Study-NotesPhase1-Hardware-Network第一階段：資訊基礎硬體與網路通訊概論

第一階段：資訊基礎硬體與網路通訊概論

第一階段：資訊基礎硬體與網路通訊概論

總結： 本階段奠定所有網路知識的基礎。硬體元件識別、傳輸介質規格、OSI/TCP-IP 模型、IPv4 子網計算、ARP/DHCP/DNS 工作流程是高頻考點。理論記憶量大，必須死背。

必背清單

項目必背內容
OSI 七層（由下至上）物理 → 資料鏈結 → 網絡 → 傳輸 → 會話 → 表示 → 應用
各層 PDUBit → Frame → Packet → Segment → Data
TCP PortHTTP=80, HTTPS=443, FTP=20/21, SSH=22, Telnet=23, SMTP=25, POP3=110, IMAP=143, RDP=3389
UDP PortDNS=53, DHCP=67/68, TFTP=69, SNMP=161/162
私有位址A類=10.x.x.x/8, B類=172.16-31.x.x/12, C類=192.168.x.x/16
ARP 功能IP → MAC（廣播請求、單播回應）
DHCP 流程D→O→R→A（Discover/Offer/Request/Acknowledge）
子網公式可用主機數 = 2ⁿ - 2（n=主機位元數）
線纜直通線=異類設備；交叉線=同類設備

一、電腦硬體元件

主要元件功能

元件功能關鍵規格/備註
CPU解釋與執行指令，核心運算RISC（精簡指令集）vs CISC（複雜指令集）；PGA/LGA 插槽
RAMCPU 的臨時工作記憶體，揮發性DDR4 > DDR3 > DDR2；桌機=DIMM；筆電=SODIMM
ROM/NVRAM儲存開機韌體（BIOS/UEFI），非揮發性斷電資料保留
HDD傳統磁性永久儲存有轉動部件，易震壞；介面：SATA 1/2/3
SSD快閃記憶體永久儲存，無移動部件速度遠快 HDD；介面：SATA / M.2 NVMe
主機板連接所有元件的骨幹北橋（控RAM/GPU）；南橋（控HDD/USB）；ATX/Micro-ATX 尺寸
PSUAC 轉 DC 電源供應提供 3.3V/5V（數位電路）、12V（馬達/風扇）
GPU圖形渲染加速整合式（共享RAM）vs 獨立式（有專屬VRAM）
NIC提供網路連接介面有線（RJ-45）或無線（Wi-Fi 天線）

儲存介面速度對比（必背）

介面速度類型
SATA 11.5 Gb/sHDD/SSD
SATA 23.0 Gb/sHDD/SSD
SATA 36.0 Gb/sHDD/SSD
M.2 NVMe3.5 GB/s+SSD（最快）

二、傳輸介質

UTP 雙絞線分類（必背）

類別頻寬最高速率應用場景
Cat 5100 MHz100 Mb/s舊式乙太網路
Cat 5e100 MHz1 Gb/s現行辦公室標準
Cat 6250 MHz1 Gb/s（Cat 6a=10Gb/s）高頻寬需求
最大傳輸距離—100m超過需加中繼

光纖對比

類型纖芯光源距離成本用途
單模 SMF8-10μm雷射數十公里高骨幹/廣域網
多模 MMF50/62.5μmLED≤550m中園區/短距

線纜接線標準（必背）

線序排列使用時機
T568A綠白/綠/橙白/藍/藍白/橙/棕白/棕交叉線一端
T568B橙白/橙/綠白/藍/藍白/綠/棕白/棕直通線兩端（最常用）
直通線兩端同標準異類設備：PC→Switch, Router→Switch
交叉線兩端不同標準同類設備：PC→PC, Switch→Switch

三、作業系統基本指令

Windows 常用指令

指令功能
ipconfig查看 IP/MAC/網關設定
ipconfig /all查看詳細網路資訊含 MAC
ipconfig /release釋放 DHCP 租約
ipconfig /renew重新取得 DHCP IP
ping測試網路連通性（ICMP）
tracert追蹤路由路徑
nslookupDNS 查詢測試
netstat -an查看連接狀態與 Port
arp -a查看 ARP 快取表
route print查看路由表
chkdsk磁碟錯誤檢查
sfc /scannow修復系統檔案

Linux 常用指令

指令功能
ifconfig / ip addr查看網路設定
ping測試連通性
traceroute追蹤路由
netstat -rn查看路由表
ls -l詳細列出檔案（含權限）
chmod 755更改檔案權限
ps查看執行中的程序
kill終止程序
sudo以超級用戶執行指令
apt-get install安裝軟體套件（Debian）

故障排除六步驟（必背）

1. 識別問題 (Identify)
2. 推測可能原因 (Theory)
3. 測試推測 (Test)
4. 制定解決計畫並實施 (Plan & Implement)
5. 驗證結果與預防措施 (Verify & Prevent)
6. 記錄解決過程 (Document)

四、OSI 七層模型詳細

完整七層對照表（必背）

層號層名（英/中）PDU核心功能代表協定對應設備
7Application / 應用層Data提供應用程式網路服務介面HTTP, FTP, SMTP, DNS, DHCP主機、伺服器
6Presentation / 表示層Data資料格式轉換、加密/解密、壓縮JPEG, MPEG, SSL/TLS—
5Session / 會話層Data建立、管理、終止會話NetBIOS, PPTP, RPC—
4Transport / 傳輸層Segment端到端可靠傳輸、分段重組、流量控制TCP, UDP—
3Network / 網絡層Packet邏輯尋址（IP）、路徑選擇IP, ICMP, ARP, OSPF路由器
2Data Link / 資料鏈結層Frame物理尋址（MAC）、差錯檢測、介質存取Ethernet, PPP, 802.11交換機
1Physical / 物理層Bit位元流傳輸、電氣/機械規範定義Ethernet, USB, DSL集線器（Hub）、網路線

TCP/IP 與 OSI 對應

TCP/IP 層對應 OSI 層代表協定
應用層5+6+7HTTP, DNS, FTP, SMTP, Telnet
傳輸層4TCP, UDP
網際網路層3IP, ICMP, ARP
網路存取層1+2Ethernet, 802.11

五、TCP vs UDP 詳細比較

特性TCPUDP
連接方式面向連接（三次握手建立）無連接
可靠性可靠（確認+重傳機制）不可靠（不保證到達）
速度較慢（有控制開銷）快速（低延遲）
流量控制有（滑動窗口）無
PDU 單位SegmentDatagram
適用場景檔案傳輸、網頁、Email語音/視訊串流、DNS查詢、遊戲

TCP 三次握手（建立連線）

Client                          Server
  │─── SYN (SEQ=a) ──────────────→│   第一次：請求連線
  │←── SYN+ACK (SEQ=b, ACK=a+1) ─│   第二次：確認+回應
  │─── ACK (SEQ=a+1, ACK=b+1) ──→│   第三次：確認完成
  │         [連線建立]              │

TCP 四次揮手（關閉連線）

Client                          Server
  │─── FIN+ACK ──────────────────→│   第一次：我沒資料了
  │←── ACK ───────────────────────│   第二次：收到，等我處理完
  │←── FIN+ACK ───────────────────│   第三次：我也沒資料了
  │─── ACK ──────────────────────→│   第四次：確認，連線關閉

六、完整 Port 號清單（必背）

Port協定傳輸層說明
20FTP-DataTCPFTP 資料傳輸
21FTP-ControlTCPFTP 控制指令
22SSHTCP安全遠端管理
23TelnetTCP不安全遠端管理（明文）
25SMTPTCP郵件傳送
53DNSTCP/UDP域名解析
67DHCP ServerUDPDHCP 伺服器接收
68DHCP ClientUDPDHCP 客戶端接收
69TFTPUDP簡易檔案傳輸（無認證）
80HTTPTCP網頁瀏覽（明文）
110POP3TCP郵件接收（下載後刪除）
143IMAPTCP郵件接收（保留伺服器）
161SNMPUDP網管查詢
162SNMP TrapUDP網管告警主動通知
389LDAPTCP/UDP目錄服務
443HTTPSTCP加密網頁（SSL/TLS）
3389RDPTCP遠端桌面

七、IPv4 位址與子網計算

IPv4 位址分類（必背）

類別首位元範圍預設遮罩用途
A01.0.0.0 – 126.255.255.255/8大型網路
B10128.0.0.0 – 191.255.255.255/16中型網路
C110192.0.0.0 – 223.255.255.255/24小型網路
D1110224.0.0.0 – 239.255.255.255—組播 Multicast
E1111240.0.0.0 – 255.255.255.255—實驗保留
127.x.x.x—回環位址 Loopback—本機測試

私有位址範圍（必背）

類別私有位址範圍CIDR
A 類10.0.0.0 – 10.255.255.25510.0.0.0/8
B 類172.16.0.0 – 172.31.255.255172.16.0.0/12
C 類192.168.0.0 – 192.168.255.255192.168.0.0/16

子網計算方法與範例

公式：

  • 可用主機數 = 2ⁿ - 2（n = 主機位元數）
  • 子網數量 = 2ᵐ（m = 向主機位借的位元數）
  • 廣播位址 = 主機位元全部填 1
  • 網路位址 = 主機位元全部填 0

範例 1：192.168.10.0/26

  • /26 = 遮罩 255.255.255.192，主機位元 = 6
  • 可用主機數 = 2⁶ - 2 = 62
  • 網路位址 = 192.168.10.0
  • 廣播位址 = 192.168.10.63

範例 2：172.16.10.1/16

  • /16 = 遮罩 255.255.0.0，主機位元 = 16
  • 可用主機數 = 2¹⁶ - 2 = 65534
  • 網路位址 = 172.16.0.0
  • 廣播位址 = 172.16.255.255

範例 3：192.168.1.0/24 切割為至少 10 個子網

  • 需借位：2³=8（不夠）→ 2⁴=16 ≥ 10，借 4 位
  • 新遮罩：/28，每個子網可用主機 = 2⁴ - 2 = 14

/24 至 /30 常用遮罩速查

CIDR遮罩可用主機數子網/段
/24255.255.255.02541
/25255.255.255.1281262
/26255.255.255.192624
/27255.255.255.224308
/28255.255.255.2401416
/29255.255.255.248632
/30255.255.255.252264

八、ARP / DHCP / DNS 工作流程

ARP 詳細流程

1. PC-A 查本機 ARP 快取表
   → 有 PC-B 的 MAC → 直接封裝發送
   → 無 → 執行以下步驟

2. PC-A 發出 ARP Request（廣播）
   目的MAC = FF:FF:FF:FF:FF:FF
   "誰的 IP 是 192.168.1.2？我的 MAC 是 AA:BB:CC:DD:EE:01"

3. 交換機泛洪（Flooding）至所有介面

4. PC-B 比對目的IP = 自己 → 回應 ARP Reply（單播）
   同時記錄 PC-A 的 IP/MAC 到自己的 ARP 表

5. PC-A 收到回應，記錄 PC-B 的 IP→MAC 到 ARP 快取表

6. PC-A 開始正常傳輸資料

DHCP DORA 四步驟（必背）

步驟封包名稱傳輸方式說明
DDHCP Discover廣播客戶端尋找 DHCP 伺服器
ODHCP Offer單播伺服器提供可用 IP 及租期
RDHCP Request廣播客戶端確認選擇該伺服器的 IP
ADHCP ACK單播伺服器確認分配，租期開始

DNS 查詢流程

類型說明發生場景
遞迴查詢DNS 伺服器必須返回最終結果（或錯誤）客戶端 → 本地DNS伺服器
迭代查詢DNS 伺服器返回下一層伺服器位址，由請求者繼續查本地DNS → 根DNS → TLD → 權威DNS
完整查詢流程：
1. PC 查詢本機 hosts 檔案
2. PC 查詢本機 DNS 快取
3. PC 遞迴查詢 → 本地 DNS 伺服器
4. 本地 DNS 迭代查詢 → 根 DNS 伺服器（返回 TLD 伺服器位址）
5. 本地 DNS 迭代查詢 → TLD 伺服器（返回權威 DNS 位址）
6. 本地 DNS 查詢 → 權威 DNS 伺服器（返回最終 IP）
7. 本地 DNS 快取結果並回傳給 PC
Built with LogoFlowershow