學習重點總覽（先建立地圖）
一條「上網」流程線
- 你輸入網域名稱 → DNS 解析得到伺服器 IP。
- 瀏覽器用通訊埠連到伺服器上的服務（常見：HTTP 80、HTTPS 443）。
- 資料被拆成封包傳送；IP負責位址與路由。
- 若用 TCP：TCP 會排序、重傳、重組，確保資料可靠交付。
- 伺服器回應後，你看到網頁內容。
最易混淆的四對概念
- TCP（可靠交付） vs IP（位址與路由）
- DNS（網域名稱→IP） vs URL（資源位置描述）
- HTTP（規則） vs HTTPS（加密/驗證）
- 通訊埠（主機內服務入口） vs IP 位址（主機/介面位置）
1) 傳輸控制協定（TCP）與互聯網協定（IP）：分工與合作
重點
- TCP處理「可靠傳輸」：分段、序號、確認（ACK）、重傳、重新排序與重組。
- IP處理「位址與路由」：每個封包有來源/目的 IP，路由器按路由表轉發。
- TCP 與 IP 是分層合作：資料逐層封裝，抵達後逐層解封裝。
- 常見混淆：DNS只做網域名稱解析；HTTPS主要做加密/驗證；它們不是 TCP/IP 的替代品。
定義
- 傳輸控制協定（TCP）：傳輸層協定，目標是把資料可靠、有序地交付到接收端應用程式。
- 互聯網協定（IP）：網絡層協定，目標是為封包提供位址並支援跨網絡路由/轉發。
原理／運作
- 應用程式產生資料（例如瀏覽器送出請求）。
- TCP 把資料分段，每段加上序號，以便排序與偵測遺失。
- 接收端回覆確認（ACK）；若發送端在限時內收不到 ACK，會重傳遺失段。
- IP 為每個封包加上來源 IP與目的 IP，路由器按路由表決定下一跳。
- 接收端最後按序號重新排序並重組成完整資料交給應用程式。
例子
你打開一個網站（以 HTTPS 為例）：
- DNS：把網域名稱解析成伺服器 IP。
- TCP：與伺服器建立連線，並連到正確通訊埠（常見：443）。
- IP：把封包送往伺服器 IP（可能經過多個路由器、路徑可改變）。
- HTTPS/TLS：在 TCP 之上加密與驗證，降低竊聽與冒充風險。
比較
- TCP vs IP：TCP 管「可靠交付」；IP 管「位址與路由」。
- TCP vs UDP：TCP 重可靠；UDP 較輕量、延遲低，但不保證可靠/次序（常見於部分即時應用）。
常見錯誤
- 把「IP = 一定送到」：錯。IP 多為盡力而為（best effort）。
- 把「DNS = 傳網頁內容」：錯。DNS 只提供「網域名稱對應 IP」。
- 把「通訊埠 = IP 的一部分」：錯。通訊埠用來指向主機內的服務，屬傳輸層概念。
為何單靠 IP 不能保證可靠傳輸？
在互聯網通訊中，IP 的工作是把封包盡力送到目的地；然而互聯網沒有為每段通訊保留固定通道， 途中可能發生擁塞、路線改變或封包遺失，因此單靠 IP 並不能保證資料「到得齊、到得啱次序」。
當應用需要完整性（例如下載檔案、提交功課、登入資料），TCP 就在 IP 之上提供可靠傳輸機制。 TCP 透過序號、確認（ACK）、重傳等方法，讓接收端可以把到達次序不同的資料重新排序與重組， 最終交付給應用程式使用。
因此，答題時只要清楚分工：IP 管位址與路由；TCP 管可靠與次序，你就能用同一套思路解釋很多互聯網現象。
互動活動：扮演 TCP / IP（以 1 MB 檔案為例）
以下活動以「簡化模型」示範 TCP/IP 的分層合作。請依序完成三個角色： 發送端 TCP（分段與加入序號）→ IP（選擇較佳路徑並轉發封包）→ 接收端 TCP（重新排序並重組）。
步驟 1：你是發送端 TCP（分段＋序號）
檔案大小固定為 1 MB（本活動以 1,024 KB 表示）。
步驟 2：你是 IP（選擇較佳路徑）
路由器會按路由表與網絡狀況選擇下一跳。本活動用簡化數據比較「帶寬」與「延遲」，估算把 1 MB 檔案送到對方的大約時間。 你的任務：選擇估計傳送時間最短的路徑。
封包到達次序（可能亂序）
步驟 3：你是接收端 TCP（排序＋重組）
請把下列段落拖曳排序，令序號由小到大，模擬 TCP 在接收端重新排序與重組檔案。
Check Point：小測
2) 封包與可靠傳輸：為何要分割？為何會亂序？
重點
- 互聯網通常採用封包交換：資料會被分割成多個封包個別傳送。
- 封包可能走不同路徑，所以到達次序可能不同，甚至有封包遺失。
- TCP可用序號、ACK 與重傳處理遺失，並在接收端重新排序與重組。
定義
- 封包：網絡上運送資料的一個小單位，通常包含標頭（header）與有效載荷（payload）。
- 封包交換：訊息被拆成封包，每個封包可獨立被路由器轉發。
原理／運作
為何要分割成封包？常見原因包括：
- 共享更公平：封包較細，可讓多個使用者輪流佔用鏈路，避免「一個人霸線」。
- 更易處理錯誤：若遺失，只需重傳遺失的封包/段，不一定要整段重傳。
- 網絡限制：不同網絡媒介有最大傳輸單元（MTU）的限制（概念層面理解即可）。
封包可走不同路徑，是因為路由器會按當刻路由表與網絡狀況（例如擁塞/故障）作轉發決策。
例子
你上載一份功課 PDF：檔案會被拆成大量小段與封包傳送。若中途掉了一些封包：
- IP 仍會把其他封包送到目的地；
- TCP 會發現缺失並重傳；
- 最後接收端把所有段按序號重組回完整檔案。
比較
封包交換（互聯網常見） vs 固定通道（直覺比喻）：
- 封包交換：不預留固定通道，封包可改道，韌性高。
- 固定通道：先建立一條專用路徑再傳資料（概念比喻），較穩定但成本高。
常見錯誤
- 以為封包一定按次序到：錯，可能亂序。
- 以為封包一定走同一路：錯，可能改道。
- 以為「掉封包 = 一定失敗」：對 TCP 而言，掉封包多數是「需要重傳」，不必然等於失敗。
封包交換為何會導致亂序與遺失？
互聯網把訊息分割成封包後，每個封包都可以獨立被轉發。這種設計令互聯網可以同時服務大量使用者， 亦能在局部擁塞或故障時改道維持通訊。
代價是：封包可能延遲不同、到達次序不同，甚至遺失。這就是為何很多應用會使用 TCP： TCP 以序號追蹤段落次序，以 ACK 確認到達，以重傳補回遺失，並在接收端排序與重組。
小遊戲：封包亂序與遺失（要求重傳）
在封包交換網絡中，封包可能亂序到達，甚至遺失。 以下小遊戲用 10 個封包（1–10）模擬傳送過程。你的任務是扮演發送者：觀察接收端實際收到的封包，找出缺失的封包並要求重傳， 直到接收端可以把封包按序號重組成完整訊息。
（A）開始傳送
提示：第一次傳送會隨機出現「亂序」及「遺失」；重傳階段將確保被選封包成功到達。
（B）接收端：實際收到的封包（可能亂序）
你可以把「應該收到的封包」視為 1–10。請比較後判斷哪些缺失。
（C）發送端：選擇要重傳的封包
請勾選你判斷「遺失」的封包號碼，再按「重傳」。目標是用最少不必要重傳完成重組。
Check Point：小測
3) IP 位址與版本：IPv4、IPv6，以及為何沒有 IPv5
重點
- IP 位址用來識別網絡上的裝置（更準確：網絡介面），讓封包知道目的地。
- IPv4位址空間有限（32-bit），難以應付裝置數量增長，因此出現 IPv6。
- IPv6位址空間大（128-bit），常以十六進制與冒號表示。
- 「沒有 IPv5」屬歷史原因：部分編號曾用於實驗性串流協定，未成為主流互聯網版本。
定義
- IP 位址：網絡層用來定位目的地的編號。
- IPv4：常見寫法如 203.0.113.8（四組 0–255）。
- IPv6：常見寫法如 2001:db8:85a3::8a2e:370:7334（八組十六進制，可縮寫）。
原理／運作
- 封包的 IP 標頭至少包含來源 IP 與目的 IP。
- 路由器按目的 IP 查路由表，決定下一跳，逐站把封包送近目的地。
- IPv4 位址空間為 2^32，數量有限；IPv6 為 2^128，大幅擴展。
例子
同一部手機在不同情境可能出現不同 IP：
- 連家中 Wi‑Fi：多數取得內網（私有）IPv4 位址，對外再經路由器做 NAT。
- 用流動數據：由電訊商分配另一個位址（可能是 IPv4 或 IPv6）。
因此 IP 位址並不一定是「永久不變」的身份，常會因連線方式與網絡設定而改變。
比較
- IPv4：較短、普及，但位址緊張。
- IPv6：位址空間大，支援更長遠的裝置增長；表示法較長，需要適應。
常見錯誤
- 以為 IPv6「只係換格式」：其核心是擴大位址空間；格式只是表達方式。
- 以為「IPv5 係未推出」：並非等待推出，而是版本編號曾用於其他用途，最終主流由 IPv4 走到 IPv6。
IPv4 位址不足與 IPv6 的必要性
IP 位址可視為互聯網上的「定位座標」。當封包要跨網絡傳送時，路由器會用目的 IP 去查路由表， 並逐站把封包轉發到更接近目的地的方向。
由於 IPv4 位址空間有限，全球裝置數量急增時就出現位址不足問題。 IPv6 透過更大的位址空間提供長遠解決方向；你不需要在本章背誦所有細節，但應能說出「IPv4 不足 → IPv6 擴展」的因果。 至於 IPv5，重點是知道它不是「漏了一版」，而是歷史上曾出現以同一編號作實驗用途的情況，結果主流版本最終由 IPv4 過渡到 IPv6。
小遊戲：IPv4 位址不足 → 為何需要 IPv6？
IPv4 與 IPv6 的核心差異之一是位址空間大小： IPv4 以 32 位元表示位址（2^32），IPv6 以 128 位元表示位址（2^128）。 位元數每增加 1，位址數量就會翻倍，因此由 32 位元擴展到 128 位元，位址數量會呈指數級增加。
（A）位址空間：由位元數推算位址數量
| 版本 | 位元數 | 理論位址數量 | 常見寫法 |
|---|---|---|---|
| IPv4 | 32 | 2^32 ≈ 4,294,967,296（約 43 億） | 203.0.113.8 |
| IPv6 | 128 | 2^128 ≈ 3.4 × 1038 | 2001:db8::1 |
（B）縮尺模型：位址池分配模擬
為了讓你「看見」耗盡，本模型把位址池縮小，但保留同一個概念：位元數越少 → 位址池越快耗盡。
Check Point：小測
4) 網域名稱系統（DNS）：把網域名稱轉換成 IP 位址
重點
- 網域名稱系統（DNS）把人類易記的網域名稱轉換為電腦可用的IP 位址。
- 網域名稱以 . 分隔多個標籤（label）；一般可由右至左辨認頂級網域（TLD）、二級網域、三級網域等層級。
- 頂級網域大致可分為通用頂級網域（例如 .com）及國家／地區頂級網域（例如 .hk）。部分國家／地區頂級網域之下會再劃分常見的「類別二級網域」（例如 com.hk、edu.hk）。
- DNS 解析失效時，瀏覽器可能無法以網域名稱存取網站；直接輸入 IP 有時可作排錯，但不一定可代替網域名稱（例如虛擬主機、HTTPS 憑證等因素）。
定義
網域名稱系統（DNS）是一套分散式系統，用來把網域名稱（例如 www.example.com）轉換成 IP 位址。
網域名稱結構：如何判斷？
一般而言，網域名稱由多個標籤（label）組成，並以 . 分隔。判斷方法：
- 最右側通常是頂級網域（TLD），例如 .com、.org、.hk。
- TLD 左邊的一段，通常可稱為二級網域（例如 example.com 中的 example）。
- 再往左的一段，可稱為三級網域（例如 www.example.com 中的 www）。
- 主機名稱常用來表示某一項服務／主機（例如 www、mail、ftp）。在網頁情境中，URL 的主機（host）就是瀏覽器實際要連接的主機名稱。
頂級網域類型
通用頂級網域（gTLD）：常見例子：
- .com（商業機構常用）
- .org（非牟利機構常用）
- .net（網絡服務相關常用）
- .edu（教育相關常用）
- .gov（政府機構常用）
- .mil（軍事機構常用）
- .info（資訊類常用）
- .biz（商業類常用）
國家／地區頂級網域（ccTLD）：常見例子：
- .hk（香港）、.cn（中國內地）、.tw（台灣）
- .jp（日本）、.kr（韓國）、.sg（新加坡）
- .uk（英國）、.us（美國）、.au（澳洲）
- .ca（加拿大）、.de（德國）、.fr（法國）
例子：google.com.hk
在某些國家／地區頂級網域之下，管理機構會再劃分常見「類別二級網域」，例如 com.hk、edu.hk。
- .hk：國家／地區頂級網域（TLD）
- com.hk：常見類別二級網域（表示商業類別）
- google：在 com.hk 之下註冊的網域名稱（可視為三級網域）
- 若是 www.google.com.hk，則 www 是主機名稱／子網域
解析流程與常見錯誤
- 你在瀏覽器輸入網域名稱。
- 電腦先查本機／瀏覽器快取；若沒有，再詢問 DNS 解析器（常由 ISP 或路由器提供）。
- 解析器向 DNS 伺服器查詢，取得對應 IP 位址並回覆。
- 瀏覽器拿到 IP 後，才開始用 TCP/HTTPS 等建立連線。
常見錯誤
- 把 DNS 當成「傳送網頁內容」：錯。DNS 只提供「網域名稱對應 IP 位址」資訊。
- 把 DNS 當成「加密」：錯。加密/驗證主要由 HTTPS/TLS 處理。
- 以為「知道 IP 就一定入到網站」：不一定。現代網站可能依賴正確主機名稱與憑證才能提供正確內容。
網域名稱為何「易記又可更換」？
網域名稱之所以重要，是因為它把「容易記」與「可更換」結合起來：使用者記住的是網域名稱，而網站營運者可以在背後更換伺服器 IP 位址。 只要 DNS 記錄更新並被使用者查詢到，使用者就能連到新位置。
另一方面，若 DNS 解析失效，瀏覽器就難以知道要連到哪個 IP 位址。 直接輸入 IP 有時可作排錯，但在現代網站架構中，許多網站依賴網域名稱來判斷要提供哪一個站點內容， 因此「用 IP 代替網域名稱」並非永遠可行。
互動活動：輸入真實網址進行「網域名稱分析」
請輸入一條真實的網頁網址（URL）或網域名稱。系統會先從 URL 提取主機（host）部分， 再把主機拆解為頂級網域、二級網域、三級網域及主機名稱／子網域。
注意：本活動會先示範「拆解與判斷」，並可透過 HTTPS 向公開 DNS 解析服務查詢 A / AAAA 記錄，以取得對應的 IP 位址。 若裝置未能連接互聯網、網絡政策限制外部查詢，或目標網域設有特殊設定，查詢結果可能無法顯示，或會隨時間與網絡位置而改變。
（A）輸入
（B）練習：請填寫各部分（再核對）
（C）系統分析結果
（D）DNS 查詢結果（IP 位址）
系統會透過 HTTPS 向公開 DNS 解析服務查詢 A（IPv4）及 AAAA（IPv6）記錄，以取得主機對應的 IP 位址。 查詢結果可能包含多個 IP 位址，亦可能因負載分配與網絡位置而有所不同。
Check Point：小測
5) 劃一資源定位（URL）：由哪些部分組成？
重點
- 劃一資源定位（URL）描述「要用甚麼規則去到哪一部伺服器、取得哪個資源」。
- 常見部分：通訊協定、網域名稱或 IP、通訊埠、路徑、檔案名稱。
- 若未指定檔案，伺服器通常會回傳預設檔案（例如 index.html）。
- 在許多網站中，/index.html 是預設首頁；因此 https://school.example.edu/index.html 往往可簡寫為 https://school.example.edu/（以伺服器設定為準）。
定義
劃一資源定位（URL）用來定位互聯網上的資源（例如網頁、圖片、檔案）。日常亦常稱為「網址」。
原理／運作：URL 結構
以以下為例：
- 通訊協定（Protocol）：https（定義通訊規則）。
- 主機（Host）：www.example.com（網域名稱或 IP）。
- 通訊埠（Port）：443（指定主機內要連接的服務）。
- 路徑（Path）：/folder/（伺服器內的資源位置）。
- 檔案名稱：page.html（實際被存取的檔案）。
例子：未指定檔案時會怎樣？
在許多網站中，以下兩者常常等效（以伺服器設定為準）：
- https://school.example.edu/
- https://school.example.edu/index.html
原因是：當 URL 只到資料夾層級而未指定檔案名稱時，伺服器通常會回傳預設首頁檔案，例如 index.html（具體名稱由伺服器設定而定）。
比較
- URL：描述整個資源位置（協定 + 主機 + 路徑…）。
- DNS：只負責把網域名稱轉成 IP，並不包含路徑與檔案資訊。
常見錯誤
- 把「通訊協定」與「通訊埠」混為一談：協定是規則；通訊埠是入口。
- 以為 URL 任何部分都會「傳到伺服器」：某些部分（例如 fragment #）主要供瀏覽器處理，未必會送到伺服器（延伸概念）。
URL 結構與預設首頁（index）
URL 的重點，是把「如何連線」與「要取甚麼資源」放在同一條字串中。 協定決定通訊規則；主機（網域名稱或 IP）決定要連到哪一部伺服器；通訊埠決定連到主機內哪個服務； 路徑與檔案名稱則指向伺服器內的資源位置。
因此，當你理解 URL 的各部分，就能解釋很多常見現象： 例如為何 https:// 與 http:// 有不同預設通訊埠； 為何未寫檔案名稱時會自動出現首頁；以及為何某些服務要在 URL 明確寫出通訊埠（例如 :8080）。
示範：資料夾結構與 URL 的關係
網站內容通常以資料夾與檔案方式儲存於伺服器上。一般而言，URL 的「路徑（path）」會對應伺服器上的資料夾／檔案位置。 以下示範結構包含：主目錄、預設首頁（index.html），以及三個資料夾（每個資料夾至少三個檔案）。
（A）點選資料夾／檔案
你可以先點選資料夾（例如 /images/），再點選其中檔案（例如 logo.png），觀察 URL 的變化。
（B）對應的 URL
反向挑戰：看資料夾結構寫出 URL
現在改為「反向思考」：系統會在右側資料夾結構中以粗體方框標示一個檔案，你需要根據資料夾結構與基礎網址，寫出該檔案的完整 URL。
（A）題目
（按「下一題」開始）
（B）你的答案
Check Point：小測
6) 常見互聯網協定與通訊埠：HTTP/HTTPS、電郵、FTP
重點
- 超文本傳輸協定（HTTP）用於網頁資料傳送；HTTPS在其上加入加密/驗證。
- 電郵常見協定：簡單郵遞傳送協定（SMTP）多用於「寄出」；郵局協定（POP）與網絡信息存取協定（IMAP）多用於「收取/存取」。
- 檔案傳輸協定（FTP）用於檔案上載/下載（現代亦常見更安全的替代方案，但此處掌握基本用途即可）。
- 通訊埠讓同一部主機可同時提供多個服務（例如 80/443/25/110/143/21）。
定義
- 超文本傳輸協定（HTTP）：網頁資料傳送的規則。
- HTTPS：一般可理解為「HTTP + 加密/驗證（TLS）」的安全版本。
- 簡單郵遞傳送協定（SMTP）：電郵傳送（常用於寄出）。
- 郵局協定（POP）、網絡信息存取協定（IMAP）：電郵收取/存取（模式不同）。
- 檔案傳輸協定（FTP）：檔案傳輸。
原理／運作
協定通常以通訊埠作為「入口」：
- HTTP：80；HTTPS：443
- SMTP：25；POP：110；IMAP：143
- FTP：21
通訊埠的作用，是讓同一部主機上的不同服務程序（例如網頁伺服器、郵件伺服器）同時運作而不互相混淆。
例子
- 你在瀏覽器打開網頁：多數使用 HTTPS（443）。
- 你用電郵軟件寄信：常用 SMTP 把郵件送到郵件伺服器。
- 你用電郵軟件在多部裝置同步信件：IMAP 較能保留伺服器端信箱結構（概念理解）。
比較
- HTTP vs HTTPS：HTTPS 多了加密/驗證，能降低被竊聽與被冒充風險。
- POP vs IMAP：POP 偏向把郵件下載到本機；IMAP 偏向在伺服器端管理與同步（概念層面）。
常見錯誤
- 把「協定」與「應用」混為一談：協定是規則；瀏覽器/電郵軟件是使用規則的應用程式。
- 以為「HTTPS = 網站一定安全」：HTTPS 主要保護傳輸途中；網站本身是否安全仍取決於伺服器與系統設計（延伸）。
協定與通訊埠的配對思路
協定可以理解為「溝通規則」。同一條網絡連線上可以跑很多不同服務，通訊埠就像把一棟大廈分成不同單位： 你要去網頁服務，就走到 80/443；你要寄電郵，就走到 25；你要取信，就走到 110/143。
在答題時，不必死背大量通訊埠，但應能說出「通訊埠用來指向主機內服務」。 至於 HTTP/HTTPS、SMTP/POP/IMAP、FTP，你至少要能說出它們的用途，並能配合一個生活例子。