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01-3. TCP/IP 四層模型
⏱️ 閱讀時間： 10 分鐘 🎯 難度： ⭐⭐ (簡單)
🎯 本篇重點
理解 TCP/IP 四層模型，知道它和 OSI 七層的差異，以及為什麼實際上我們更常用 TCP/IP 模型。
🤔 什麼是 TCP/IP 模型？
TCP/IP Model = 實際運作的網路架構
一句話解釋： TCP/IP 是實際運作在網路上的模型，把 OSI 的七層簡化成四層，更實用、更容易理解。
🏢 理論 vs 實務的比喻
OSI 七層 = 理想的組織架構圖
總經理（應用層）
↓
副總經理（表現層）
↓
部門經理（會話層）
↓
組長（傳輸層）
↓
主任（網路層）
↓
專員（資料鏈結層）
↓
助理（實體層）
看起來很完整，但太複雜！TCP/IP 四層 = 實際運作的組織
老闆（應用層）
↓
經理（傳輸層）
↓
主管（網路層）
↓
員工（網路介面層）
簡單、實用、容易管理！📊 TCP/IP 四層架構
完整架構圖
┌─────────────────────────────────┐
│ 第 4 層：應用層 │
│ (Application Layer) │
│ │
│ HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, │
│ DNS, SSH, Telnet │
└─────────────────────────────────┘
↕
┌─────────────────────────────────┐
│ 第 3 層：傳輸層 │
│ (Transport Layer) │
│ │
│ TCP, UDP │
└─────────────────────────────────┘
↕
┌─────────────────────────────────┐
│ 第 2 層：網路層 │
│ (Internet Layer) │
│ │
│ IP, ICMP, ARP │
└─────────────────────────────────┘
↕
┌─────────────────────────────────┐
│ 第 1 層：網路介面層 │
│ (Network Interface Layer) │
│ │
│ Ethernet, Wi-Fi, PPP │
└─────────────────────────────────┘🔍 TCP/IP 四層詳解
第 4 層：應用層（Application Layer）
功能： 提供各種網路應用服務
比喻： 你用的各種 App（結合了 OSI 的第 5、6、7 層）
常見應用：
├─ 瀏覽網頁 → HTTP/HTTPS
├─ 傳檔案 → FTP
├─ 收發郵件 → SMTP/POP3/IMAP
├─ 遠端登入 → SSH/Telnet
├─ 查詢網址 → DNS
└─ 即時通訊 → WebSocket
就像：
- 你用 Chrome 瀏覽網頁
- 你用 FileZilla 上傳檔案
- 你用 Outlook 收發郵件實際例子：
# 應用層：使用 HTTP 協定
import requests
response = requests.get('https://www.google.com')
print(response.status_code) # 200
# 你只需要知道用 HTTP，不用管底層怎麼傳輸第 3 層：傳輸層（Transport Layer）
功能： 負責端對端的資料傳輸
比喻： 快遞公司的寄送服務
兩種服務方式：
TCP（Transmission Control Protocol）：
├─ 掛號快遞（可靠）
├─ 確認送達（三次握手）
├─ 保證順序（編號）
├─ 重新傳送（遺失補寄）
└─ 適合：網頁、郵件、檔案下載
UDP（User Datagram Protocol）：
├─ 一般快遞（不保證）
├─ 不確認送達
├─ 不保證順序
├─ 不重新傳送
└─ 適合：視訊、直播、線上遊戲實際例子：
# TCP：下載檔案（必須完整）
import socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) # TCP
sock.connect(('example.com', 80))
sock.send(b'GET / HTTP/1.1\r\n\r\n')
data = sock.recv(1024) # 確保收到資料
# UDP：視訊通話（即時性重要）
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) # UDP
sock.sendto(b'video frame', ('receiver.com', 5000))
# 不等確認，直接送下一幀第 2 層：網路層（Internet Layer）
功能： 負責路由和定址
比喻： GPS 導航系統
核心協定：
IP（Internet Protocol）：
├─ IPv4：192.168.1.1（32 位元）
├─ IPv6：2001:0db8:85a3::（128 位元）
└─ 定址、路由
ICMP（Internet Control Message Protocol）：
├─ ping（測試連線）
├─ traceroute（追蹤路徑）
└─ 錯誤回報
ARP（Address Resolution Protocol）：
└─ IP 地址 → MAC 地址轉換實際例子：
# ping：測試連線（使用 ICMP）
$ ping google.com
64 bytes from 142.250.185.46: icmp_seq=1 ttl=118 time=5.2 ms
# traceroute：追蹤路徑（使用 ICMP）
$ traceroute google.com
1 192.168.1.1 (192.168.1.1) 1.234 ms
2 10.0.0.1 (10.0.0.1) 5.678 ms
3 ...
# 網路層決定封包如何從台北到美國第 1 層：網路介面層（Network Interface Layer）
功能： 實際的硬體傳輸（結合了 OSI 的第 1、2 層）
比喻： 實際的道路和交通工具
負責的工作：
├─ 實體傳輸（網路線、Wi-Fi、光纖）
├─ MAC 地址
├─ 幀（Frame）封裝
└─ 錯誤偵測
技術：
├─ Ethernet（有線網路）
├─ Wi-Fi（無線網路）
├─ PPP（點對點協定）
└─ 光纖實際例子：
你的電腦連到 Wi-Fi 路由器：
網路介面層做的事：
1. 把資料包成 Wi-Fi 訊號
2. 加上 MAC 地址
來源：你電腦的 MAC（aa:bb:cc:dd:ee:ff）
目的：路由器的 MAC（11:22:33:44:55:66）
3. 透過天線發送無線電波
4. 路由器接收並轉發🆚 OSI vs TCP/IP 對比
層級對應關係
OSI 七層 TCP/IP 四層
─────────────────────────────────────────
第 7 層：應用層 ┐
第 6 層：表現層 ├──→ 第 4 層：應用層
第 5 層：會話層 ┘
第 4 層：傳輸層 ───→ 第 3 層：傳輸層
第 3 層：網路層 ───→ 第 2 層：網路層
第 2 層：資料鏈結層 ┐
第 1 層：實體層 ┘─→ 第 1 層：網路介面層詳細對比表
| 特性 | OSI 七層 | TCP/IP 四層 |
|---|---|---|
| 層數 | 7 層 | 4 層 |
| 目的 | 理論標準 | 實際實作 |
| 發展 | 1984 年（較晚） | 1970 年代（較早） |
| 使用 | 教學、概念 | 實際網路運作 |
| 彈性 | 嚴格分層 | 較靈活 |
| 複雜度 | 複雜 | 簡單 |
為什麼實務用 TCP/IP？
原因 1：歷史因素
├─ TCP/IP 先發展（1970 年代）
├─ Internet 建立在 TCP/IP 上
└─ OSI 太晚（1984 年）
原因 2：實用性
├─ TCP/IP 更簡單
├─ 容易實作
└─ 效能更好
原因 3：普及性
├─ 所有作業系統支援 TCP/IP
├─ 所有網路設備使用 TCP/IP
└─ 已成為事實標準
就像：
- VHS vs Betamax（錄影帶格式戰爭）
- TCP/IP 贏了，成為標準🌐 實際範例：瀏覽網頁
完整流程（TCP/IP 四層視角）
你在瀏覽器輸入 www.google.com
【第 4 層：應用層】
瀏覽器（應用程式）：
├─ 使用 HTTP 協定
├─ 發送請求：GET / HTTP/1.1
└─ Host: www.google.com
資料：
GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com
User-Agent: Chrome
↓ 交給下一層
【第 3 層：傳輸層】
TCP：
├─ 建立連線（三次握手）
├─ 將資料切成小片段（Segment）
├─ 加上序號（保證順序）
├─ 加上 Port 號
- 來源 Port：52341（隨機）
- 目的 Port：80（HTTP）
└─ 確保可靠傳輸
資料變成：
[TCP Header: Port 52341→80] + HTTP 資料
↓ 交給下一層
【第 2 層：網路層】
IP：
├─ 加上 IP 地址
- 來源 IP：192.168.1.100（你的電腦）
- 目的 IP：142.250.185.46（Google）
├─ 決定路由（從台北到美國）
└─ 封包（Packet）
資料變成：
[IP Header: 192.168.1.100→142.250.185.46]
+ [TCP Header] + HTTP 資料
↓ 交給下一層
【第 1 層：網路介面層】
Wi-Fi / Ethernet：
├─ 加上 MAC 地址
- 來源 MAC：你電腦的網卡
- 目的 MAC：路由器的網卡
├─ 包成訊框（Frame）
└─ 轉成無線電波/電子訊號傳送
資料變成：
[Ethernet Header: MAC] + [IP Header]
+ [TCP Header] + HTTP 資料
↓ 實際傳送
透過 Wi-Fi → 路由器 → ISP → 網路骨幹
→ Google 資料中心
↓ 到達 Google 伺服器
【Google 伺服器接收】
反向解封裝：
第 1 層：收到無線電波，還原成資料
第 2 層：檢查 MAC，移除 Ethernet Header
第 3 層：檢查 IP，移除 IP Header
第 4 層：檢查 TCP，重組資料
第 5 層：解析 HTTP 請求，回傳網頁
↓ 回傳過程重複上述步驟
Google 伺服器 → 你的電腦
你的瀏覽器顯示 Google 首頁！🛠️ 實戰工具
查看每一層的資訊
# 第 4 層（應用層）：測試 HTTP
$ curl -I https://www.google.com
HTTP/2 200
content-type: text/html
# 第 3 層（傳輸層）：查看 TCP 連線
$ netstat -an | grep 80
tcp4 0 0 192.168.1.100.52341 142.250.185.46.80 ESTABLISHED
# 第 2 層（網路層）：查看路由
$ ip route
default via 192.168.1.1 dev wlan0
$ traceroute google.com
1 192.168.1.1 (192.168.1.1) 1.234 ms
2 10.0.0.1 (10.0.0.1) 5.678 ms
...
# 第 1 層（網路介面層）：查看網卡資訊
$ ifconfig
wlan0: flags=8863<UP,BROADCAST,RUNNING>
inet 192.168.1.100 netmask 0xffffff00
ether aa:bb:cc:dd:ee:ffWireshark 抓包分析
當你訪問網站時，Wireshark 顯示：
【第 1 層：網路介面層】
Frame 1: 74 bytes on wire
Ethernet II
來源: aa:bb:cc:dd:ee:ff
目的: 11:22:33:44:55:66
【第 2 層：網路層】
Internet Protocol Version 4
來源: 192.168.1.100
目的: 142.250.185.46
【第 3 層：傳輸層】
Transmission Control Protocol
來源 Port: 52341
目的 Port: 80 (HTTP)
Seq: 1
Flags: SYN
【第 4 層：應用層】
Hypertext Transfer Protocol
GET / HTTP/1.1
Host: www.google.com📝 每層的核心協定
TCP/IP 協定族
第 4 層（應用層）：
├─ HTTP/HTTPS（網頁）
├─ FTP（檔案傳輸）
├─ SMTP/POP3/IMAP（郵件）
├─ DNS（域名解析）
├─ SSH（安全遠端登入）
├─ Telnet（遠端登入）
└─ DHCP（動態 IP 分配）
第 3 層（傳輸層）：
├─ TCP（可靠傳輸）
└─ UDP（快速傳輸）
第 2 層（網路層）：
├─ IP（定址、路由）
├─ ICMP（ping、錯誤回報）
├─ ARP（IP → MAC）
└─ RARP（MAC → IP）
第 1 層（網路介面層）：
├─ Ethernet（有線）
├─ Wi-Fi（無線）
├─ PPP（點對點）
└─ Token Ring（舊技術）🎯 面試常見問題
Q1: OSI 和 TCP/IP 有什麼差別？
答案：
1. 層數不同：OSI 7 層，TCP/IP 4 層
2. 用途不同：OSI 是理論模型，TCP/IP 是實際運作
3. 發展不同：TCP/IP 更早，已成為標準
4. OSI 用於教學，TCP/IP 用於實作
比喻：
OSI = 教科書上的理想流程
TCP/IP = 實際公司運作的流程Q2: 為什麼 TCP/IP 只有四層？
答案：
1. 更簡單、更實用
2. OSI 的第 5、6、7 層合併成應用層
3. OSI 的第 1、2 層合併成網路介面層
4. 減少複雜度，提高效率
比喻：
就像簡化公司組織架構
不需要那麼多層級
扁平化管理更有效率Q3: TCP/IP 模型中最重要的是哪一層？
答案：
每一層都重要，但：
- 應用層：使用者直接接觸（最容易理解）
- 傳輸層：TCP/UDP 決定可靠性（核心）
- 網路層：IP 定址，Internet 的基礎
- 網路介面層：實際傳輸（基礎設施）
比喻：
就像蓋房子
- 地基（網路介面層）
- 樑柱（網路層）
- 管線（傳輸層）
- 裝潢（應用層）
都不能少！✅ 重點回顧
TCP/IP 四層模型：
第 4 層：應用層（HTTP、FTP、DNS）
第 3 層：傳輸層（TCP、UDP）
第 2 層：網路層（IP、ICMP）
第 1 層：網路介面層（Ethernet、Wi-Fi）與 OSI 的關係：
- ✅ OSI 是理論標準（教學用）
- ✅ TCP/IP 是實際運作（實務用）
- ✅ TCP/IP 更簡單（4 層 vs 7 層）
- ✅ Internet 建立在 TCP/IP 上
每層重點：
- 應用層 - 你用的 App（HTTP、Email）
- 傳輸層 - 可靠傳輸（TCP）或快速傳輸（UDP）
- 網路層 - 路由、IP 定址
- 網路介面層 - 實體傳輸（Wi-Fi、網路線）
封裝過程：
發送：
應用層資料
→ 加 TCP Header
→ 加 IP Header
→ 加 Ethernet Header
→ 傳送
接收：
收到訊號
→ 移除 Ethernet Header
→ 移除 IP Header
→ 移除 TCP Header
→ 取得應用層資料實務應用：
- ✅ 網路除錯時知道在哪一層出問題
- ✅ 選擇協定時理解各層的功能
- ✅ 面試時能清楚說明網路架構
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最後更新：2025-01-06