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C3W1_網路架構基礎

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C3W1 — 網路架構基礎（Network architecture）

Module 1: Network architecture

目錄

一、網路的基本結構

1. 什麼是網路？

  • 網路（network）：一群連接在一起的裝置
  • 家用網路常見裝置：筆電、手機、智慧家電（冰箱、冷氣）
  • 辦公網路常見裝置：工作站、印表機、伺服器
  • 裝置之間透過**網路線（cable）或無線（wireless）**通訊
  • 每個裝置需要獨一無二的識別碼來定位彼此——就是 **IP 位址（IP address）**和 MAC 位址

核心邏輯

資安分析師要保護網路，第一步必須懂網路的組成——有哪些裝置、怎麼互相找到彼此、資料怎麼流動。

2. LAN 和 WAN 差在哪？

類型英文涵蓋範圍例子
區域網路Local Area Network (LAN)小範圍：一棟建築、一間學校、一個家手機連家裡 WiFi
廣域網路Wide Area Network (WAN)大範圍：城市、國家、洲整個網際網路（internet）就是一個超大 WAN

一句話記

LAN 是「一個點」，WAN 是「一大片」；你的 LAN 接上 WAN 才能和世界通訊。

3. 常見的網路工具有哪些？

裝置英文白話功能安全性重點
集線器Hub把資料廣播給網路上每一個裝置（像廣播電台）不安全：所有人都聽得到
交換器Switch只把資料送給目標裝置（有方向性）比 hub 安全，還能控制流量
路由器Router連接不同網路，幫封包決定下一站去哪跨網路通訊的核心
數據機Modem把 LAN 連上網際網路（WAN 入口）家用寬頻必備

資料怎麼跨網路流動？

電腦 → 路由器（判讀目的地）→ 數據機（接上 internet）→ 對方的數據機 → 對方的路由器 → 目標裝置

路由器靠**路由表（routing table）**決定「下一站送到哪台路由器」。封包的目的地 IP 位址就記在標頭裡，路由器讀它、查表、轉發——一台接一台，直到抵達目的地網路。

易踩雷：Hub vs Switch vs Router vs Modem

差異核心：Hub 廣播給所有人，Switch 只點對點傳給目的地——安全性差在這裡

  • Switch 會建 MAC 位址表（MAC address table），Hub 不會
  • Hub 在現代幾乎已被淘汰，大多數環境都用 Switch

考題關鍵字對照：

  • 「broadcasts information to every device」→ hub
  • 「connects multiple networks together」→ router
  • 「connects your router to the internet」→ modem

我家那台是什麼？（現代家用設備的真相）

家裡那個可以插很多線又有 Wi-Fi 的「盒子」，通常是三合一設備（又稱無線路由器 / 閘道器 Gateway）：

整合的功能負責做什麼
數據機接 ISP 訊號、轉成 LAN 可用的數位格式
路由器連接家庭 LAN 和 internet、分配私有 IP
交換器讓多台有線裝置在 LAN 內精準互傳資料

Wi-Fi 是路由器的功能，不是數據機 — 無線發射器整合在路由器模組裡。

這樣設計對一般使用者的好處：不需要知道這四種設備各自是什麼，買一台插上去就能連網路，省空間、省成本、省設定。

4. 雲端網路和傳統網路差在哪？

項目傳統網路（on-premise）雲端網路（cloud network）
硬體位置公司機房裡遠端資料中心
擁有者公司自己第三方雲端服務商
存取方式內部連線透過 internet
成本結構一次買斷 + 維運用多少付多少
  • 雲端運算（cloud computing）：使用遠端伺服器、應用程式、網路服務，而不是用本地實體裝置
  • 雲端網路（cloud network）：一組存在遠端資料中心的伺服器，透過 internet 存取
  • 優點：省錢、彈性擴充、按需付費
  • 挑戰：資安重心從「防護網路邊界」轉向「驗證身份 + 流量來源」

雲端安全的新觀念

以往只看「流量從哪來」，雲端時代還要看「帶著什麼身份來」——identity-based security 疊在傳統的 network-based security 上面。

二、網路通訊是怎麼運作的

1. 封包（packet）長什麼樣？

資料封包（data packet）：網路上傳資料的基本單位，像一封實體信件：

部位英文功能
標頭Header目的 IP、來源 IP、目的 MAC、協定代號
內容Body / Payload實際要傳的訊息
結尾Footer告訴接收端「資料傳完了」

封包的 header/body/footer vs HTML 的 header/body/footer

名字一樣，但層次完全不同，不要混淆：

封包（網路傳輸）HTML（網頁文件）
Header來源 IP、目的 IP、協定、TTL 等傳輸控制資訊網頁標題、meta 標籤
Body實際傳輸的資料（影像、音樂、文字，任何東西都可以）網頁可見內容
Footer錯誤偵測用的校驗和（確保資料沒有在傳輸途中損壞）頁尾版權、連結區塊

封包的 footer 不是「給使用者看的」，是給接收端機器做完整性驗證用的。

2. 帶寬（bandwidth）和速度（speed）怎麼影響安全？

  • 帶寬（bandwidth）：每秒裝置接收到多少資料（資料量 ÷ 時間）
  • 速度（speed）：封包被接收或下載的速率
  • 分析師關注這兩個指標的原因：異常波動常是攻擊前兆
    • 帶寬突然爆量 → 可能是 DDoS
    • 速度突然變慢 → 可能有中間人在擷取流量

3. 封包嗅探（packet sniffing）是什麼？

  • 封包嗅探（packet sniffing）：擷取並檢視網路上流動的封包
  • 分析師用它來 debug 和監控；攻擊者用它來偷資料
  • W3 會再深入攻擊端的用法

同一個工具，使用者決定它是防禦還是武器

  • 防守方（分析師）：嗅探自己管理的網路流量 → 找攻擊跡象、異常行為、debug
  • 攻擊方（駭客）：嗅探他人網路封包 → 偷帳號密碼、個資、機密資料

技術本身是中性的，合法性取決於有沒有授權檢視那段網路流量。

三、TCP/IP 模型的四層架構

1. 為什麼要學 TCP/IP 模型？

  • TCP/IP 模型：描述網路通訊如何組織和傳輸的標準框架
  • TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協定）：負責讓兩台裝置建立連線、分段資料、確保封包抵達
  • IP（Internet Protocol，網際網路協定）：負責路由和定址封包
  • 資安分析師靠這個模型定位問題發生在哪一層，才能對症下藥

為什麼這個模型對資安這麼重要？

當網路出問題（封包丟失、連線中斷、攻擊徵兆），分析師會先問「這是哪一層出狀況？」——這決定了要看什麼 log、用什麼工具。

2. 四層分別在做什麼？

  ┌─────────────────────────────────────────┐
  │  Layer 4：Application Layer             │
  │  HTTP · HTTPS · DNS · FTP · SMTP        │
  ├─────────────────────────────────────────┤
  │  Layer 3：Transport Layer               │
  │  TCP · UDP（流量控制、錯誤檢查）         │
  ├─────────────────────────────────────────┤
  │  Layer 2：Internet Layer                │
  │  IP · ICMP · ARP（路由 + 定址）         │
  ├─────────────────────────────────────────┤
  │  Layer 1：Network Access Layer          │
  │  Ethernet · WiFi（實體傳輸 + 硬體）      │
  └─────────────────────────────────────────┘

↑ 由下往上讀：從實體訊號到應用程式

層英文主要職責常見協定 / 事件
1Network Access Layer封包的產生與實體傳輸（硬體、纜線、switch）Ethernet、WiFi
2Internet Layer加上 IP 位址，決定封包走哪條路到目的地IP、ICMP、ARP
3Transport Layer控制流量、錯誤檢查、允許 / 拒絕通訊TCP、UDP
4Application Layer決定封包到達後怎麼和應用程式互動HTTP、HTTPS、DNS、FTP

記憶口訣

第 1 層碰實體 → 第 2 層標住址 → 第 3 層管流量 → 第 4 層做應用。

物流系統比喻（幫助記憶四層）

層物流比喻一句話
第 1 層 Network Access道路 + 車輛Wi-Fi 電波和網路線就是「路」，你的裝置是「車」
第 2 層 InternetGPS 導航 + 全球地址系統知道地址（IP），規劃路線送包裹跨城市
第 3 層 Transport物流追蹤系統確認包裹有到、遺失就重寄、控制貨運速度
第 4 層 Application使用者開箱你拿到資料後，瀏覽器/App 決定怎麼呈現給你

易踩雷：四層職責對號

  • 順序（由下到上）：Network Access（1）→ Internet（2）→ Transport（3）→ Application（4）
  • 加 IP 位址 → Internet Layer（第 2 層），不是第 1 層
  • 控流量、錯誤檢查 → Transport Layer（第 3 層）
  • HTTP、HTTPS、DNS、FTP → Application Layer（第 4 層）
  • 考題關鍵字：「The TCP/IP model has ___ layers」→ four (4)

3. OSI 模型和 TCP/IP 差在哪？

模型層數誰在用
TCP/IP4 層實務標準（internet 實際運作方式）
OSI7 層教學與除錯參考（把 TCP/IP 拆更細）

OSI 七層詳細說明（由上到下，Layer 7 → Layer 1）：

  ┌────────────────────────────────────────────────────┐
  │  L7  Application（應用層）  HTTP · SMTP · DNS      │ ←─ TCP/IP
  ├────────────────────────────────────────────────────┤    Application
  │  L6  Presentation（呈現層） SSL/TLS · 壓縮 · 編碼  │    Layer
  ├────────────────────────────────────────────────────┤
  │  L5  Session（會話層）      建立/維持/終止 session │ ─┘
  ├────────────────────────────────────────────────────┤
  │  L4  Transport（傳輸層）    TCP · UDP              │ ←─ TCP/IP Transport
  ├────────────────────────────────────────────────────┤
  │  L3  Network（網路層）      IP 路由 · Router        │ ←─ TCP/IP Internet
  ├────────────────────────────────────────────────────┤
  │  L2  Data Link（資料鏈結層）Switch · NIC           │ ←─ TCP/IP
  ├────────────────────────────────────────────────────┤    Network Access
  │  L1  Physical（實體層）     線路 · Hub · Wi-Fi 硬體 │ ─┘
  └────────────────────────────────────────────────────┘
層英文白話職責例子
7Application使用者直接互動的應用協定HTTP、HTTPS、SMTP、DNS
6Presentation資料格式轉換 + 加密SSL 加密（HTTPS 的底層）、壓縮、字元編碼轉換
5Session管理兩端的連線「一場對話」建立/維持/終止 session；設中斷恢復的 checkpoint
4Transport分割資料、確保送達、速度控制TCP（可靠）、UDP（快但不保證）
3Network決定跨網路的路徑（IP 路由）IP 位址、路由器在這層工作
2Data Link在同一個網路內組織傳輸Switch 和網卡（NIC）在這層工作
1Physical把資料轉成 0 和 1、走實體線路網路線、Wi-Fi 硬體、Hub、Modem

TCP/IP 和 OSI 的對應關係

TCP/IP 的 Application Layer（第 4 層）對應 OSI 第 5-7 層； TCP/IP 的 Network Access Layer（第 1 層）對應 OSI 第 1-2 層。

TCP/IP 是 OSI 的精簡版（condensed form）——OSI 拆得更細，適合除錯時精確定位是哪個環節出問題；TCP/IP 是實務標準，描述 internet 實際怎麼跑。

考核易錯：OSI vs TCP/IP 層數對應

  • OSI 第 3 層（Network）≈ TCP/IP 第 2 層（Internet Layer）→ 都管 IP 路由
  • OSI 第 4 層（Transport）= TCP/IP 第 3 層（Transport Layer）→ TCP/UDP 在這層
  • 題目說「which layer manages IP routing」→ OSI 用 Network，TCP/IP 用 Internet，同一件事不同叫法

四、IP 位址、MAC 位址與連接埠（port）

1. IPv4 和 IPv6 差在哪？

項目IPv4IPv6
格式4 組十進位數（0-255）用 . 分隔8 組十六進位用 : 分隔（可用 :: 縮寫連續零）
例子198.51.100.02002:0db8::ff21:0023:1234
位元數32 bits（4 bytes）128 bits（16 bytes）
可用地址數約 43 億（4.3 billion）340 undecillion（340 後面 36 個零）
為什麼誕生早期標準IPv4 地址快用完（IPv4 address exhaustion）

易踩雷：IPv4 vs IPv6

  • IPv6 是 128 bits（16 bytes），不是 32 bits
  • IPv6 的「32 個字元」是地址文字長度，不等於 bits 數
  • 縮寫規則：連續的零可以用 :: 取代，但一個地址只能用一次 ::
  • 考題關鍵字：「IPv4 allows for approximately ___ addresses」→ 4.3 billion
  • 考題關鍵字：「IPv4 address exhaustion」→ 這就是 IPv6 誕生的原因

IPv6 的技術改良（相較 IPv4）

  • 標頭更簡潔：移除了 IHL、Identification、Flags 等欄位；新增 Flow Label（標記需要特殊處理的封包）
  • 路由更有效率：標頭欄位減少，路由器處理速度更快
  • 消除私有地址衝突：IPv4 的私有地址（如 192.168.x.x）同一區域網路若兩台裝置用同一個，會產生衝突；IPv6 地址空間大到每台裝置都有唯一地址

IPv4 封包標頭的關鍵欄位（資安角度）

標頭大小 20–60 bytes，共 13 個欄位。資安分析師最需要認識的：

欄位白話功能資安意義
Source IP發送方 IP 位址追蹤流量從哪來
Destination IP目的地 IP 位址確認流量要去哪
Protocol資料區塊用的協定（TCP/UDP 等）判斷封包類型
TTL (Time to Live)每過一台路由器 -1，歸零就丟棄防止封包在網路上無限流轉；歸零時路由器回傳 ICMP Time Exceeded 給發送方
Header Checksum校驗標頭是否在傳輸途中損壞損壞封包被丟棄，可用來偵測傳輸問題
Total Length整個封包（標頭 + 資料）的大小，最大 65,535 bytes封包大小異常時是攻擊訊號
Identification / Flags / Fragment Offset封包分片（fragmentation）相關欄位當封包太大被切成小片，這三個欄位讓接收端知道怎麼重組

補充術語：TCP 連線的資料封包稱 IP packet；UDP 連線的稱 datagram（有時會在題目中見到）。

2. 公開 IP 和私有 IP 怎麼分？

類型英文誰看得到誰指派
公開 IPPublic IPinternet 上任何人ISP（網路服務商）依地理位置指派
私有 IPPrivate IP只有同一 LAN 的裝置路由器在 LAN 內部指派

3. MAC 位址做什麼用？

  • MAC 位址（Media Access Control address）：每個實體裝置都有的獨特英數字識別碼
  • 和 IP 位址不同：IP 會變（你換地方上網就換），MAC 綁定硬體，幾乎不變
  • Switch 會建立 MAC 位址表（MAC address table）——像電話簿，把 MAC 對應到實體 port，決定資料送去哪個實體孔

易踩雷：IP vs MAC

IP 告訴你封包要去哪個「網路位址」，MAC 告訴 switch 要把封包送到哪個「實體孔」。

  • IP 是網路位址（會變），MAC 是實體硬體識別（幾乎不變）
  • Switch 用 MAC address table 查目的地的實體 port
  • 考題關鍵字：「unique alphanumeric identifiers assigned to each physical device」→ MAC
  • 考題關鍵字：「routing across networks」→ IP

4. 常見的連接埠（port）有哪些？

  • 連接埠（port）：作業系統裡的軟體定位點，把資料分流給不同服務
  • 好比郵差不只要找到大樓，還要找到幾號房
Port用途
20大檔案傳輸（FTP data）
25電子郵件（SMTP）
443安全網頁通訊（HTTPS）
80一般網頁（HTTP，不加密）

公寓信箱比喻

  • IP 位址 = 整棟大樓的門牌號碼（找到這台設備）
  • Port = 大樓裡每戶的信箱號碼（把資料分給對的應用程式）

比如 port 80 的信箱固定給「網頁服務」收，port 443 給「加密網頁服務」收。資料到了設備後，系統看 port 號碼決定轉交給哪個 App 處理。

考題關鍵字：「software-based location that organizes the sending and receiving of data between devices」→ port

五、術語速查表

前文已詳細解釋的術語不再重複，請回對應章節查閱。

英文中文白話解釋
Network網路一群互相連接的裝置
LAN區域網路小範圍的網路（家裡、辦公室）
WAN廣域網路大範圍的網路（城市、internet）
Hub集線器廣播型連接裝置
Switch交換器點對點連接裝置
Router路由器連接不同網路、決定封包路徑
Modem數據機LAN 連上 internet 的入口
Cloud computing雲端運算用遠端資源取代本地裝置
Data packet資料封包網路傳輸的基本單位
Bandwidth帶寬每秒接收的資料量
Packet sniffing封包嗅探擷取與檢視網路封包
TCP/IP傳輸控制協定 / 網際網路協定網路通訊的標準框架
OSI model開放式系統互連模型7 層教學與除錯參考模型
IP addressIP 位址裝置在網路上的獨特識別
MAC addressMAC 位址實體裝置的獨特識別碼
Port連接埠作業系統中分流資料的軟體定位點
Public IP公開 IPISP 指派、對外可見的 IP
Private IP私有 IPLAN 內部使用的 IP
TTL (Time to Live)存活時間封包每過一台路由器 -1，歸零就丟棄，防止無限流轉
Datagram資料報UDP 連線的資料封包（TCP 連線的叫 IP packet）
Routing table路由表路由器靠它決定「下一站送哪台路由器」
IPv4 address exhaustionIPv4 地址耗盡IPv4 地址快用完，促成 IPv6 誕生的原因
Fragmentation封包分片封包太大時被切成小片，抵達目的地再重組

下一步：W2 網路運作與通訊（協定、防火牆、VPN、代理）

筆記建立日期：2026-04-15 ｜ 最後更新：2026-04-25

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