宿舍四個人,大一的時候學校不讓上網,不給開通網路,但是,宿舍有一個人比較有錢,率先買了一臺電腦,那買了電腦干什么呢?
首先,有單機游戲可以打,比如說《拳皇》,兩個人用一個鍵盤,照樣打得火熱,后來有第二個人買了電腦,那兩臺電腦能不能連接起來呢?你會說,當然能啊,買個路由器不就行了,現在一臺家用路由器非常便宜,一百多塊的事情,那時候路由器絕對是奢侈品,一直到大四,我們宿舍都沒有買路由器,可能是因為那時候技術沒有現在這么發達,導致我對網路技術的認知是逐漸深入的,而且每一層都是實實在在接觸到的,
第一層(物理層)
使用路由器,是在第三層上,我們先從第一層物理層開始說,
物理層能折騰啥?現在的同學可能想不到,我們當時去學校配電腦的地方買網線,賣網線的師傅都會問,你的網線是要電腦連電腦啊,還是電腦連網口啊?
我們要的是電腦連電腦,這種方式就是一根網線,有兩個頭,一頭插在一臺電腦的網卡上,另一頭插在另一臺電腦的網卡上,但是在當時,普通的網線這樣是通不了的,所以水晶頭要做交叉線,用的就是所謂的 1-3、2-6 交叉接法,
水晶頭的第 1、2 和第 3、6 腳,它們分別起著收、發信號的作用,將一端的 1 號和 3 號線、2 號和 6 號線互換一下位置,就能夠在物理層實作一端發送的信號,另一端能收到,
當然電腦連電腦,除了網線要交叉,還需要配置這兩臺電腦的 IP 地址、子網掩碼和默認網關,這三個概念上一節詳細描述過了,要想兩臺電腦能夠通信,這三項必須配置成為一個網路,可以一個是 192.168.0.1/24,另一個是 192.168.0.2/24,否則是不通的,
這里我想問你一個問題,兩臺電腦之間的網路包,包含 MAC 層嗎?當然包含,要完整,IP 層要封裝了 MAC 層才能將包放入物理層,
到此為止,兩臺電腦已經構成了一個最小的局域網,也即 LAN,可以玩聯機局域網游戲啦!
等到第三個哥們也買了一臺電腦,怎么把三臺電腦連在一起呢?
先別說交換機,當時交換機也貴,有一個叫做 Hub 的東西,也就是集線器,這種設備有多個口,可以將宿舍里的多臺電腦連接起來,但是,和交換機不同,集線器沒有大腦,它完全在物理層作業,它會將自己收到的每一個位元組,都復制到其他埠上去,這是第一層物理層聯通的方案,
第二層(資料鏈路層)
你可能已經發現問題了,Hub 采取的是廣播的模式,如果每一臺電腦發出的包,宿舍的每個電腦都能收到,那就麻煩了,這就需要解決幾個問題:
- 這個包是發給誰的?誰應該接收?
- 大家都在發,會不會產生混亂?有沒有誰先發、誰后發的規則?
- 如果發送的時候出現了錯誤,怎么辦?
這幾個問題,都是第二層,資料鏈路層,也即 MAC 層要解決的問題,MAC 的全稱是 Medium Access Control,即媒體訪問控制,控制什么呢?其實就是控制在往媒體上發資料的時候,誰先發、誰后發的問題,防止發生混亂,這解決的是第二個問題,這個問題中的規則,學名叫多路訪問,有很多演算法可以解決這個問題,就像車管所管束馬路上跑的車,能想的辦法都想過了,
比如接下來這三種方式:
- 方式一:分多個車道,每個車一個車道,你走你的,我走我的,這在計算機網路里叫作信道劃分;
- 方式二:今天單號出行,明天雙號出行,輪著來,這在計算機網路里叫作輪流協議;
- 方式三:不管三七二十一,有事兒先出門,發現特堵,就回去,錯過高峰再出,我們叫作隨機接入協議,著名的以太網,用的就是這個方式,
解決了第二個問題,就是解決了媒體接入控制的問題,MAC 的問題也就解決好了,這和 MAC 地址沒什么關系,
接下來要解決第一個問題:發給誰,誰接收?這里用到一個物理地址,叫作鏈路層地址,但是因為第二層主要解決媒體接入控制的問題,所以它常被稱為MAC 地址,
解決第一個問題就牽扯到第二層的網路包格式,對于以太網,第二層的最開始,就是目標的 MAC 地址和源的 MAC 地址,

接下來是型別,大部分的型別是 IP 資料包,然后 IP 里面包含 TCP、UDP,以及 HTTP 等,這都是里層封裝的事情,
有了這個目標 MAC 地址,資料包在鏈路上廣播,MAC 的網卡才能發現,這個包是給它的,MAC 的網卡把包收進來,然后打開 IP 包,發現 IP 地址也是自己的,再打開 TCP 包,發現埠是自己,也就是 80,而 nginx 就是監聽 80,
于是將請求提交給 nginx,nginx 回傳一個網頁,然后將網頁需要發回請求的機器,然后層層封裝,最后到 MAC 層,因為來的時候有源 MAC 地址,回傳的時候,源 MAC 就變成了目標 MAC,再返給請求的機器,
對于以太網,第二層的最后面是 CRC,也就是回圈冗余檢測,通過 XOR 異或的演算法,來計算整個包是否在發送的程序中出現了錯誤,主要解決第三個問題,
這里還有一個沒有解決的問題,當源機器知道目標機器的時候,可以將目標地址放入包里面,如果不知道呢?一個廣播的網路里面接入了 N 臺機器,我怎么知道每個 MAC 地址是誰呢?這就是 ARP 協議,也就是已知 IP 地址,求 MAC 地址的協議,

在一個局域網里面,當知道了 IP 地址,不知道 MAC 怎么辦呢?靠“吼”,

廣而告之,發送一個廣播包,誰是這個 IP 誰來回答,具體詢問和回答的報文就像下面這樣:

為了避免每次都用 ARP 請求,機器本地也會進行 ARP 快取,當然機器會不斷地上線下線,IP 也可能會變,所以 ARP 的 MAC 地址快取過一段時間就會過期,
局域網
好了,至此我們宿舍四個電腦就組成了一個局域網,用 Hub 連接起來,就可以玩局域網版的《魔獸爭霸》了,

打開游戲,進入“局域網選項”,選擇一張地圖,點擊“創建游戲”,就可以進入這張地圖的房間中,等同一個局域網里的其他小伙伴加入后,游戲就可以開始了,
這種組網的方法,對一個宿舍來說沒有問題,但是一旦機器數目增多,問題就出現了,因為 Hub 是廣播的,不管某個介面是否需要,所有的 Bit 都會被發送出去,然后讓主機來判斷是不是需要,這種方式路上的車少就沒問題,車一多,產生沖突的概率就提高了,而且把不需要的包轉發過去,純屬浪費,看來 Hub 這種不管三七二十一都轉發的設備是不行了,需要點兒智能的,因為每個口都只連接一臺電腦,這臺電腦又不怎么換 IP 和 MAC 地址,只要記住這臺電腦的 MAC 地址,如果目標 MAC 地址不是這臺電腦的,這個口就不用轉發了,
誰能知道目標 MAC 地址是否就是連接某個口的電腦的 MAC 地址呢?這就需要一個能把 MAC 頭拿下來,檢查一下目標 MAC 地址,然后根據策略轉發的設備,按第二節課中講過的,這個設備顯然是個二層設備,我們稱為交換機,
交換機怎么知道每個口的電腦的 MAC 地址呢?這需要交換機會學習,
一臺 MAC1 電腦將一個包發送給另一臺 MAC2 電腦,當這個包到達交換機的時候,一開始交換機也不知道 MAC2 的電腦在哪個口,所以沒辦法,它只能將包轉發給除了來的那個口之外的其他所有的口,但是,這個時候,交換機會干一件非常聰明的事情,就是交換機會記住,MAC1 是來自一個明確的口,以后有包的目的地址是 MAC1 的,直接發送到這個口就可以了,
當交換機作為一個關卡一樣,過了一段時間之后,就有了整個網路的一個結構了,這個時候,基本上不用廣播了,全部可以準確轉發,當然,每個機器的 IP 地址會變,所在的口也會變,因而交換機上的學習的結果,我們稱為轉發表,是有一個過期時間的,
有了交換機,一般來說,你接個幾十臺、上百臺機器打游戲,應該沒啥問題,你可以組個戰隊了,能上網了,就可以玩網游了,
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