A2.1–A2.2 網路基礎與架構
網路基礎與架構（Network fundamentals and architecture）說明網路有哪些類型、裝置如何連接、網路應用如何分工，以及 TCP/IP 分層模型如何讓不同設備用共同規則溝通。本頁合併 A2.1 網路基礎與 A2.2 網路架構兩個子題。
網路有哪些類型？
| 類型 | 全名 | 範圍與特色 |
|---|---|---|
| PAN | Personal Area Network | 個人周邊，例如藍牙耳機與手機 |
| LAN | Local Area Network | 家庭、學校、辦公室；同一組織管理 |
| WLAN | Wireless LAN | 以 Wi-Fi 連線的 LAN |
| WAN | Wide Area Network | 跨城市或國家，例如網際網路 |
| VPN | Virtual Private Network | 在公共網路上建立加密通道，讓遠端使用者像在內網一樣 |
網路裝置各負責什麼？
- 交換器（switch）：在 LAN 內依 MAC 位址 把資料送到正確裝置。
- 路由器（router）：在不同網路之間依 IP 位址 決定封包路徑，家用路由器通常也負責 NAT 與 DHCP。
- 數據機（modem）：把數位訊號與電信線路上的訊號互相轉換。
- 無線存取點（wireless access point, WAP）：讓 Wi-Fi 裝置連進有線網路。
- 網路介面卡（Network Interface Card, NIC）：每台裝置連網的硬體，具有唯一 MAC 位址。
網路拓樸怎麼選？
| 拓樸 | 結構 | 優點 | 缺點 |
|---|---|---|---|
| 星狀（star） | 所有裝置連到中央交換器 | 單一裝置故障不影響其他；容易擴充 | 中央交換器故障，整個網路停擺 |
| 網狀（mesh） | 裝置彼此多重連線 | 一條線路斷掉還有其他路徑，可靠度高 | 佈線多、成本高 |
| 匯流排（bus） | 所有裝置共用一條主幹 | 便宜、簡單 | 主幹故障全斷；流量大時碰撞多 |
用戶端–伺服器與 P2P 有什麼差別？
- 用戶端–伺服器（client–server）：伺服器集中提供服務（網站、電子郵件、資料庫），用戶端送出請求。容易集中管理、備份與控管安全，但伺服器是單點故障與效能瓶頸。
- 點對點（Peer-to-Peer, P2P）：每台裝置同時是用戶端也是伺服器，例如 BitTorrent。沒有中央伺服器、可擴展，但難以管理與確保資料安全。
雲端運算（cloud computing） 是用戶端–伺服器的延伸：透過網路租用遠端的運算與儲存資源，常見服務模式有 SaaS（軟體即服務）、PaaS（平台即服務）、IaaS（基礎架構即服務）。
TCP/IP 模型有哪幾層？
協定（protocol）是通訊雙方共同遵守的規則。網路把工作分層，每層只負責一件事，上層不必知道下層細節：
| 層 | 負責 | 常見協定 |
|---|---|---|
| 應用層（Application） | 提供使用者服務 | HTTP、HTTPS、DNS、SMTP、FTP |
| 傳輸層（Transport） | 端對端傳輸、可靠性、埠號 | TCP、UDP |
| 網路層（Internet） | 定址與路由 | IP、ICMP |
| 網路存取層（Network access） | 實體傳輸與區網內傳送 | Ethernet、Wi-Fi |
資料往下傳時，每層加上自己的標頭（header），稱為 封裝（encapsulation）；接收端由下往上逐層拆開。OSI 七層模型把應用層再細分為應用、表現、會議三層，把網路存取層細分為資料鏈結與實體兩層。
TCP 和 UDP 該用哪一個？
| 比較 | TCP | UDP |
|---|---|---|
| 連線 | 先三方交握（three-way handshake）建立連線 | 不建立連線，直接送 |
| 可靠性 | 確認收到、遺失重送、依序重組 | 不保證送達或順序 |
| 速度 | 較慢、標頭較大 | 較快、延遲低 |
| 用途 | 網頁、電子郵件、檔案下載 | 視訊通話、線上遊戲、直播、DNS 查詢 |
IP 位址、MAC 位址與 DNS
- IP 位址：網路層的邏輯位址，可能改變。IPv4 為 32 位元（例如
192.168.1.10，約 43 億個）；IPv6 為 128 位元（例如2001:db8::1），解決 IPv4 位址不足。 - MAC 位址：48 位元的硬體位址，燒錄在網卡上，用於同一個 LAN 內傳送。
- 私有與公有 IP：家中裝置使用私有 IP（例如
192.168.x.x），由路由器的 NAT（Network Address Translation）共用一個公有 IP 上網。 - DHCP：自動分配 IP 位址給連上網路的裝置。
- DNS（Domain Name System）：把
www.example.com這類網域名稱轉成 IP 位址，像網路的電話簿。
子網路遮罩是做什麼的？
子網路遮罩（subnet mask）區分 IP 位址中哪部分是 網路位址、哪部分是 主機位址。192.168.1.10/24 表示前 24 位元（192.168.1）是網路部分，後 8 位元是主機部分，這個子網路最多有 28 − 2 = 254 台主機（扣掉網路位址與廣播位址）。
推薦影音
電腦網路
簡述：介紹 LAN、乙太網路、MAC 位址、碰撞與交換器、封包交換，對應本頁的網路類型與裝置。
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簡述：Code.org 系列說明 IP 位址如何分配、IPv4 為何不夠用，以及 DNS 如何把網域名稱轉成 IP，對應本頁 IP 與 DNS 一節。
TCP/IP 模型動畫
簡述：TechTerms 用動畫逐層說明 TCP/IP 四層模型與封裝過程，並比較 TCP 與 UDP，適合複習分層模型。
OSI 七層模型
簡述：同一頻道的 OSI 模型動畫，用寄送訊息的例子說明七層各自的工作，適合比較 OSI 與 TCP/IP。
練習題
練習 1：選擇網路架構
一所學校要讓 500 名學生存取作業系統與共用檔案，並由資訊組統一備份。應選用戶端–伺服器還是 P2P？說明兩個理由。
參考答案
用戶端–伺服器。(1) 檔案集中在伺服器，資訊組可以統一備份與還原；(2) 可集中設定帳號權限與安全政策。P2P 的資料散在各台電腦，難以管理與備份。
練習 2：TCP 或 UDP
下列應用各較適合 TCP 還是 UDP：(a) 線上銀行轉帳；(b) 多人連線射擊遊戲的玩家位置更新；(c) 下載作業 PDF。
參考答案
(a) TCP，資料必須完整正確；(b) UDP，低延遲比偶爾遺失一個位置更新更重要；(c) TCP，檔案不能缺漏。
練習 3：子網路
10.0.5.0/26 這個子網路最多可以有幾台主機？
參考答案
32 − 26 = 6 個主機位元，26 − 2 = 62 台主機。
練習 4：星狀拓樸
說明星狀拓樸中一條網路線斷掉與中央交換器故障，影響範圍有什麼不同。
參考答案
一條網路線斷掉只影響連在那條線上的裝置；中央交換器故障則所有裝置都無法互相通訊，因為交換器是單點故障（single point of failure）。