# OSI model: 7 layers


引用: https://tournasdimitrios1.wordpress.com/2011/01/19/the-basics-of-network-packets/

### TCP/IP各階層資料名稱
應用程式的資料會在每個階層進行特殊處理並加上表頭(或表尾)，可能是出於避免混淆或是其他原因，每個階層的資料名稱都是不一樣的。

* 應用層：訊息(Message)
* 傳輸層：區段(Segment)或資料包(Datagram)
使用TCP 協議時稱為區段
使用UDP 協議時稱為資料包
* 網路層：封包(Packet)
* 網路存取層：訊框(Frame)
引用:https://ithelp.ithome.com.tw/m/articles/10321958

## Application layer

[應用層協定例子](https://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%BA%94%E7%94%A8%E5%B1%82)

應用層主要功能是處理應用程式，進而提供使用者網路應用服務。這一層的協定也很多。使用者常見的通訊協定，有DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）、FTP（File Transfer Protocol）、HTTP（HyperText Transfer Protocol）及POP3（Post Office Protocol-Version 3）等，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。

應用層是最接近web app的，此層的協定包含常見
- Http - 提供向瀏覽器發出request & transfer
- SMTP - 提供transferemail訊息
- FTP - 提供檔案的傳輸協定
- DNS - 提供轉換網址到network address

屬於第七層的應用軟體，像是網路瀏覽器（IE、Firefox）、電子郵件、線上遊戲、即時通訊（MSN Messenger、ICQ）等。上述軟體均透過單一或多種通訊協定，提供各類網路應用服務，像是網路瀏覽器藉由HTTP的溝通，即可呈現圖文並茂的網頁。

## Presentation layer

## Session layer

## Transport layer

#### **確保端到端的通信，提供可靠的數據傳輸。**
* 協定：

1. TCP: 提供一連串偵錯、重送、資料順序、流量控管等實作，提供連線的可靠性。
2. UDP: 專注於資料的傳遞，幾乎不管資料是否正確送達，需要應用層自行處理。

* 基本功能: 分割與重組數據 -> 按連線埠號定址 -> 連線管理 -> 差錯控制和流量控制,糾錯的功能 ->

* 服務類型: 傳輸層提供的服務可分為傳輸連線服務和數據傳輸服務

1. 傳輸連線服務：通常，對會話層要求的每個傳輸連線，傳輸層都要在網路層上建立相應的連線。
2. 數據傳輸服務：強調提供面向連線的可靠服務，並提供流量控制、差錯控制和序列控制，以實現兩個終端系統間傳輸的報文無差錯、無丟失、無重複、無亂序。

## Network layer

**網路層（Network Layer）** 是OSI模型中的第三層，提供**路由**和**尋址**的功能，使兩終端系統能夠互連且決定最佳路徑，並具有一定的擁塞控制和流量控制的能力。相當於傳送郵件時需要位址一般重要。由於TCP/IP協定體系中的網路層功能由IP協定規定和實現，故又稱IP層。

#### 定址

對網路層而言使用IP位址來唯一標識網際網路上的各個定址，網路層依靠IP位址進行相互通訊（類似於MAC位址），詳細的編址方案參見IPv4和IPv6。

#### 路由(routing)

在同一個網路中的內部通訊並不需要網路層裝置，僅僅靠資料連結層就可以完成相互通訊，對於不同的網路之間相互通訊則必須藉助路由器等三層裝置。

#### 具有網路層功能的裝置

* 路由器(Router)

路由器是將運算裝置（例如電腦）及網路連線至其他網路的聯網裝置。路由器有三個主要功能，分別是:
1.確定路徑：路由器可以決定從來源到目的地所採用的路徑，這個作業稱為路由。
2.資料轉傳：路由器會將資料轉傳至所選路徑的下一個裝置，重複這個過程，最終資料可以抵達目的地。運算裝置和路由器可能位於相同的網路或不同的網路。
3.負載平衡：路由器有時會用多個不同路徑，傳送相同資料封包副本。其目的是為了減少因資料遺失而造成錯誤、並建立備援及管理流量。
比較技術性的解釋是路由器是種電信網路裝置，提供路由與轉送兩種重要機制，可以決定封包由來源端到目的端所經過的路徑（host到host之間的傳輸路徑），這個過程稱為路由；將路由器輸入端的封包移送至適當的路由器輸出端（在路由器內部進行），這稱為轉送。路由工作在OSI模型的第三層——即網路層，例如網際網路協定（IP）。
IP路由器之中最常見的類型是家用和小型辦公路由器，它只在家庭電腦和網際網路之間轉發IP封包，例如，使用者的cable路由器或DSL路由器，這些路由器通過網際網路服務提供商（ISP）連接到網際網路。而像是企業級路由器等更複雜的路由器，則會將大型企業或ISP的網路與強大的核心路由器連接起來，沿著網際網路主幹網的光纖線路高速轉發數據。

#### 網路層協定

* IP （V4、V6）

> 
>
> Private IP 網段:
> - 10.0.0.0/8
> - 172.16.0.0/12
> - 192.168.0.0/16
>
> 
>
> 引用 https://community.fs.com/hk/article/ipv4-vs-ipv6-whats-the-difference.html

* IPX
* X.25
* RARP
* ICMP（V4、V6）
* IGMP
* IPsec
* RIP
* OSPF

#### 封包

封包（英語：Data packet），又稱數據包，是在封包交換網路中傳輸的格式化數據單位。
一個封包（packet）分成兩個部份，包括控制資訊，也就是表頭資料（header），和資料本身，也就是負載（payload）。
我們可以將一個封包比作為一封信，表頭資料相當於信封，而封包的資料部分則相當於信的內容。和信不同的是，有時候一個大封包可以分成多個小封包。

#### 子網路遮罩

IP 位址可以分為二個部份，一個是由 IANA 或 TWNIC 或 ISP 所分派的固定部份，稱之為 Network ID，以及可以自行運用的部份，稱之為 Host ID。例如，以 140.115.x.x 為例，140.115 就是 Network ID。然而，為了讓電腦可以判斷出 IP 位址的 Network ID 及 Host ID，必須靠子網路遮罩 (Subnet Mask) 的幫忙。

因為每個網路都可以再切割為更小的子網路，例如，中央大學的網路是 140.115.x.x，而中央企管可以使用 140.115.75.x 這個子網路。以整個中央大學而言，它的 Network ID 是 140.115，而中央企管的 Network ID 是 140.115.75。因為中大的前二個位元組是 Network ID，所以子網路遮罩的前二個位元組要設成 255，而最後二個位元組為 Host ID，則子網路遮罩設為 0。因此，IP 位址為 140.115.x.x 的子網路遮罩為 255.255.0.0，而 140.115.75.x 的子網路遮罩為 255.255.255.0。

簡而言之，子網路遮罩就是將所有和 Network ID 同一個欄位的位元都設成 1，所有和 Host ID 同欄位的位元都設成 0。

| 二進位的子網路遮罩 | 子網路遮罩 |
| - | :- |
| 11111111 00000000 00000000 00000000 | 255.0.0.0 |
| 11111111 11111111 00000000 00000000 | 255.255.0.0 |
| 11111111 11111111 11111111 00000000 |255.255.255.0 |

當我們在表示一個子網路時，我們可以使用 140.115.0.0/255.255.0.0 來表示。然而，我們也常看到另一種表示方式：140.115.0.0/16。16 的意思是子網路遮罩中，高位元的部份有 16 個 1。以上表中各個子網路遮罩為例，我們可以表示為：

| 二進位的子網路遮罩 | 子網路遮罩 |
| - | :-: |
| 11111111 00000000 00000000 00000000 | /8 |
| 11111111 11111111 00000000 00000000 | /16 |
| 11111111 11111111 11111111 00000000 | /24 |

那麼電腦又是如何從一個 IP 及子網路遮罩判斷出 Network ID 的呢？電腦會將 IP 和 Netmask 做 AND 運算，運算結果就是 Network ID，如下表中所示：

| IP (140.115.75.5) | 10001100 01110011 01001011 00000101 |
|-|-|
| Netmask (255.255.255.0) | 11111111 11111111 00000000 00000000 |
| Network ID (140.115.0.0) | 10001100 01110011 00000000 00000000 |

## Data link layer

MAC ( Media Access Control) 媒體存取控制層：
為資料鏈結層與實體層互相介接的部分，主要提供傳輸媒介存取方式的控制，
使得LLC層的存取方式不受傳輸媒介影響，
因此上層(網路層 )的通訊協定和實體層的傳輸媒介是互相獨立的。

L L C (Logical Link Control) 邏輯連接控制層：
網路層和資料鏈結層的整合介面，將網路層送來的封包依照不同的MAC層轉換成相對應的資料框型態後再送至實體層。若實體層收到MAC層送來的資料封包，
亦會根據封包訊息判斷所屬之通訊協定，再傳送至網路層進行處理。

## Physical layer (物理層)

* 功能：在物理媒介上傳輸原始位元，處理電壓、電流、光信號等。

1. 乙太網線（Ethernet Cable）：
傳輸的是電流信號。
使用銅線（通常是銅導體）作為物理傳輸介質。
主要應用在局域網（LAN）中，如家庭、辦公室等。

2. 光纖（Fiber Optic）：
傳輸的是光信號。
使用光纖（通常是玻璃或塑料纖維）作為物理傳輸介質。
光纖的主要特點是高帶寬、低損耗、抗電磁干擾，適用於長距離通信。
應用於長距離通信網絡、數據中心互連、高速寬帶接入等。

3. 無線電波（Wireless Radio Waves）：

傳輸的是無線電波信號。
使用空氣中的電磁波作為傳輸介質，不需要物理電纜連接。
主要應用在無線通信，包括無線局域網（WLAN）、行動通信（如4G、5G）、藍牙、Wi-Fi等。

## 額外探討

### netstat指令說明

@StanShih

$ netstat -an

使用中連線

  協定   本機位址               外部位址               狀態
  TCP    0.0.0.0:445            0.0.0.0:0              LISTENING
  TCP    127.0.0.1:31072        127.0.0.1:37411        ESTABLISHED
  TCP    172.20.10.4:39231      20.189.173.6:443       TIME_WAIT
  TCP    172.20.10.4:39236      192.168.2.152:445      SYN_SENT
  TCP    [::]:445               [::]:0                 LISTENING
  UDP    0.0.0.0:64551          *:*                    
  UDP    172.19.96.1:138        *:*                    

| TCP狀態 | 說明 |
| :---------: | -------- |
| LISTENING | 該連接埠處於正在傾聽的狀態，提供服務 |
| ESTABLISHED | 已建立好連線，正在彼此傳送資料 |
| CLOSE_WAIT | 對方主動關閉連線或網路異常發生中斷，此時須執行close |
| TIME_WAIT | 執行close斷開連線後，則會進入此狀態 |
| SYN_SENT | 正在請求連線 |

#### TCP狀態機


引用https://www.cs.uni.edu/~diesburg/courses/cs3470_fa19/projects/p4-tcp.html

## TCP/IP VS OSI Model


## Transmit vs Receive


引用https://insights.profitap.com/osi-7-layers-explained-the-easy-way

## three-way-handshake 三向交握

確保連線可以正常建立


## Whois

查詢公眾IP

https://www.whois365.com/tw/