- 開啟 Gmail 寫郵件
- 用 Line 傳訊息

應用層協定：
├─ HTTP/HTTPS（網頁）
├─ SMTP（寄郵件）
├─ POP3/IMAP（收郵件）
├─ FTP（檔案傳輸）
└─ DNS（域名查詢）

實際例子：

你：在瀏覽器輸入 www.google.com
應用層：使用 HTTP 協定發送請求

第 6 層：表現層（Presentation Layer）

功能： 資料格式轉換、加密、壓縮

比喻： 翻譯官 + 加密專家

工作內容：
1. 資料格式轉換
   ├─ 圖片格式（JPEG、PNG）
   ├─ 文字編碼（UTF-8、ASCII）
   └─ 影片格式（MP4、AVI）

2. 資料加密
   ├─ SSL/TLS 加密
   └─ 保護隱私

3. 資料壓縮
   └─ GZIP 壓縮（減少傳輸量）

實際例子：

你：上傳一張照片到 Facebook
表現層：
1. 把照片轉成 JPEG 格式
2. 壓縮圖片（從 5MB 壓到 500KB）
3. 加密（HTTPS）

第 5 層：會話層（Session Layer）

功能： 建立、管理、終止連線（會話）

比喻： 接線生 / 會議主持人

工作內容：
├─ 建立連線（打電話撥號）
├─ 維持連線（通話中保持連線）
├─ 同步資料（確保對話順序）
└─ 終止連線（掛電話）

會話管理：
- 登入網站（建立 Session）
- 保持登入狀態
- 登出（終止 Session）

實際例子：

你：登入 Facebook
會話層：
1. 建立 Session（建立連線）
2. 發送 Cookie 保持登入狀態
3. 你瀏覽動態、按讚（連線持續中）
4. 登出（終止 Session）

第 4 層：傳輸層（Transport Layer）

功能： 確保資料可靠傳輸

比喻： 物流公司的品質控管

兩種寄送方式：

TCP（掛號信）：
├─ 確認收到（簽收）
├─ 保證順序（編號）
├─ 重新傳送（遺失補寄）
└─ 慢但可靠

UDP（平信）：
├─ 不確認收到
├─ 不保證順序
├─ 不重新傳送
└─ 快但可能遺失

實際例子：

網頁瀏覽（用 TCP）：
- 你要看完整的網頁
- 不能有任何內容遺失
- 順序要正確

視訊通話（用 UDP）：
- 即時性重要
- 少量畫格遺失可接受
- 不用重傳（太慢了）

第 3 層：網路層（Network Layer）

功能： 決定資料傳輸路徑（路由）

比喻： Google Maps 導航

工作內容：
├─ IP 定址（每台電腦有地址）
├─ 路由選擇（找最佳路徑）
└─ 封包轉發（經過多個路由器）

就像開車導航：
台北 → 新竹 → 台中 → 高雄
每個城市就像一個路由器

實際例子：

你在台北瀏覽美國的網站：

台北電腦（IP: 1.2.3.4）
    ↓
台北路由器
    ↓
國際海底電纜
    ↓
美國路由器
    ↓
美國伺服器（IP: 5.6.7.8）

網路層：規劃這條路徑，確保封包送達

第 2 層：資料鏈結層（Data Link Layer）

功能： 點對點的資料傳輸

比喻： 郵差送信（一站到下一站）

工作內容：
├─ MAC 地址（實體地址）
├─ 錯誤偵測（檢查資料有沒有損壞）
├─ 流量控制（避免塞車）
└─ 幀（Frame）封裝

技術：
├─ Ethernet（有線網路）
├─ Wi-Fi（無線網路）
└─ PPP（點對點協定）

實際例子：

你的電腦 → Wi-Fi 路由器

資料鏈結層：
1. 把資料包成 Wi-Fi 訊號
2. 確認路由器收到了
3. 檢查資料有沒有損壞
4. 傳到下一站

第 1 層：實體層（Physical Layer）

功能： 傳輸 0 和 1 的電子訊號

比喻： 真實的道路、電線、無線電波

傳輸媒介：
├─ 網路線（電子訊號）
├─ 光纖（光訊號）
├─ Wi-Fi（電磁波）
└─ 藍牙（無線電波）

硬體設備：
├─ 網路卡
├─ 網路線
├─ 光纖
└─ 無線發射器

實際例子：

實體層的工作：
把資料 "Hello" 變成：

H = 01001000
e = 01100101
l = 01101100
l = 01101100
o = 01101111

透過網路線傳送這些電子訊號（高電壓 = 1，低電壓 = 0）

🎬 完整流程範例：打開網頁

你在台北打開 www.google.com

【發送端 - 你的電腦】

第 7 層 - 應用層：
你：打開瀏覽器，輸入 www.google.com
協定：HTTP

第 6 層 - 表現層：
把 HTTP 請求格式化
編碼：UTF-8

第 5 層 - 會話層：
建立 Session
保持連線狀態

第 4 層 - 傳輸層：
使用 TCP（可靠傳輸）
加上 Port 號：80（HTTP）

第 3 層 - 網路層：
加上 IP 地址
來源：你的 IP（1.2.3.4）
目的：Google IP（8.8.8.8）

第 2 層 - 資料鏈結層：
加上 MAC 地址
透過 Wi-Fi 傳送

第 1 層 - 實體層：
轉成無線電波
透過空氣傳送到路由器

---

【中間 - 網路傳輸】
經過多個路由器轉發...
台北 → 新竹 → 台中 → ... → 美國

---

【接收端 - Google 伺服器】

第 1 層 - 實體層：
接收電子訊號

第 2 層 - 資料鏈結層：
檢查 MAC 地址，確認是給自己的

第 3 層 - 網路層：
檢查 IP 地址（8.8.8.8）
確認，這是給我的！

第 4 層 - 傳輸層：
檢查 Port（80）
確認是 HTTP 請求

第 5 層 - 會話層：
建立與客戶端的 Session

第 6 層 - 表現層：
解析 HTTP 格式

第 7 層 - 應用層：
處理請求，準備網頁內容
回傳 HTML

---

【回傳】
重複上述流程，但方向相反
Google 伺服器 → 你的電腦

🎓 記憶口訣

由上到下（第 7 → 第 1 層）

中文口訣：
「請 表 會 傳 網 資 實」
 應  現  話  輸  路  料  體
 用  層  層  層  層  鏈  層
 層              結
                 層

英文口訣：
"All People Seem To Need Data Processing"
 A   P     S    T   N    D    P
 應  表    會   傳  網   資   實
 用  現    話   輸  路   料   體

由下到上（第 1 → 第 7 層）

"Please Do Not Throw Sausage Pizza Away"
 P      D  N    T     S       P     A
 實     資 網   傳    會      表    應
 體     料 路   輸    話      現    用

📊 OSI 七層對應表

每層的關鍵資訊

層級	名稱	功能	協定範例	設備
7	應用層	應用程式介面	HTTP, FTP, SMTP	-
6	表現層	資料格式、加密	SSL, JPEG, MPEG	-
5	會話層	建立/管理連線	NetBIOS, RPC	-
4	傳輸層	端對端傳輸	TCP, UDP	-
3	網路層	路由、定址	IP, ICMP	路由器
2	資料鏈結層	點對點傳輸	Ethernet, Wi-Fi	交換器、網卡
1	實體層	實體訊號傳輸	電纜標準	網路線、光纖

資料單位

層級	資料單位（PDU）
7-5	資料（Data）
4	區段（Segment - TCP）或資料包（Datagram - UDP）
3	封包（Packet）
2	訊框（Frame）
1	位元（Bit）

🔍 實際抓包分析

使用 Wireshark 觀察七層

當你打開 www.google.com，Wireshark 顯示：

第 2 層（資料鏈結層）：
  來源 MAC: aa:bb:cc:dd:ee:ff
  目的 MAC: 11:22:33:44:55:66

第 3 層（網路層）：
  來源 IP: 192.168.1.100（你的電腦）
  目的 IP: 142.250.185.46（Google）

第 4 層（傳輸層）：
  協定: TCP
  來源 Port: 52341（隨機）
  目的 Port: 443（HTTPS）

第 7 層（應用層）：
  GET / HTTP/1.1
  Host: www.google.com

🤔 為什麼需要分層？

優點 1：分工合作

就像蓋房子：
├─ 建築師（設計）
├─ 工頭（管理）
├─ 水電工（水電）
├─ 泥水工（砌牆）
└─ 油漆工（粉刷）

每個人專注自己的工作
不需要懂其他人的細節

優點 2：容易替換

第 1 層可以換：
├─ 從網路線換成 Wi-Fi
└─ 不影響第 7 層的應用程式

就像：
├─ 從寄平信換成寄快遞
└─ 你的禮物內容不用改變

優點 3：標準化

不同廠商的設備可以互通：
├─ Apple 電腦
├─ Windows 電腦
├─ Android 手機
└─ 都能上網

因為都遵守同一套 OSI 標準

✅ 重點回顧

OSI 七層模型：

7. 應用層   - 你用的 App（HTTP、FTP）
6. 表現層   - 格式轉換、加密（SSL、JPEG）
5. 會話層   - 建立連線、Session
4. 傳輸層   - 可靠傳輸（TCP、UDP）
3. 網路層   - 路由、IP 定址
2. 資料鏈結層 - 點對點傳輸（Wi-Fi、Ethernet）
1. 實體層   - 實體訊號（網路線、光纖）

記憶技巧：

✅ 用寄包裹的流程記憶
✅ 記口訣：「請表會傳網資實」
✅ 理解每層的比喻（翻譯官、接線生、導航等）

為什麼分層：

✅ 分工合作，各司其職
✅ 容易替換和升級
✅ 標準化，跨平台互通

實際應用：

✅ 面試常問「OSI 七層是什麼」
✅ 除錯時知道在哪一層出問題
✅ 理解不同協定的位置

關鍵理解：

✅ 每層都有自己的職責
✅ 上層使用下層的服務
✅ 同層之間可以通訊
✅ 資料向下封裝，向上解封裝

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最後更新：2025-01-06