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[TOC]

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# OSI七層架構介紹

## 各分層定義
### 第七層 應用層
#### 主功能：處理應用程式
提供使用者網路應用服務，
專指為應用軟體而設計的介面，
以設定與另一應用軟體之間的通訊。

>[!NOTE]常見的通訊協議
>1. DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）
>2. FTP（File Transfer Protocol）
>3. HTTP（HyperText Transfer Protocol）
>4. POP3（Post Office Protocol-Version 3）

第七層的應用軟體（網路瀏覽器、電子郵件、線上遊戲、即時通訊等）透過單一或多種通訊協定傳達資料，依據不同的網路服務方式，這些協定能定義各自的功能及使用規範等細部規則，像是網路瀏覽器藉由HTTP的溝通，即可呈現出完整的網頁。
這些和使用者最貼近且直接的應用軟體就屬於第七層應用層的規範。

### 第六層 表達層/展示層

#### 主功能：轉檔編碼
資料透過網路傳輸時，
需要將內容予以加密或解密，而這個過程就屬於展示層
>[!NOTE]常見編碼
ASCII、JPGE、MIDI……

### 第五層 會議層/會話層
#### 主功能 ：數據傳輸中設定和維護電腦網路中兩台電腦間的通訊連接
此層級負責建立網路連線使得電腦間得以傳輸資料，
等到資料傳輸結束時，連線將會中斷
>[!NOTE]常見應用：
NetBIOS names，是一種用來識別電腦資源的依據，
讓在不同電腦上運行的不同程式，可以在區域網路中，
互相連線，以及分享資料。
Windows系統中的網路上的芳鄰，
或是「檔案及列印分享」，通常會看到群組及電腦名稱，
這些就是NetBIOS names定義的。

### 第四層 傳輸層
#### 主要功能：將傳輸表頭併入資料形成封包，負責整體電腦整體的資料傳輸及控制
傳輸層可以將一個較大的資料切割成多個8位元組表示的資料流來傳輸，
替模型頂端的第五、六、七等三個通訊層提供流量管制及錯誤控制。
傳輸控制協定（Transmission Control Protocol，簡稱TCP）
則是最長見具有傳輸層功能的協定。

TCP將資料流分割成適當長度的報文段(受該電腦連接的網路資料鏈路層的最大傳輸單元限制）。
TCP為了保證不發生丟包，
因此會給每個封包序號，同時序號也保證了傳送到接收端實體的包的按序接收。
然後接收端實體對已成功收到的包發回一個相應的確認資訊（ACK），
如果傳送端實體在合理的往返時延（RTT）內未收到確認，
那麼對應的封包就被假設為已遺失並進行重傳。
### 第三層 網路層／IP層
#### 主功能 : 提供路由及定址功能，將網路表頭加至數據包，形成封包，以便在網路間傳遞。
主要的通訊協定是網際網路協定（Internet Protocol，IP）目的主要是為這筆資料定下傳送目的地的位址
資料在傳輸時，該協定將IP位址加入傳輸資料內，並把資料組成封包（Packet）。
在網路上傳輸時，封包裡面的IP位址會告訴網路設備這筆資料的來源及目的地。
由於網路層主要以IP運作為主，故又稱為「IP層」。
>[!NOTE]常見設備
企業機房
路由器
Layer3 交換器

>[!NOTE]其它
IP分享器
俗稱小烏龜的ADSL用戶終端設備

>[!NOTE]其他協定
IPX
X.25
### 第二層 資料連結層
#### 主要功能：負責網路尋址、錯誤偵測和改錯，為網路之間建立邏輯連結。
資料連結層將實體層的數位訊號封裝成一組符合邏輯傳輸資料，這組訊號稱為資料訊框（Data Frame）。
訊框內包含媒體存取控制（Media Access Control，MAC）位址、
邏輯鏈路控制(Logical Link Control, LLC) 兩部分。
而資料在傳輸時，這兩項資訊可讓對方主機辨識資料來源。
#### - 子層1：邏輯鏈路控制 LLC
主要工作:
控制訊號的交換
資料的流量
解釋上層通訊軟體傳來的命令並產生回應
克服資料在傳送的過程中所可能發生的種種問題(資料發生錯誤、重覆資料...)
#### - 子層2：媒介存取控制 MAC
主要工作：
資料幀的封裝/卸裝
定址和識別
接收與傳送
差錯控制
鏈路的管理

位址格式：
由48個位元(6個位元組)構成。
以16進位的方式來表示

>MAC子層的存在消除了不同物理鏈路種類的差異性
MAC和IP一樣，都是提供「定址」的方式，好讓各個設備了解網路資料應該要往什麼地方發送。MAC的位址都是唯一的，所有的網路卡都有一個MAC位址，而這個位址不會與世界上其他的網路卡的MAC位址相同

>MAC主要負責控制與連線物理層的物理介質。在傳送資料的時候，MAC協議可以事先判斷是否可以傳送資料，如果可以傳送將給資料加上一些控制資訊，最終將資料以及控制資訊以規定的格式傳送到物理層；在接收資料的時候，MAC協議首先判斷輸入的資訊並是否發生傳輸錯誤，如果沒有錯誤，則去掉控制資訊傳送至LLC層。

### 第一層 實體層
#### 主要功能：區域網路上傳送資料框，負責管理電腦通訊裝置和網路媒體之間的互通。
>[!NOTE]硬體：
針腳、線纜、電壓值、集線器、中繼器、網卡、主機介面卡...等
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雖然OSI模型劃分了七層，但在實際應用中，很少有產品可以符合OSI模型的定義，有些層數在實務上是可以合併的，以下來討論TCP/IP模型。
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1. 應用層（Application Layer）：應用層提供了用戶與網路之間的交互。所有的應用程序協議，如 HTTP（網頁瀏覽）、FTP（文件傳輸）、SMTP（電子郵件）等，都是在這一層運行的。這層是最接近用戶的一層，它負責解釋數據並展示給最終用戶。

2. 網路層（Internet Layer）：網路層負責在不同網段之間進行路由選擇和數據傳遞。最重要的協議是 IP 協議（IPv4 或 IPv6），用來確保數據包能夠正確地在全球範圍內傳輸。這一層的核心任務是根據 IP 地址確定路由路徑。

3. 傳輸層（Transport Layer）：傳輸層負責數據的端到端傳輸控制。TCP 和 UDP 是這一層的主要協議。TCP 提供了可靠的數據傳輸，包括數據重傳、錯誤檢查和流量控制，而 UDP 則是一種更簡單的協議，適用於那些對延遲敏感且不需要數據重傳的應用。
4. 鏈路層（Link Layer）：鏈路層負責數據在本地網路的傳輸，**類似於 OSI 模型中的實體層和數據鏈路層**。它處理數據包的物理傳輸，確保數據可以在本地網路中進行點對點傳輸。該層使用的協議包括以太網、Wi-Fi 和 PPP。

> TCP/IP 模型的設計特點在於簡單且高效，尤其適合現代互聯網的需求。TCP/IP 架構不僅廣泛應用於局域網（LAN），還是全球互聯網的基礎架構。它通過分層協作，使得網路通信能夠跨越多種不同的設備和網路。


以下試著用Wireshark來抓取幾個封包
# Wireshark
下載： `sudo apt install wireshark`
開啟： `sudo wireshark`
>[!Note]楷賀有說網卡比較靠近底層Kernel的東西，所以必須得下sudo
>

選 e 開頭的網卡(ethernet)

- 指定 ip.addr 及 Protocol
- ip.addr==44.211.137.141 && ssh

- 試著ssh到lsa server

>[!Note]切記這裡一定要開兩個terminal去執行操作，一個下sudo wireshark之後執行上述的操作，另一個下ssh 到 lsa群組試著傳送封包。

- 抓到封包了

# Link Layer
## MAC Address

一張網卡，一個MAC Address
> 同一區域網路 mac addr 絕對不能重複到但不同區域可以接受(因為不同IP)
- 乙太網路將封包送出後，最終目的地地所有電腦都會收到封包，但為了知道封包要傳送的對象，所以每張Ethernet網路卡都編有一個獨一無二的位置，稱為**Media Access Control Address**
- 在每一張Ethernet網卡出廠之前就已經將MAC Address寫在網路卡的ROM，一張網卡九有一個MAC Address在裡面
- 可以虛擬、重設定
- MAC層的每個封包都會記載「從哪裡送出」(Source MAC Address)，「到哪裡去」(Destination MAC Address)，比對過後就可以得知自己是否為傳送的對象，看是要丟起此封包，還是要繼續處理封包
>舉例:XxX電話!如果不關我的事就假裝沒聽到

- 試著打`ifconfig`，可以看到電腦有的網卡

>[!Note]MAC 地址的 48-bit 表示法介紹
MAC 地址是一種硬體地址，用來標識網路卡，長度為 48 位元（bit）。通常分成 6 組，每組用 16 進位數字來表示，每組之間用冒號（:）或連字號（-）分隔。
例如：
48 位元的 MAC 地址：10101100 00101101 01101001 10010111 11110010 00011001
轉成 16 進位表示：AC:2D:69:97:F2:19

## Connetcion device
- 早期用hub
>有幾個特性
>1.會挑一個port，當成是它的input，(網路上的資料會隨機從一個port進來)，無論今天送給1號還是2號，其他port也都會接收到，所以不安全。
>2.半雙工，一次只能決定要收還是送

- 現在改switch

>Switch 的特性
基於 MAC 地址進行數據轉發
1.交換器會記錄每台設備的 MAC 地址，並建立一個 MAC 地址表，以決定數據包應該發送到哪個設備。
優點：資料不會亂傳，只會送到目標設備，節省網路資源。
2.全雙工通信（Full-Duplex）
交換器支援設備同時發送和接收數據。
優勢：傳輸速度更快，比集線器（Hub）的單工或半雙工通信更高效。


## CSMA
CSMA 全稱 **Carrier Sense Multiple Access**，是一種資料傳輸的控制方法，意思是「偵測通道是否空閒，多個設備共同使用」。
- CS：傳資料前 MAC 先觀察 port 是否有空
- MA：讓很多人共同來使用的資訊通道
- CA：多個設備同時要傳輸，CA 會隨機決定設備使用的時間
- CD：發生碰撞的時候，碰撞的每一方會停止傳送、隨機等待一段時間再重新傳送
- CSMA/CD：用於有線網路（Ethernet）->碰撞容易被偵測和處理
- CSMA/CA：用於 Wi-Fi ->避免碰撞來減少碰撞

# Network Layer
## Intrnet Portocol（IP）

:::info
小操作 Traceroute
下載： sudo apt install traceroute
- 顯示只有一個( getway 10.0.2.2 )表示網路出不去，要把網路改成**橋接**(可能需要重新開機)
:::
以這個範例來說這是要送封包到英國的bbc，中間看到的1-16就是中間經過的router

:::info
遇到可以 `ping 8.8.8.8` 但無法 `ping google.com` 解法：
[[Ubuntu 22.04] DNS設定 - Ianyc - Medium](https://medium.com/ianyc/ubuntu-22-04-dns%E8%A8%AD%E5%AE%9A-b75d6383cf2f)
:::
## Method used in Network
### IP Routing
- ip 可分成 Network ID 跟 Host ID
- 網路位址（Network ID）
- 位於 IP 的前端部分，用來辨識所屬的網路
- 暨大是 `163.22.0.0`
- 主機位址（Host ID）
- 位於 IP 的後端部分，用來辨識網路上的各個裝置
- 暨大學校網站`163.22.12.20`
- 只要在暨大網段裡面的網路都是163.22.x.x

>舉例來說，某天拿到192.168.117.x的網段，前面的192.168.117就是用來辨別所屬網路的網路位址(24 bits)，後面的x則對應到可以分配的主機位址，x的長度總共有8 bits，所以可能的排列組合有256種(2的8次方)，換句話說總共有256個主機位址可以分配給256個裝置使用。
### IP Address 的等級(class)

將這個概念做延伸，不難發現前面的網路位址越短，可以分配的主機位址就會越多，為了滿足不同規模的網路需求，又依據網路位址的長度區分出不同的 IP 位址等級。

IP 位址的等級
當初設計 IP 時，將 IP 位址分成五個等級(Class A、B、C、D、E)

一般常用的是 Class A、B、C 這三種等級的 IP 位址，分別適用在大、中、小型網路，負責管理IP位址的機構，可以依照申請者所需要的網路規模，賦予不同等級的IP位址。

#### Class A
網路位址為 8 bits，第1個 bit(前導位元)必須是0。
網路位址從00000000~01111111，總共有128(2的7次方)個可以運用的網路位址(2的7次方)。主機位址為 24 bits，可以運用的位址總數為16777216個(2的24次方)。目前大部分的 Class A 都已經分配給過去有參與 ARPANET(Internet的前身) 實驗的政府機關、學術單位等等，所以現在無法取得 Class A 的IP位址。


#### Class B
網路位址為 16 bits，前2個 bits(前導位元)必須是 10。Class B 的 IP 位址必定介於128.0.0.0~191.255.255.255。主機位址為 16 bits，可以運用的位址總數為65536個(2的16次方)。大部分的 Class B 都被分配給大企業或ISP使用。

#### Class C
網路位址為 24 bits，前3個 bits(前導位元)必須是 110。Class C 的 IP 位址必定介於192.0.0.0~223.255.255.255。主機位址為 8 bits，可以運用的位址總數為256個(2的8次方)。Class C 通常都被分配給小企業使用。


#### 特殊的IP位址
主機位址全為0
用來代表這個網路，以 Class C為例，196.67.208.0用來代表該 Class C 網路。
主機位址全為1
代表網路中的所有位址，主要是用在廣播上面。假設有電腦送出目的地為196.67.208.255的封包，則代表對196.67.208.0這個網路的所有裝置進行廣播(所有裝置都會收到封包)。
:::info
2^n-2
- n是所用的位數,減2是因為第一個和最後一個位址都是無效的
- *.*.*.00000000 此段網路第一個IP,代表此區段網路 Subnet
*.*.*.11111111 最後一個IP,用作 Broadcast
:::
#### 段落重點整理
從 IP 位址的第一段我們就能看出它所屬的 IP 位址等級。例如: 168.0.0.1可以從 168 判斷它是一個 Class B 的 IP 位址，IP 位址的前 16 bits 為網路位址，後 16 bits 為主機位址。

- Class A : 0.0.0.0~127.255.255.255
- Class B : 128.0.0.0~191.255.255.255
- Class C : 192.0.0.0~223.255.255.255

### Subnet 子網路
Subnet 子網路
- 切割網段 ⇒ 先決定想要分配的主機數:
- Class C 網路為例:
11111111.11111111.11111111.**00000000** => 255.255.255.0

#### NetMask(子網路遮罩)

- 由一串連續的1,加上一段連續的0
>例如: 11111111 11111111 11111111 00000000
通常寫作:255.255.255.0

::: success
Q: 有一IP Address:3.4.5.6 為class A, Net ID. Host ID為何?

class A 有8 bits Network ID, 24 bits Host ID
Netmask 是11111111.00000000.00000000.00000000
8 個 bits 的 1,那就保留
- Net ID: `3.0.0.0`
- Host ID: `0.4.5.6`
:::info
1.有一IP Address: 192.168.38.26 class c, 請問Default Mask, Net ID, Host ID 為何?

2.有一IP Address: 130.48.93.73 為class B, 請問Default Mask, NetID, HostID為何?
:::

### IP的種類：主要分為兩種
剛才是有拆解IP,至於哪裡可以應用呢？

1.public IP(公共IP或公開IP位址)：
- 簡單來說我們能看到的所有網站

2.private IP(私有IP或保留IP位址)：
- 當初設計IPV4時，預設保留給內部網路設定用的IP區段。
- 無法在公開網路上使用，只能在家裡、實室驗等等地方使用。

每個class裡都預留了一段作為private,提供給用戶或企業來設定規劃自己的區域網路:

- classA:10.*. *. *，一組class A
- classB: 172.16. *. * , 172.17. *. * ...,172.31. * . *，共16組class B
- classC:192.168.0.* , 192.168.1. * ... ,192.168.255.*,共256組class C

一樣下`ifconfig`，可以看到10.107.29.251是private IP

:::success
作業: 下列哪幾個是屬於private IP，需要透過IP分享或偽裝才能夠連上INTERNET?
1. 172.15.11
2. 192.28.1.1
3. 10.100.1.1
4. 172.20.1.1
5. 192.168.5.1
6. 61.5.5.1

::: spoiler
私有 IP 的範圍
A 類私有 IP：10.0.0.0 - 10.255.255.255
B 類私有 IP：172.16.0.0 - 172.31.255.255
C 類私有 IP：192.168.0.0 - 192.168.255.255
私有 IP 地址只能用於內部網路，如果要連接 Internet，必須使用 NAT（網路地址轉換）來進行 IP 偽裝。

檢查每個 IP 是否屬於私有範圍

172.15.11：
不在 172.16.0.0 - 172.31.255.255 的範圍內，因此 不是私有 IP。

192.28.1.1：
不在 192.168.0.0 - 192.168.255.255 的範圍內，因此 不是私有 IP。

10.100.1.1：
在 10.0.0.0 - 10.255.255.255 的範圍內，因此 是私有 IP。

172.20.1.1：
在 172.16.0.0 - 172.31.255.255 的範圍內，因此 是私有 IP。

192.168.5.1：
在 192.168.0.0 - 192.168.255.255 的範圍內，因此 是私有 IP。

61.5.5.1：
不屬於任何私有 IP 範圍，因此 不是私有 IP。
:::

:::info
分類網路(Classful Addressing),是引入**CIDR**之前在網際網路中使用的技術，但class a,class b,class c這樣的分類仍不夠彈性。

試想我們家裡有一台router,.被分類到最小的class c,我們家裡可能最多只有10台需要連網的設備，然而class c仍然給了我們254台的空間作使用，這樣就浪費了244台空間。
在意識到這個問題後，工程師們發布了新的技術**CIDR**,取代分類網路只能以8bits為單位分類class的問题，簡單來說就是沒有硬性規定HostID只能是16 or 8bits,可以是10bits,又或是以上面10台為例，就可以切出28bits的Net ID,剩下4bits 共 16台就可以涵蓋我
們需求了。
:::

### Domain Name Server(DNS)

回到IP address,無論是分類網路法還是CIDR,還有一個間题，電腦看的懂這串數字，但我們實在是記不住，就像我們要用mood1e時，我們不會在瀏覽器打163.22.5.234，反過來說moodle
的網站也只會顯示
moodle.ncnu.edu.tw,此時我們會稱moodle是主機名稱**Host name**,
ncnu.edu.tw
是Domain name,而電腦知道
moodle.ncnu.edu.tw
對應163.22.5.234的原因就
是因為有DNS,DNS就像是一個纪錄主機名稱與ip位址的資料庫。

1.不多人會在瀏覽器的網址列(URL)填寫IP了，大部分都是透過主機名稱来處理的。
2.因為Internet就是TCP/IP,因此上網一定要用IP才行（不論是IPv4還是IPv6)。
3,所以就需要透過DNS系統，讓瀏覽器直接去DNS系統詢間某主機名稱的IP後，瀏覽器再自行連上該伺服器！

### Address Resolution Protocol(APR)

主機剛連接到這個區域網路時或者重新啟動之後，是不知道目的方的MAC addr 的，如要向目地機器傳送一個IP packet，就需要先知道目的機器的MAC addr，所以會傳送一個ARP請求的封包。

::: success
查看 ARP table
- `arp -n`:以ip address查看table

- `arp -d<ip 位址>`:刪除特定紀錄

- `arp -s<ip 位址><Mac 位址>`:新增一筆靜態紀錄
>過了兩分鐘部會被刪除，但重新哀機後就會被清除
:::

- 只能在區域網路內解析網路裝置的MAC Address
- 知道裝置的IP時，查尋對應的MAC Address
- `A` (163.22.1.1)要傳送封包給`B` (163.22.1.1),`A`知道`B`的IP位址，但不知道MAC位址
- `A`發送ARP request給區網上的所有裝置（廣播封包）
- 用這個IP的裝置會回應ARP reply(`B`會產生回應)
- `A`把`B`的MAC位址回傳
- Cache:`A`將該筆IP/MAC寫入ARP Table中，保持20分幢

這樣，`A`就知道`B`的MAC位址，它就可以向B傳送資訊。同时它還更新自己的ARP table,下次再向`B`傳送資訊時，直接從ARP table裡尋找就可。

### DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol,動態主機組態協定)
- DHCP使裝置能夠在連接到網路時自動獲取相關配置(IP Address、子網路遮罩、DNS sever address等)

>DHCP Server(餐廳服務生)：主動詢問ˊ裝置需要多少個IP地址，然後提供相應的網路配置給要連線的裝置（客人）：進入網路的設備，ex.電腦、手機等

- 運作步驟
- **DHCP Discover**:Client發送一個DHCP Discover 封包(廣播)，通知網路上的DHCP Server:「我需要一個IP」
- **DHCP Offer**:DHCP Server收到Discover 封包後，回應一個DHCP Offer封包，其中包含:一個可用的IP地址、子網路遮罩、網關(Gateway)。DNS server等
- **DHCP Request**:Client收到DHCP Offer後，發送一個DHCP Request封包，確認要使用的IP底止
- **DHCP Ack**:同意Client可以使用這個IP address

### NAT 網路位址轉譯（Network Address Translation, NAT ）

可以改變 封包 的傳送端 IP 位址與接收端 IP 位址，減少真實 IP 的使用量，也可以將私有 IP（內部 IP）改變成真實 IP（外部 IP）再傳送到網際網路，只需要向網際網路服務供應商，例如：中華電信（2412-TW）申請一個真實 IP，就可以將公司內部所有的電腦連接到網際網路了，因此 NAT 伺服器 是最重要的 <font color=#f00>防火牆</font> 成員，也是一種「封包過濾器（Packet filter）」。

NAT 伺服器的原理
NAT 伺服器的連接方式如＜圖一＞所示，一端連接私有網路（內部網路），由企業內部網管人員自行設定私有 IP，可以自由設定但是不可以重覆，不需要支付費用，而且可以減少真實 IP 的使用量；一端連接外部網路（網際網路），由企業向網際網路服務供應商（例如：中華電信）申請真實 IP，必須支付費用。

假設台大電機系的網管人員將網路切割為內部與外部，內部網路的網址設定為 192.168.1.1、192.168.1.2、192.168.1.3；而外部網路的網址為 140.112.66.88，則 NAT 伺服器的功能就是更改封包表頭的傳送端 IP 位址與接收端 IP 位址。

➤傳送封包：假設私有網路（內部網路）的電腦 A 要傳送封包到網際網路（外部網路），所以將封包表頭內的傳送端 IP 位址設定為 192.168.1.1，如＜圖一（a）＞所示。

➤轉送封包：NAT 伺服器將封包表頭的傳送端 IP 位址改成 140.112.66.88 再傳送到網際網路（外部網路），並且記錄這個封包來自電腦 A，如＜圖一（b）＞所示。

➤接收封包：網際網路（外部網路）要傳送封包到電腦 A，但是封包表頭的接收端 IP 位址設定為 140.112.66.88，因此先由 NAT 伺服器接收進來，如＜圖一（c）＞所示。

➤轉送封包：NAT 伺服器將封包表頭的接收端 IP 位址改成 192.168.1.1 再傳送到私有網路（內部網路）的電腦 A，如＜圖一（d）＞所示。


## Lan vs Wan
- Lan(Local Area Network)
- ip:192.168.0.1 or 10.0.1.256

- Wan(Wide Area Network)
- 接外部IP地址用
- LAN 是封閉型的，可以由辦公室的兩部電腦組成，也可以由一個公司內的上千台電腦組成。
- WAN 就是由多個 LAN 組合之集合

同一網域 透過 switch 用 MAC Address 溝通
不同網域 透過 Router 用 IP Address 溝通

## Port
- 如果只有 IP 位址，若有不同的軟體要同時進行傳輸，所有的資料從同一個出口一起通過會發生碰撞
- 連接埠：讓一台電腦擁有多個對外的出口，讓網路傳輸有多工的能力
- 每個 Port 對應不同的網路

### Port 相關指令
- `cat /etc/services`：查看 Port 的使用狀況
- `grep -w /etc/services`：查詢指定 Port

## Method in Transport Layer

### UDP (User Datagram Protocol)
- 僅提供傳輸基本功能，負責處理封包要傳送到哪個 Port
- 追求即時性且能容忍一些封包丟失的情況(盡力傳遞)
- 串流服務、視訊、音訊

### TCP
- 可靠的傳輸方式 --> 保障資料完整性
- 連線導向(Connection-Oriented)：傳輸資料前先建立連線，協調參數!(用於資料確認與重送、流量控制)
> 利用三項交握建立連線(SYN -> SYN-ACK -> ACK)
- 資料確認和重送：確認目的端是否收到已送出的資料
- 流量控制：視情況調整資料傳輸的狀況，盡量減少資料的流失
> 利用滑動視窗 (Sliding Window)


### TCP Header

| 特性 | TCP | UDP |
|--------------|------|------|
| 可靠性 | 可靠 | 不可靠 |
| 封包確認 | ACK | - |
| 速度 | 慢 | 快 |
| 傳輸方式 | 封包按順序傳輸 | 封包可以串流方式傳輸 |
| 錯誤檢查與修正 | 有 | 無 |
| 連接處理 | 適時重傳, 高速重傳(指定封包) | 適時重傳(全部封包) |
| 嚴密控制 | 有 | 無 |
| 適用服務 | 要求可可靠運輸的服務, ex: SSH, 文字聊天, 電子郵件, 檔案傳輸 | 請求速度的即時服務, ex: 串流媒體, 網路電話 |

# Application Layer

## HTTP (Hyper Transfer Protocol)
- 全球資訊網 (www) 的網路通訊的基礎
- 用於網頁前後溝通，瀏覽器向伺服器發送請求，伺服器回傳相應的資料

:::info
- Get
- 較 Post 不安全
- 訊息會顯示在 head, body 不傳資料
- 傳遞的參數會在 URL 上顯示
- 流程：
1. 瀏覽器發出 Get 請求，只產生一個 TCP 封包
2. 伺服器回應 200，表示請求成功，同時返回資料

- Post
- 較 Get 安全
- 將參數放在 body 中再發送 request
- 不會在 URL 看到參數，適合用於隱密性較高的資料，例如：登入的帳號、密碼等
- 流程：
1. 瀏覽器發送 Post 請求，只產生一個 TCP 封包
2. 伺服器回應 200，表示請求成功，同時返回資料

- Put：新增一項資料，如果存在就覆蓋過去（維持一筆資料）
- Patch：附加新的資料在已經存在的資料後面（資料必須已存在）
- Delete：刪除資料
- Head：只會取得 HTTP header 的資料
- Option：可以了解 server 提供哪些溝通方法
-
:::

## DNS (Domain Name System，網域名稱系統)
- 將 Domain Name 轉換成 IP Address
- Domain Name：moodle.ncnu.edu.tw
- IP address：163.22.5.234
- 查詢DNS資訊：`nslookup <Domain Name>`

> 從後往前解讀
> tw：臺灣
> edu：教育機構
> ncnu：暨大
> moodle：moodle系統
:::info

如何找尋DNS

- `/etc/nsswitch.conf`
- 定義了解析的依序優先順序決定先要用 /etc/hosts 還是 /etc/resolv.conf 的設定
- files (本機檔案)：ex. /etc/hosts、 /etc/passwd

- `/etc/hosts`
- hostname 對應到 IP 的檔案
- /etc/hosts 加上 1.2.3.4 google.com 後輸入 google.com 會連到 IP 位置 1.2.3.4 的位置上

- `/etc/resolv.conf`
- 解析時使用的 DNS Server 的 IP
- `nameserver 8.8.8.8` DNS查詢發送到 Google的 DNS Server
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## FTP (File Transfer Protocol)
- 用於檔案傳輸，將共享檔案存放在FTP Server，讓一般使用者可以透過網路來下載或上傳。他的重點在異質性的電腦以及遠距離的檔案共享。
- Client-Server 模型
- FTP Server：提供檔案的 Server 端
- FTP Server：透過 FTP 連接到 Server，執行上傳或下載操作的 Client 裝置
- 20 port：傳遞資料
- 用於實際的檔案資料傳輸(下載或上傳檔案)

- 21 port：傳輸流程控制
- 進行身分驗證、輸入帳密等指令

:::info
- 主動模式(Active Mode)
1. Client 利用 Command Port (1026) 向 Server 的 Command Port (通常是 21) 發送連線請求，同時告知 Server 自己的 Data Port 是 1027 (N + 1)
2. Server 同一個 ACK 到 Client 的 Command Port (通常是 21) 發送連線請求，同時告知自己的 Data Port 是 1027 (N + 1)
3. Server 從自己的 Data Port (20) 向 Client 在第一步指定的 Data Port(1027) 建立連線
4. **連線成功後**，Client 會向 Server 的 Data Port (20) 發送一個確認的 ACK

- 被動模式(Passive Mode)
1. Client 主動跟 Server 連線後，告訴 Server 使用 Passive Mode
2. Server 回 ACK 並告訴 Client 自己開了一個 Data port (2024)
3. Client 主動跟剛才 Server 指定的 Data Port 連線
4. 最後 Server 回一個 ACK 給 Client 的 data port
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## HTTP 協定版本
### HTTP 1.0
- 簡單的文本設定
- **無** 連線持續性 (keep-alive)
- 單一請求-回應模型：每個請求都需要建立新的連線，完成後即斷開
- 浪費頻寬、時間延持
- 單路徑傳輸，一次只能處理一個請求
- 狀態碼
- HTTP 1.0 主要使用標頭中的 if-Modified-Since 和 Expires 來做為暫存的判斷標準

### HTTP 1.1
- 連線持續性 (keep-alive)
- 可以使用同一個 TCP 來重複多個 HTTP 請求，預設keep-alive，避免重新建立連線

- 管道化
- 允許在同一連接上平行發送多個請求，但回應還是按照請求的順序返回
-
- 狀態碼 100 (Continue)
- 引入了狀態碼 100，改善了 client 端發送 Request 的模式，避免不必要的頻寬浪費。
-更多請求方法
- 新增了 `PUT`、`PATCH`、`DELETE`、`CONNECT`、`TRACE` 和 `OPTIONS` 等請求方法。

- Host 標頭
- 支援多虛擬主機，使用 Host 標頭字段指定伺服器的域名。
- > 現在在一台伺服器上可以存在多個虛擬主機，並且共享同一個 IP。所以加上 Host ID 之後，就可以將請求發往在同一台伺服器上的不同網站。
- 快取
- 引入更多的暫存功能，例如 `ETag`、`If-Modified-Since` 等。通過這些功能可以最優化暫存的效率。

### HTTP2/SPDY
SPeeDY
- 加快網路載入速度，減少延遲

### HTTP3/QUIC

:::info
QUIC
- **Q**uick **U**DP **I**nternet **C**onnection
- 連線建立 (Connection Establishment)

### 特點
- 多路複用 (Multiplexing)
> TCP HOL Blocking 問題：在 TCP 連線中，一個封包的遺失會導致整個連線的傳輸被卡住，直到封包被重新傳送。

- 允許在同一連線上進行多個 Stream 的資料傳輸。當某一個 Stream 中的封包遺失時，僅影響該 Stream 的傳輸，其他則不受影響，有效避免 **TCP HOL Blocking**

- 封包遺失恢復 (Loss Recovery)
- 在 TCP 中，封包遺失恢復網路使用序列號標記封包，接收端回傳帶有相應序列號的 ACK
- TCP 重傳歧異問題：雖以區分是接收初始封包還是重傳封包的 ACK，可能影響 RTT 和 壅塞控制演算法
- QUIC 解決方案：使用唯一的封包編號 (unique packet number)，每次傳送都有新的編號，解決了 ACK 的 歧異問題，提高了 RTT 準確度，降低封包重傳反應時間

- 流量控制 (Flow Control)
- 流量控制限制 Client 傳輸資料量，接收端只保留相對應大小的接收 buffer
- QUIC 使用連線層和 Stream 層流量控制，避免單一 Stream 占用過多 buffer，防止 HOL Blocking

- Connection Migration
- QUIC 使用 64 位獨立的 Connection ID 來識別連線，由 Client 在建立連線時隨機產生
- Connection ID 允許在 Client 的 IP 變動時，仍能平順處理 Connection Migration 的問題
- Client 端可以使用舊的 Connection ID 在新的 IP 位址上傳送封包，接收端透過 Connection ID 識別連線，確保封包正確接收

> HTTP 透過 QUIC 會比 HTTP/2 經由 TLS 加密後在傳輸還要快

:::

## Demo

::: success
**使用 telnet 上網**
- 沒有指定 host --> 預設頁面

telnet ammon.bluet.org 80
GET / HTTP/1.0

> 會顯示網頁的一些資訊(HTTP版本、使用什麼Server...等)

- 指定 Host

telnet ammon.bluet.org 80
GET / HTTP/1.0
Host: studio.bluet.org

> 輸入後按兩下 enter 才會顯示抓到的資料
> 告訴網頁伺服器我們指定什麼 Host
> 最後回傳指定 Host 的網頁資料
:::