TCP/IP中最高大上的链路层简介(二)

发布时间:2014-11-02 02:19:00作者:左潇龙阅读(1468 )评论(15)

    引言

     

      对于程序猿来讲,似乎越接近底层,就越显得高大上。这也算是程序猿们的共同认知吧,虽然不是所有人。今天LZ就和各位一起探讨一下TCP/IP中最高大上的一层,也就是最底层的链路层。

      这一层LZ了解的还不够深刻,但是LZ还没有做硬件的打算,因此LZ觉得只要能够大致明白其原理即可,有的时候太执着了并不是好事,别忘了执着的同义词中有一个叫钻牛角尖。

     

    链路层是什么

     

      这个问题其实很好回答,在上一章LZ就提到过,直观的说,链路层就是我们平时接触的网卡和网卡的驱动程序(当然,也可以指其它的网络接口和驱动,比如3G网卡和驱动)。

      接下来回答另外一个问题,链路层是做什么的?

      这个我们可以类比一下,既然链路层可以看作是网卡和网卡驱动程序的总称,那么网卡和网卡驱动程序是做什么的,链路层就是做什么的。这样我们就比较好理解了,要搞清楚链路层是做什么的,只需要搞清楚网卡以及网卡驱动程序是做什么的即可。

      网卡,很显然,它是数据传输过程中,一个主机(也就是我们所谓的PC机)数据的入口与出口,就像是一个城市的火车站一样,你来北京需要经过火车站,离开北京也需要经过火车站(从天上飞过来飞过去的土豪不算)。

      这个入口和出口可不是随便让你制造的,你必须按照一定的协议去制作(比如以太网协议)。大家会发现,我们的网卡插口都是一样的(网线的插头也都是一样一样的),这可不是巧合。网卡网线这都是有形的网卡接口,同样的,对于无线网来讲,尽管它没有让我们看得见摸得着的接口,但道理是一样的,它在制作的时候也要遵循一定的协议(比如wifi)。

      网卡驱动程序就比较好理解了,网卡按照一定的规则传输数据(比如频率多大?一次传多少?等等),相应的,这些规则也需要一个软件来封装和解析,这些工作正是网卡驱动程序完成的。这有点类似于计算机硬件和操作系统的关系,如果没有操作系统,你要那一堆破铜烂铁它能给你干活吗?比如你现在想计算1+1=2,你能直接拍CPU一巴掌,它就给你干了吗?肯定是需要你通过操作系统,把两个1先存到CPU的存储器当中(比如寄存器),然后调用CPU当中的运算器,才能最终把结果计算出来。

      网卡也是一样的,如果没有网卡驱动程序去控制它,你拍它一巴掌它是不会给你传数据的,需要驱动程序把你要传的数据封装一下,然后交给网卡,网卡一看,我靠,这要传的地址不就是隔壁家的凤姐吗,于是网卡才开着电缆把你的求爱信件送给凤姐。

      一般在驱动程序交给网卡的数据中,都带有源物理地址(也就是发送者的网卡物理地址,这玩意有时候会有用,但一般没啥用),目的物理地址(告诉网卡把数据送给谁)以及协议类型(用于对方接收到数据后用同样的协议解析),比如0f:00:11:0d:01:12这种形式的东西,是不是感觉很熟悉呢?它就是网卡的物理地址格式,是48位的二进制数字(也就是6个字节,中间用冒号分割),用ifconfig或者ipconfig命令就能看到你的网卡物理地址。

      

    TCP/IP与OSI

      

      记得上一篇博文中,还有猿友留言,说LZ把物理层给丢下了。看来有不少猿友,还是停留在OSI的七层模型中。OSI和TCP/IP究竟是什么关系,接下来就由LZ来为大家简单解释一二。

      OSI共有七层,分别是物理层,数据链路层,网络层,传输层,会话层,表示层和应用层。而在第一章当中,LZ介绍过TCP/IP协议族共有四层,分别是链路层,网络层,传输层和应用层。

      简而言之,它们最大的区别是,OSI只是参考模型,而TCP/IP是目前实际使用的一个协议族,它已经被大部分操作系统所实现。它们的对应关系如下。

      

      可以看到,TCP/IP协议族简化了OSI模型,其实这种现象在实际的开发过程中也很常见,LZ举个简单的例子大家就清楚了。

      相信web项目的开发大部分猿友都不陌生,一般情况下,咱们的分层是Action,Service,Dao这种三层方式,但是在实际开发中,往往不一定按照这个分层去开发。比如有些比较小的项目,会删除Service这一层,由Action直接引用Dao。

      这其实就和OSI与TCP/IP的关系一样,参考模型始终是参考用的,实际当中不一定就得按照这个去实现。

      

    链路层存在的意义

     

      人生在世,要活的有意义才算没白活一场。小的时候,LZ活着的意义是希望有一台小霸王游戏机,后来LZ活着的意义是希望有一台可以玩传奇的PC机,再后来LZ活着的意义是希望有一个37度的女娃娃。

      咳咳...跑题了。言归正传,TCP/IP中的每一层都应该有它存在的意义。说到这,不禁会让人产生一个疑问,就是链路层存在的意义是什么?

      很简单,LZ还是用一个例子来说明。Java中有Jdbc,是一个标准的Java数据库操作API。LZ想请问各位猿友,这套API的意义是什么?

      它的意义就在于,让数据库差异导致的一些细节变化对开发人员透明。透明这个词实在是太贴切了,透明的意义就在于“你不知道也不需要知道”。套用这句话,就是Jdbc让开发人员不知道也不需要知道数据库当中的一些操作细节,只需要按照API的操作说明去调用就可以了。这样带来的好处就是,降低了开发人员的学习成本,也增加了程序的扩展性和健壮性。因为你不再需要分别去了解mysql的数据库连接细节,或者oracle的数据库连接细节,你只需要知道DriverManager.getConnection()可以给你一个数据库连接就行了。

      我们再回到刚才的话题,链路层存在的意义与Jdbc特别相似,它让物理传输的细节对上层是透明的。套用刚才那句话,也就是说,上层(比如网络层,传输层等等)不知道也不需要知道数据在物理上是如何传输的。比如数据究竟是用双绞线传输的还是用同轴电缆,到底是有线的网络接口还是无线的网络接口传输,这些细节统统不需要链路层的上层去操心。

      这样做的好处就在于,链路层给上层提供了一层封装,就像Jdbc给开发人员提供的一层封装一样。只要是基于Jdbc开发的程序,数据库厂商只要都提供Jdbc的实现,开发人员就可以轻易的把数据库切换。同样的,只要是基于链路层的协议,网络层包括更高层也可以轻易的切换链路层实现。比如一会使用有线,一会使用无线,这对于处于网络层的IP实现,或者是传输层的TCP实现来讲,是不需要有任何变化的。当然了,对于处于应用层的Http实现更不需要有任何变化,这就像你开发的web程序,难道把有线网变成无线网就需要改代码吗,当然是不需要的!

      所以,现在很清楚了,链路层存在的意义,用简单的一句话概括,就是它让上层可以不需要考虑数据物理传输的细节,更加专注于自己该做的事。这种思想多么像MVC分层设计的初衷,MVC的初衷不就是为了让每一层可以专注于做自己的事吗,比如控制层就只专注于业务逻辑,视图层就只专注于界面展示,模型层就只专注于应用程序与数据库的交互。

      

    文章花絮

     

      很多时候,我们总是纠结着自己的纠结,但在现实当中,往往很多事情是没有标准答案的。以前,学习数学的LZ习惯性的认为,任何事不是对就是错,没有模棱两可的区域。

      在社会中磨砺的时间久了,就会意识到,很多时候,没有对错,只有结果。从这个角度来看,只要你朝着好的结果去努力,那么你就是对的,哪怕在某种意义上你是错的。因为只要结果是好的,你最终会被认为是对的。

      成功者不要在意过程,失败者不要在意结果。LZ只想说,你懂的。

      


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#1楼     时间:2014-11-02 08:34:00      来源:1987年秋天
小的时候,LZ活着的意义是希望有一台小霸王游戏机,后来LZ活着的意义是希望有一台可以玩传奇的PC机,再后来LZ活着的意义是希望有一个37度的女娃娃。
#2楼     时间:2014-11-02 09:09:00      来源:CalvinR
写的挺好的
#3楼     时间:2014-11-02 10:44:00      来源:红颜醉丶帝
欲知lz和37°娃娃的爱情,请听下回分解。
#4楼     时间:2014-11-02 12:56:00      来源:mytol
求晒 37度的女娃娃
#5楼     时间:2014-11-02 13:01:00      来源:子清
在哪里学的
#6楼     时间:2014-11-02 13:14:00      来源:李奥霍克
啥都没讲
好歹讲下数据怎么pack,unpack
还有mac帧,pppoe等等
#7楼     时间:2014-11-02 13:29:00      来源:左潇龙
@ 子清
书中自有颜如玉。。。
#8楼     时间:2014-11-02 13:30:00      来源:左潇龙
@ mytol
@红颜醉丶帝
@张总的博客
英雄不提当年勇啊。。。
#9楼     时间:2014-11-02 13:30:00      来源:左潇龙
@ CalvinR
非常感谢。
#10楼     时间:2014-11-02 13:32:00      来源:左潇龙
@ 李奥霍克
确实,没打算讲链路层具体协议的内容,LZ自己看看就好了,就不拿出来献丑了。我把文章标题改成简介把,算不上详解。
#11楼     时间:2014-11-03 16:32:00      来源:玉龙古风
什么是37度娃娃??谁给科普一下
#12楼     时间:2014-11-03 22:16:00      来源:sunfan
1,2都看完了。写的很好、很生动,老师辛苦了,谢谢。
#13楼     时间:2014-11-05 12:56:00      来源:催夜凉风
写的挺好,我也懂了,呵呵
#14楼     时间:2014-12-24 16:57:00      来源:猴子子
#15楼     时间:2016-10-10 09:38:00      来源:iByte
总结的不错!
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