為什麼需要網路模型？— 資料在網路上怎麼傳？
更新日期： 2025 年 4 月 7 日
本文為 網路模型基礎 系列文：
你有沒有想過，當你在瀏覽器輸入一串網址，按下 Enter 的那一瞬間，背後到底發生了什麼事？
為什麼你能在幾秒內，看到來自世界另一端的網站內容？
這一切的關鍵，都藏在「網路模型」的設計裡。
在現代生活中，我們的電腦、手機、平板每天都在「講話」——它們不只和人互動，也跟伺服器、路由器、基地台不斷溝通。
為了讓這些裝置能順利對話，電腦科學家設計了一套規則與結構，讓資料在複雜的網路中可以準確、安全、快速地傳送。
這篇文章，就要帶你從最基礎的問題開始，一步一步理解：
👉 電腦怎麼溝通？
👉 為什麼要「分層」處理網路傳輸？
👉 什麼是網路模型？OSI 跟 TCP/IP 又是什麼？
電腦之間怎麼溝通？
資料傳送，其實像傳紙條這麼「人性化」
想像一下，在教室裡你想傳一張紙條給隔壁的朋友。這看起來簡單的動作，其實背後蘊含了很多小步驟：
🔹 第一步：寫紙條（準備資料內容）
你要先決定你要傳什麼內容：
是「今天放學一起吃雞排嗎？」還是「隔壁班那個人超帥」？
這就像電腦準備要送出去的資料，例如你要傳一張圖片、發一段訊息、開啟一個網頁。
🔹 第二步：寫上收件人（確定目的地地址）
你不能只是把紙條丟出去，否則不知道誰會收到。
你得清楚寫上：「給小明」。
對電腦來說，這就像在封包上標明「目標 IP 位址」或「MAC 位址」，用來告訴網路資料該往哪裡去。
🔹 第三步：找人幫你遞送（選擇傳送路徑）
你不一定能親自把紙條交給小明，也許你會拜託前面的同學幫你傳過去。
這就是路由（Routing）的概念。
資料在網路中不會直接穿越空氣抵達目的地，它要經過很多「轉手」：像是你的家用路由器、ISP（電信商）、骨幹網路上的中繼站，一路找到收件人。
🔹 第四步：收件人要看得懂你寫什麼（使用相同語言與格式）
你寫的內容如果是符號、暗號，或者你寫得太潦草，小明可能就會讀不懂。
這就像電腦之間使用的「協定（Protocol）」。
協定就像一種雙方都同意的語言規則，比如你傳的是 HTTP 格式的網頁請求，那對方伺服器也必須支援 HTTP，才能正確解讀你要什麼資料、怎麼回應。
🧠 小結：這張「紙條」其實是個資料封包
我們剛剛提到的內容，對應到實際的網路傳輸，就像這樣的一個封包（Packet）：
| 資訊項目 | 比喻中是什麼 | 對應網路中的什麼 |
|---|---|---|
| 資料內容 | 紙條的內容 | 網頁、圖片、訊息等資料本體 |
| 收件人資訊 | 紙條上寫「給小明」 | IP 位址、MAC 位址等 |
| 傳送過程 | 同學幫忙傳紙條 | 路由器、中繼設備、網路骨幹 |
| 溝通語言 | 中文、手寫、簡體或繁體 | 通訊協定（如 HTTP、FTP、DNS） |
但問題來了……
不同學校、不同班級的同學，傳紙條的方式可能不一樣：有人用英文、有人折成飛機、有人用 App、有人不寫名字就亂丟……那要怎麼讓大家的傳紙條方式統一呢？
這時候你就會需要一套規範大家的方法，來定義：
- 紙條該怎麼寫？
- 要寫哪些欄位？
- 要怎麼傳？
- 收到之後怎麼讀？
這就是網路模型（Network Model）的角色。
它像是一套全國統一的紙條傳遞標準，讓所有人——不管是哪個學校、哪個年級、用什麼文具——都能無誤地交換訊息。
網路模型是什麼？
網路模型是一種「分層設計的通訊規則」，它規定了資料要經過哪些步驟、哪一層負責什麼、彼此怎麼協作，才能從 A 點傳送到 B 點。
就像郵政系統有分：寄件人寫信 → 投遞 → 轉運 → 收件人簽收，每個步驟都有規則。
在網路世界裡，我們最常見的兩大模型是：
- OSI 模型：理論清晰、分七層，是教學用的經典範本
- TCP/IP 模型：實務上廣泛使用的四層模型，現代網際網路的主力設計
為什麼網路要「分層處理」？
分層設計：像是製作漢堡或寄送包裹，讓複雜變簡單
在網路的世界裡，「分層（Layering）」是非常關鍵的設計概念。
這種設計就像製作一個漢堡：每一層（麵包、生菜、起司、肉排）都有它的任務和位置，但只有所有層一起協作，才構成一個完整的漢堡。
同樣地，網路通訊也是一層一層分工合作，讓整個過程更加清楚、有條理。
為了讓這個概念更具體，我們可以用「寄送包裹」來比喻。
假如你要從台北寄一份報告給住在高雄的朋友，整個過程會經過好幾個步驟：
- 你先把報告放進信封：這就像應用層將資料封裝成可以傳送的格式。
- 在信封上寫上收件人地址與自己的回郵地址：這相當於傳輸層和網路層在資料中加入目的地和來源的資訊。
- 你將信交給郵差：代表資料被交由下一層傳遞。
- 郵局安排最有效率的運送路線與交通方式：這就像網路層決定資料封包該走的路徑。
- 最後由快遞人員將信送到你朋友家門口：就像實體層負責把資料透過電線、光纖或無線電波傳送出去。
在這整個流程中，你不需要知道郵局怎麼排程，也不用親自送信到高雄，你只需要專心寫好報告、裝進信封、填好地址即可。
其他的，就交給專業的分層系統來處理。
網路的每一層做什麼？
網路模型中，不同的層負責不同的工作，常見的幾層如下：
- 應用層（Application Layer）：直接跟使用者互動的程式，如瀏覽器、Email 客戶端。它負責讓你「能用網路做事」。
- 傳輸層（Transport Layer）：像是郵局幫你確認信件有沒有確實送到，負責資料的完整性與正確順序。常見的協定有 TCP（可靠傳輸）和 UDP（快速但不保證完整）。
- 網路層（Network Layer）：負責幫資料找路徑（Routing），就像決定郵件要走高速公路還是走鐵路。IP 協定就是在這層運作的。
- 資料鏈結層 / 實體層（Data Link / Physical Layer）：這些層決定資料怎麼實際「傳出去」，可能是透過電線、光纖，或是 Wi-Fi 訊號。
分層的好處
分層設計不只是為了好看，它帶來了很多實際的優點：
- 降低複雜度：每一層只要處理自己的事，讓設計更單純。
- 方便維護與擴充：更換或改善其中一層時，不會影響到整個系統。
- 標準化溝通方式：全球的設備和軟體都可以根據標準規則溝通，避免混亂。
沒有網路模型之前：
一場混亂的資料通訊災難
在網路模型（像 OSI 與 TCP/IP）出現之前，電腦網路的世界就像一座座孤島，彼此之間難以聯繫，整個通訊過程宛如一場技術災難。
當時沒有統一的標準，也缺乏跨平台的協定，每個廠商都按照自己的想法設計網路系統，導致各系統之間無法互通，維護成本高得嚇人，工程師常常陷入「重新發明輪子」的痛苦中。
讓我們來看看幾個真實案例，就能體會當時的混亂有多誇張。
IBM 系統只能跟 IBM 系統通話
在 1970 年代，IBM 是當時大型主機市場的霸主，他們開發了一套完整的網路通訊架構，稱為 SNA（System Network Architecture）。這套系統強大且封閉，只服務 IBM 自家的設備。
但問題來了： ➡ SNA 完全不相容於其他廠商的設備與系統。
舉個比喻，這就好像你買了一台 A 廠牌的冷氣，但只能用 A 廠牌的插座、遙控器、電壓規格，連維修工具都得是 A 廠牌專屬版本。
結果你家如果還有 B 廠牌的電視、C 廠牌的音響，彼此根本無法連線使用。
這種封閉設計在企業環境中特別致命，因為企業內部可能同時有多種不同廠牌的主機與終端設備。
只要一台設備想與 IBM 主機溝通，就得花費大量時間與資源開發轉換介面，甚至直接放棄溝通。
早期 Unix 系統，寫 socket 程式像地獄
早期 Unix 系統雖然是許多現代作業系統的起源，但在還沒有標準化網路架構的時候，要實作網路通訊功能可不是開玩笑的。
工程師得自己動手處理以下事項：
- 手動建立 socket（裝置溝通的接口），還得選擇正確的通訊協定（沒選好就收不到資料）
- 自行定義封包格式與通訊協定（沒有現成標準）
- 撰寫資料封裝與解封邏輯（像郵差自己定義信封）
- 加入錯誤檢查、重傳機制（就算訊號出錯也得自己偵測）
- 根據實體媒介（Ethernet、串列埠、撥接連線）重寫底層驅動程式
換句話說，那時候如果你想寫一個「傳送文字訊息」的程式，不只是寫個 send() 就結束。
你得從線路通訊協定、資料格式、錯誤檢查一路寫到硬體控制，彷彿一個人在蓋一整間郵局還要開發郵票設計。
這對開發者來說是極大的負擔，也大大降低了軟體可攜性與開發效率。
硬體介面與通訊協定大亂鬥
不只軟體界混亂，硬體也一樣。不同品牌的網路卡與通訊協定彼此互不兼容，當時流行的幾種協定有：
- DECnet（由 DEC 公司的設備專用）
- AppleTalk（蘋果電腦使用的專屬協定）
- NetBIOS（早期 IBM PC 陣營使用的區域網路協定）
這些協定各自為政，完全無法互相溝通。
如果你在公司裡同時有 Mac 和 PC，想讓他們彼此傳送檔案或共享印表機，幾乎是不可能的任務。
企業若想打破這些限制，只能靠昂貴又複雜的解法：
- 花錢購買專門的 橋接器（Bridge） 或 閘道器（Gateway） 做協定轉換
- 請工程師自行開發協定轉換軟體（時間成本超高）
- 系統一升級就面臨「整套重寫」的危機
這樣的環境根本不是一個可長可久的架構設計。
那時候根本沒有「互聯網」這種東西
別忘了，「Internet」這個字本身就是 Inter-networking 的縮寫，意思是「讓不同的網路能彼此連接」。
但在這些混亂與封閉設計的時代裡，各家系統就像講不同語言、用不同插頭、遵守不同交通規則的國家——想互通？難上加難！
模型出現後：問題一次解決！
隨著 OSI 模型 與 TCP/IP 協定族 的出現，網路世界終於出現了「統一語言」與「標準規範」，改變了整個遊戲規則：
- 不同作業系統之間終於可以溝通：Windows、macOS、Linux 都能講同樣的 TCP/IP 語言
- 底層硬體與通訊方式也能抽象化處理：無論你用的是 Wi-Fi、光纖、有線網路、4G 手機網路，資料都能透過標準流程正確傳送
- 工程師與廠商都能分工合作：協定明確分層後，硬體商只需處理物理層與資料鏈結層，軟體商則專注在應用層與傳輸層
這讓「上網」這件事變得簡單又穩定，就像今天我們插上 USB 裝置時，不用考慮電壓、驅動、接點形狀—— 👉 只要插上去，就能通。
網路模型的好處有哪些？
在網路技術發展初期，系統之間溝通困難、設計混亂，工程師維護起來常常一頭霧水。
後來，隨著網路模型的出現（如 OSI 模型、TCP/IP 模型），整個網路世界才開始走向有秩序、可規模化的方向。
這種模型化設計帶來了三個關鍵好處：
標準化：讓不同系統之間能互通有無
網路模型就像一套全球公認的語言規則，讓不同國家（或不同品牌）的設備都能彼此溝通。
舉例來說：
- Apple 的 macOS 和 Microsoft 的 Windows，雖然系統架構完全不同，
- 甚至手機、平板、智慧冰箱等裝置內部運作方式都各異，
- 但它們卻都可以正常上網、收發 Email、開啟同一個網站、連線 Zoom 開會。
這是因為它們都遵守了同樣的網路協定標準（像 TCP/IP、HTTP 等），使得資料可以在不同裝置之間無縫流通，這種跨平台通訊的可能性，完全得益於網路模型的標準化設計。
模組化：各層分工獨立，維護更容易
網路模型把複雜的網路通訊任務分解成一層一層的小任務，每一層都只專心處理自己的部分。
這種「模組化」設計有幾個實際好處：
- 如果你家的 Wi-Fi 突然斷線，那只是物理層（或資料鏈結層）的問題，上層的應用程式不需要修改。
- 或者，如果有新的加密協定誕生，也只需要在某一層（如傳輸層或應用層）更新支援，其他層不用重寫。
- 硬體廠商可以專心做好底層設備設計，軟體開發者則可以聚焦在應用邏輯，彼此不互相干擾。
這就像拼樂高一樣，壞掉一塊只要換那一塊，不需要整組重建，讓網路系統更穩定、也更容易升級維護。
好理解、好教學：從上到下一層層學習
對於學生或初學者來說，網路通訊本來是個超級抽象又複雜的主題，但有了分層模型後，就可以像爬樓梯一樣，一步一步慢慢學會：
- 先從最上層的應用層開始，了解「使用者在做什麼」（例如用瀏覽器看網頁）
- 再往下學傳輸層的資料封包管理（像 TCP 如何確保資料完整送達）
- 接著到網路層的路由邏輯（IP 怎麼決定走哪條路）
- 最後到實體層，知道資料怎麼變成電訊號、經由 Wi-Fi 或電線傳出去
這種「由上而下」的學習方式，就像拆解一台機器來認識每個零件的功能，讓複雜變得有結構、有邏輯，更容易掌握。
小結：模型設計，為網路世界打下穩固基礎
網路模型就像是蓋高樓時的結構藍圖，沒有它，樓房可能會東倒西歪。
但有了它，世界各地的裝置就能講同樣的語言，各自發展又能互通，並且讓學習與維護變得更簡單。
介紹兩大經典模型：OSI 與 TCP/IP
當我們想了解網路通訊的整體流程，最常被拿來當作學習藍圖的，就是這兩個經典架構：
- OSI 七層模型
- TCP/IP 四層模型
這兩個模型就像是網路世界的「說明書」，幫助我們理解資料從一台電腦傳到另一台時，中間經過了哪些步驟、哪些角色在運作。
OSI 模型（Open Systems Interconnection）
OSI 模型由 國際標準化組織（ISO） 在 1984 年提出。
目的是提供一個理想化、標準化的網路通訊架構，讓不同系統之間可以按照相同的邏輯與結構進行資料傳遞。
它把整個網路溝通流程細分成七個層級（layer），每層各司其職、上下協作：
- 應用層（Application）：提供使用者介面（如瀏覽器、Email）
- 表示層（Presentation）：處理資料格式與加密轉碼
- 會議層（Session）：管理連線狀態與通訊協調
- 傳輸層（Transport）：確保資料完整、順序正確（如 TCP）
- 網路層（Network）：負責找路與 IP 位址處理（如 IP）
- 資料鏈結層（Data Link）：處理 MAC 位址、錯誤偵測等
- 實體層（Physical）：資料實際透過電纜、無線訊號傳送出去
OSI 模型強調層與層之間的分工與邏輯清晰度，非常適合用來當作學習與分析網路系統的結構參考。
TCP/IP 模型（Transmission Control Protocol / Internet Protocol）
相對於 OSI 模型的「教科書式」設計，TCP/IP 模型是從實務出發、發展出來的。
它最初由美國國防部資助開發，目的是建構一個在戰爭期間也能穩定運作的網路系統。
TCP/IP 模型實際應用範圍非常廣，今天全球的網路，包括我們使用的網際網路（Internet）幾乎都是建立在這套架構上運作的。
它將整個網路通訊流程簡化成 四層：
- 應用層（Application）：提供應用服務（如 HTTP、FTP、DNS）
- 傳輸層（Transport）：提供端對端通訊與錯誤控制（如 TCP、UDP）
- 網際層（Internet）：處理封包路由與 IP 位址（如 IP 協定）
- 網路存取層（Network Access）：涵蓋資料鏈結與實體層的功能（如 Ethernet）
簡單、實用、效率高，是 TCP/IP 模型最大的優點，也正因如此，它成為了現今網路架構的基礎。
OSI vs. TCP/IP：兩者關係與應用
| 項目 | OSI 模型 | TCP/IP 模型 |
|---|---|---|
| 層數 | 七層 | 四層 |
| 出發點 | 理論架構、標準參考 | 實際應用、實戰經驗 |
| 目前用途 | 教學與概念分析 | 實際網路通訊的主流架構 |
| 使用情境 | 幫助理解、設計架構 | 實際網路資料傳輸 |
你可以這樣理解：
- OSI 是課本裡的骨架圖，清楚說明「每一層應該做什麼」。
- TCP/IP 是真正在運作的系統，全球網路幾乎都靠它運作。
我們後續的系列文章，會從這兩個模型出發，一層一層帶你拆解網路資料是如何傳送的，包括：
- 每一層的實際任務與運作原理
- 你常用的網路應用（像 Google、IG、Netflix）到底跑在哪一層？
- 工程師如何透過這些模型來除錯、設計與維護系統？
不論你是初學者，還是想搞懂背後運作邏輯的開發者，這些內容都會幫你打下堅實的基礎。
結語：搞懂網路模型，電腦世界不再是黑箱
網路模型不只是給專業工程師用的知識，其實它影響著你每天使用的網路體驗，從開網頁、看影片、用 App 傳訊息，都在模型的規則下順利運作。
在下一篇，我們將用「生活比喻」帶你一次搞懂 OSI 七層模型，用寄信、搭電梯、打電話的方式，讓你不再被網路術語嚇退！
敬請期待！🧠✨