OSI 7 Layers · Packet Walkthrough

OSI 封包旅程

揀一個情境，睇封包由你部 PC 出發，經 Switch、家用 Router、ISP 去到 Server：每一層加咗咩 header、每一跳改咗咩欄位，出錯時又卡喺邊一層。其餘分頁逐個協定睇：路由（OSPF、RIP、EIGRP、IS-IS、BGP、Static）、L2 交換（STP、VLAN、LACP）同網絡服務（DHCP、NAT、HSRP）。

情境

自動播下一步

封裝

封裝 ↓—

OSI 七層速查（排查用）

層	PDU	關鍵地址 / 欄位	設備 / 協定	常見故障	排查工具
L7 應用層	Data	URL、Host、status code	HTTP、DNS、SMTP、SSH	404 / 5xx、NXDOMAIN	curl -v, dig, nslookup, DevTools
L6 表示層	Data	加密、編碼、壓縮	TLS、UTF-8、JPEG	證書過期 / 域名唔啱、亂碼	openssl s_client
L5 會話層	Data	Session ID、對話狀態	TLS session、RPC、SMB	Session timeout、登入狀態唔見	app log
L4 傳輸層	Segment / Datagram	Port、Seq/Ack、Flags	TCP、UDP、防火牆 (L4 rule)	Refused、Timeout、重傳	ss -tlnp, nc -zv, netstat
L3 網絡層	Packet	IP、TTL、路由	Router、L3 switch、ICMP、NAT	路由錯、Loop、Unreachable	ping, traceroute, ip route
L2 數據鏈路層	Frame	MAC、VLAN tag、FCS	Switch、AP、ARP、STP	ARP 失敗、VLAN 錯、L2 loop	arp -a, ip neigh, show mac address-table
L1 實體層	Bits	電壓、光、無線電	網線、光纖、NIC、Hub	冇 Link、CRC error、Duplex	指示燈, ethtool, cable tester

由下而上排查

L1有冇 link？睇燈、ip link
L2拎唔拎到 gateway MAC？arp -a
L3ping 192.168.1.1 → ping 8.8.8.8
L7DNS：nslookup example.com
L4Port 通唔通：nc -zv host 443
L6TLS：openssl s_client
L7應用：curl -v 睇 status

路由協定情境

自動播下一步

現用最佳路徑後備路徑Link downFULL線上標籤 = 鄰居 / port 狀態

路由協定對比

	RIP v2	OSPF	EIGRP
類型	Distance vector	Link state	Advanced distance vector
Metric	Hop count（最多 15，16 = 去唔到）	Cost = 參考頻寬 ÷ 介面頻寬	最細頻寬 + 總延遲（K1、K3）
Administrative Distance	120	110	90（內部）/ 170（外部）
演算法	Bellman-Ford	Dijkstra SPF	DUAL
更新方式	每 30 秒送成張表	有變先 flood LSA（30 分鐘 refresh）	有變先送 partial update
封包	UDP 520 → 224.0.0.9	IP proto 89 → 224.0.0.5 / .6	IP proto 88 → 224.0.0.10
Timer	Update 30 / Invalid 180 / Flush 240	Hello 10 / Dead 40	Hello 5 / Hold 15
收斂速度	慢（分鐘級）	快（秒級）	好快（有 FS 時毫秒級）
常見故障	版本唔夾、count to infinity、15 hop 上限	Area / Hello / MTU / 認證唔夾	AS / K-value 唔夾、Stuck in Active
排查指令	show ip rip database debug ip rip	show ip ospf neighbor show ip ospf interface	show ip eigrp neighbors show ip eigrp topology

	IS-IS	BGP	Static
類型	Link state（OSI 協定，直接行 L2）	Path vector（行 TCP 179）	人手設定
Metric / 揀路	每條 link metric（預設全部 10）	Weight → Local Pref → AS path → Origin → MED …	—
Administrative Distance	115	20（eBGP）/ 200（iBGP）	1（floating 自訂，例如 250）
鄰居	IIH Hello，L1 / L2 adjacency	人手指定 neighbor + remote-as	冇
常見用途	ISP、大型骨幹網	ISP 之間、多 ISP 接入、Data center	細網絡、default route、stub
常見故障	Level / Area 唔夾、MTU（IIH padding）	remote-as 錯、TCP 179 被擋、Hold timer 慢	漏回程 route、floating static 只救一邊
排查指令	show isis neighbors show clns interface	show ip bgp summary show ip bgp	show ip route static traceroute（雙向）

L2 協定對比

	STP / RSTP	VLAN 802.1Q	LACP
用途	防止 L2 loop	將一部 switch 分成多個 broadcast domain	將多條 link 綁成一條
運作	BPDU 選 root bridge，阻塞多餘 port	Trunk 喺 frame 加 4 bytes tag（VID 1–4094）	LACPDU 協商，按 hash 分流
Timer	802.1D：30–50 秒收斂；RSTP：1 秒內	—	LACPDU 每 1 秒（fast）/ 30 秒（slow）
常見故障	關咗 STP → broadcast storm；root 揀錯	Allowed list 漏 VLAN；native VLAN 唔夾	一邊 on 一邊 LACP；速度 / 設定唔一致
排查指令	show spanning-tree	show vlan brief show interfaces trunk	show etherchannel summary

網絡服務對比

	DHCP	NAT / PAT	HSRP
用途	自動派 IP、mask、gateway、DNS	私有 IP 共用公共 IP 上網	兩部 router 共用一個 gateway IP
封包	UDP 67 / 68 · DORA	改 IP header（PAT 連 port）	UDP 1985 → 224.0.0.2
重點	Lease；50% 時 renew；跨網段要 ip helper-address	Inside local / global；translation timeout	Priority、preempt；Hello 3 / Hold 10 秒
常見故障	Pool 用晒 → 169.254.x.x；relay / snooping 擋咗	介面冇 ip nat inside / outside；ACL 唔 match	Group / VIP 唔夾 → dual active；冇 preempt
同類協定	DHCPv6、SLAAC	NAT64、port forwarding	VRRP（開放標準）、GLBP（負載分擔）
排查指令	show ip dhcp binding ipconfig /all	show ip nat translations show ip nat statistics	show standby brief

設備對比

設備	主要層	查咩表	決定依據	改唔改 header	常見問題
網卡 NIC	L1–L2	MAC 過濾、ring buffer	Dst MAC、FCS	加 / 驗 FCS	CRC error、rx_dropped
Hub	L1	冇	冇：全部 flood	唔改	碰撞、冇隔離、冇安全
Switch	L2	MAC table（CAM）	Dst MAC + VLAN	唔改（只加減 VLAN tag）	Flood、L2 loop、CAM 爆
Router	L3	RIB → FIB、ARP / adjacency	Dst IP 最長前綴	換 MAC、TTL-1、重算 checksum	冇 route、ARP、TTL、CPU 過載
Firewall	L3–L7	Session、policy、NAT	5-tuple + 連線狀態	做 NAT 時改 IP / port	Implicit deny、idle timeout
Wireless AP	L1–L2	Client 關聯表	802.11 地址	802.11 ↔ 802.3 轉換、加解密	干擾、hidden node、重傳

設計對比

設計	優點	缺點	常見用途
Router-on-a-stick	平、慳 port	Trunk 瓶頸、router 單點故障	細辦公室、lab
Legacy inter-VLAN	簡單、唔使 trunk	每個 VLAN 一條線，唔 scale	舊設備、VLAN 好少
L3 switch SVI	Wire speed、冇 hairpin	要識 L3 設定（ip routing、路由）	大部分企業 campus
Star	易管理、故障隔離好	中心單點故障	所有有線 LAN
Ring	線少、可承受一個故障	兩個故障就分裂、路徑變長	Metro、工業網絡
Full mesh	冗餘最高、一跳到	Link 數目 n(n-1)/2	少數核心節點之間
三層 Core / Dist / Access	大規模、故障範圍細	設備多、成本高	大型 campus
兩層 collapsed core	慳設備、少一跳	規模有限	中型網絡
Spine-leaf	延遲固定、ECMP、易擴展	Link 多、要 L3 / BGP 知識	Data center
DMZ	對外服務同內網隔離	Policy 要小心維護	有對外服務嘅公司
Hub-and-spoke / DMVPN	設定少、易加分行	分行互通要繞（DMVPN 解決）	多分行企業

情境