從 Wi-Fi 搜尋 Google：OSI 七層模型實例解析
在學習 OSI 模型的過程中，會覺得有些抽象、難以想像每一層到底在幹嘛。這篇文章會：「用手機或電腦連 Wi-Fi 上 Google 搜尋」，走一遍資料封包經過的 OSI 七層歷程。
🛰 OSI 七層模型快速回顧
| 層級 | 名稱 | 功能簡介 |
|---|---|---|
| 7 | Application | 應用服務，例如瀏覽器、HTTP 請求 |
| 6 | Presentation | 編碼、加密、壓縮，例如 HTTPS、TLS |
| 5 | Session | 建立與維持連線，例如 TLS Session |
| 4 | Transport | 傳輸協定（TCP / UDP），端口與可靠性 |
| 3 | Network | IP 位址與路由選擇 |
| 2 | Data Link | MAC 位址與資料幀處理（Ethernet / Wi-Fi） |
| 1 | Physical | 實體訊號傳送（電脈衝、無線電波） |
📁 Layer 2 & Layer 1 重點整合：
🧩 Layer 2（Data Link Layer）
| 功能 | 說明 |
|---|---|
| 封裝成 Frame | 加上來源 / 目的 MAC、型別欄位（EtherType）、FCS 等 |
| 本地傳送控制 | 利用 MAC 位址找出下一跳、或轉發給 Switch 處理 |
| 錯誤檢查（非更正） | FCS（Frame Check Sequence）用 CRC 判斷封包是否損毀 |
| 使用協定 | Ethernet（802.3）、Wi-Fi（802.11） |
| 碰撞與等待控制 | CSMA/CD（以太網）、CSMA/CA（Wi-Fi）確保安全通訊 |
🧠 MAC Address 是什麼？
- 長度為 48 位元（6 bytes），寫法如
00:1A:2B:3C:4D:5E - 前 24 位是廠商識別（OUI），後 24 位是序號
- 每張網卡都應該有唯一的 MAC（但也可以 spoof）
💬 Layer 2 常見裝置：
- Switch：根據 MAC 轉發資料幀
- Wireless AP：無線裝置的 L2 集線點
- NIC（網卡）：收發 MAC Frame 的實體裝置
⚙️ Layer 1（Physical Layer
Layer 1 負責把 bit 變成實際可傳送的訊號，透過不同媒介把資料送出去。
| 功能 | 說明 |
|---|---|
| 將 bit 實體化 | 把 1 和 0 轉成電壓、光訊號、電磁波等 |
| 選擇傳輸媒介 | UTP（銅線）、光纖（Single-mode / Multi-mode）、Wi-Fi |
| 控制調變與頻段 | Wi-Fi：OFDM 調變、2.4GHz / 5GHz / 6GHz 頻段 |
| 檢查訊號品質 | 雜訊、干擾、延遲、訊號衰減等都在這層發生 |
📶 舉例：Wi-Fi 的 Layer 1 行為
- 手機送出封包 → Layer 1 將其編成電磁波
- 透過無線天線發射 → 被無線基地台收到並解碼還原為 bit
- 同樣，收訊號時也要辨識波型 → bit stream → Layer 2 處理
💬 Layer 1 常見裝置與介面：
- 網路線（Cat 5e / Cat 6 / Cat 7）
- RJ-45 接頭 / SFP 光纖模組
- Wi-Fi 天線 / 無線晶片
- Hub（現已淘汰）
📌 Layer 1 vs Layer 2 小總表
| 比較項目 | Layer 1（實體） | Layer 2（資料鏈結） |
|---|---|---|
| 資料單位 | Bit | Frame（幀） |
| 內容 | 電壓、光訊號、無線波 | MAC 位址、FCS、型別、封包載荷 |
| 協定 | 無（802.3 電氣規範） | Ethernet、Wi-Fi、PPP 等 |
| 裝置 | Hub、線材、光模組、無線收發器 | Switch、Wireless AP、NIC |
| 功能 | 負責傳送訊號 | 決定資料送往哪個 MAC、檢查錯誤、基本封裝邏輯 |
🧟♀️ 在 Google 搜尋時到底發生什麼事？
🚀 打開瀏覽器、輸入 google.com，按下 Enter：
Layer 7 - Application
- 瀏覽器（Chrome/Safari）準備送出一個 HTTP 或 HTTPS 請求
- 資料：GET / HTTP/1.1
Layer 6 - Presentation
- 如果是 HTTPS，這裡會處理 TLS 加密 / 編碼
Layer 5 - Session
- 建立 TCP 連線與 TLS session（例如 TLS 1.3 handshake）
Layer 4 - Transport
- 使用 TCP（可靠傳輸）與特定 port（ex: 443）
- 建立三次握手（SYN → SYN-ACK → ACK）
Layer 3 - Network
- 經由 DNS 查到 google.com 的 IP（例如 142.250.x.x）
- 封裝為 IP 封包，決定路由（從家裡 router 出去）
Layer 2 - Data Link
- 用 Wi-Fi 傳輸時，資料被包成 IEEE 802.11 frame（含 MAC 位址）
- AP（無線基地台）收到後，轉給下一跳（例如家用 router）
Layer 1 - Physical
- bit 被編碼為無線電波（2.4GHz / 5GHz）從你設備發送出去
- 這是實際的「傳輸介質」：電波、電纜、光訊號
🏢 Google 收到後會怎麼做？
Google server 會做反向動作：
- Layer 1~7：從 bit 開始解封，逐層向上還原封包內容
- 讀出你的請求、處理搜尋邏輯、產出 HTML 結果
然後：
- 再從 Layer 7 → Layer 1 把結果打包，回送給你
🔁 回應封包從 Google 回到手機的流程：
Google Server：
- Layer 7：產出搜尋結果的 HTML 資料
- Layer 6：壓縮、加密資料（如 gzip + TLS）
- Layer 5：用 session 維持連線狀態
- Layer 4：TCP 分段、加上序號
- Layer 3：包裝 IP 封包（目的 IP 是手機的公網 IP 或 NAT gateway）
- Layer 2：封裝為以太網幀（送出）
- Layer 1：透過骨幹網、光纖送出
中間：
- 多台 Router 根據 IP 位址轉送封包（只看 Layer 3）
- 每經過一跳，Layer 2 的 MAC 會換一次（但 IP 不會變）
回到家中：
- 家中路由器做 NAT，把公網 IP 轉回你手機的私有 IP
- 丟給正確 MAC（你手機的無線網卡）
手機接收：
- Layer 1：收下電波、還原 bit
- Layer 2：確認是自己 MAC，拆幀
- Layer 3~7：逐層拆封包 → 解密 → 還原成 HTML → 顯示 Google 首頁！
🌟 小結論
從按下 Enter，那一瞬間，設備經過了完整的 OSI 封裝 → 無線傳輸 → Google 解封與回應 → 資料拆封還原 → 呈現在眼前。