阿Q造訪

我是一個(gè)網(wǎng)卡，居住在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)的主板上，負(fù)責(zé)整臺(tái)計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信，要是沒(méi)有我，這里就成了一個(gè)信息孤島了，那也太無(wú)聊了～

上個(gè)周末，服務(wù)器斷電維護(hù)了，這是我難得的休息時(shí)間，我準(zhǔn)備打個(gè)盹兒瞇一會(huì)兒。

這才剛合上眼，CPU一號(hào)車間的阿Q跑過(guò)來(lái)串門了。

“怎么是你小子，聽(tīng)說(shuō)你背后說(shuō)了我很多壞話??！今天怎么想起找我來(lái)了”

“網(wǎng)卡老哥，你這都聽(tīng)誰(shuí)造的謠，我想來(lái)拜訪你很久了，這不平時(shí)工作太忙抽不開(kāi)身，今天停電了一有空就找你來(lái)了嘛！”，阿Q笑著說(shuō)到。

“你可是大忙人，無(wú)事不登三寶殿，說(shuō)吧，找我什么事兒”

阿Q露出了尷尬而不失禮貌的微笑，“那我就開(kāi)門見(jiàn)山了，這不年底了嗎，咱們廠里最近評(píng)優(yōu)呢，想學(xué)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，特來(lái)向你討教討教”

“就這啊，好說(shuō)好說(shuō)，來(lái)里邊坐”，我招待阿Q進(jìn)門坐下。

剛剛落座，阿Q就忍不住提問(wèn)：“老哥，你們網(wǎng)卡是怎么工作的？聽(tīng)說(shuō)你可以抓到別的主機(jī)通信的數(shù)據(jù)包？可以給我露一手嗎？”

“唉，現(xiàn)在不行了”，我嘆了一口氣。

“咋了這是？”

我抬頭凝望，開(kāi)始給阿Q講起了我的故事。

集線器時(shí)代

很久很久以前，那時(shí)候網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)計(jì)算機(jī)都是通過(guò)一個(gè)叫集線器Hub的家伙來(lái)相連的，通過(guò)集線器，我們大家在物理上構(gòu)成了一個(gè)星型的網(wǎng)絡(luò)，還給取了個(gè)名字：以太網(wǎng)。那時(shí)候我們的傳輸速度能做到10Mbps，在那個(gè)年代，已經(jīng)非常了不起了！。

集線器這家伙，不知道該說(shuō)他笨，還是該說(shuō)他懶，他從來(lái)不會(huì)管數(shù)據(jù)是誰(shuí)發(fā)給誰(shuí)，只是一個(gè)沒(méi)有感情的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)器，工作在物理層，把收到的信號(hào)做一個(gè)增強(qiáng)處理后就一股腦的發(fā)給所有端口。

這樣一來(lái)，我們?cè)谶壿嬌暇妥兂闪艘粋€(gè)總線型網(wǎng)絡(luò)了。總線屬于公共資源，由所有連接在上面的主機(jī)共享，有人在傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候其他人就得等著，不然數(shù)據(jù)就會(huì)發(fā)生沖突，全亂套了。

為了讓大家都能和平共處，不必為了爭(zhēng)搶線路發(fā)生不愉快，我們制定了一套規(guī)則：CSMA/CD。

每次要發(fā)送數(shù)據(jù)之前，我都得要監(jiān)聽(tīng)一下線路上是否空閑，如果有別人在傳輸數(shù)據(jù)，那我就得等待。至于等待多久，我也不知道，因?yàn)檫@是一個(gè)隨機(jī)值。

等到空閑的時(shí)候，我就可以發(fā)送數(shù)據(jù)了。不過(guò)一邊發(fā)送，我還得一邊檢測(cè)是否有沖突發(fā)生，因?yàn)檎f(shuō)不定有別人跟我一樣以為現(xiàn)在空閑都在發(fā)送數(shù)據(jù)呢！

所以這就是CSMA/CD——載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)名字的來(lái)歷了。

但是如果數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度太短，我很快就發(fā)送完了，結(jié)果先頭部隊(duì)還在路上，這之后再遇到?jīng)_突那我就發(fā)現(xiàn)不了了。為了應(yīng)對(duì)這種情況，我們還得考慮即便是在極端情況下發(fā)生沖突，我們還是能夠檢測(cè)到。

我們這個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠支持的最遠(yuǎn)距離是2500米，極端情況下，到達(dá)最遠(yuǎn)端的時(shí)候沖突才發(fā)生。沖突信號(hào)得趕在我發(fā)送完最后一個(gè)bit之前傳回來(lái)，這一來(lái)一回就是5000米。

線路上的信號(hào)跑個(gè)來(lái)回需要57.6微秒，我們的傳輸速度是10Mbps，一個(gè)來(lái)回的時(shí)間我就能發(fā)送576bit，也就是72個(gè)字節(jié)，除開(kāi)8個(gè)字節(jié)的幀前導(dǎo)符和幀開(kāi)始符，剩下的以太網(wǎng)幀長(zhǎng)度不能低于64個(gè)字節(jié)，這樣就算在最遠(yuǎn)兩端發(fā)生的碰撞沖突都能及時(shí)傳遞回去被檢測(cè)到。

有了這套協(xié)議，大家再也不用爭(zhēng)搶，可以專心工作了。

“我說(shuō)為什么非得要至少64字節(jié)你才發(fā)送，原來(lái)還有這段歷史呢！那你們具體是怎么收發(fā)數(shù)據(jù)的呢？”，說(shuō)到這兒，阿Q打斷了我。

“那你聽(tīng)我繼續(xù)給你說(shuō)”

數(shù)據(jù)收發(fā)過(guò)程

我每天的工作就是接收、發(fā)送數(shù)據(jù)包，操作系統(tǒng)把數(shù)據(jù)交給我以后，我就按照以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)格式，把數(shù)據(jù)封裝成一個(gè)個(gè)的以太網(wǎng)幀發(fā)出去

幀的頭部有收件人和發(fā)件人的地址，我們叫它MAC地址，這是我們每個(gè)網(wǎng)卡的身份證號(hào)碼，從我們出生那一刻起就確定了。

發(fā)件人是我的MAC地址，但收件人地址我不知道啊！操作系統(tǒng)協(xié)議棧部門交給我的數(shù)據(jù)包只有IP地址，我們又不認(rèn)識(shí)這個(gè)，我們收發(fā)數(shù)據(jù)幀只用MAC地址。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們又制定了一套協(xié)議：ARP，地址解析協(xié)議，來(lái)實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)地址的轉(zhuǎn)換。在不知道IP對(duì)應(yīng)的MAC地址時(shí)候，就發(fā)送一個(gè)廣播，這個(gè)廣播的發(fā)件人地址填我的，然后收件人地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，這是一個(gè)特殊的MAC地址，我們約定好了每個(gè)人收到廣播都要接收而不能丟棄。

這個(gè)廣播里面填了IP地址，誰(shuí)收到以后發(fā)現(xiàn)跟自己的匹配上就來(lái)應(yīng)答我，這樣我就能知道對(duì)方的MAC地址了，接下來(lái)就能通信了。

當(dāng)然，為了避免每一次都去詢問(wèn)一遍浪費(fèi)時(shí)間，我會(huì)把查詢過(guò)的記錄緩存起來(lái)，下次就能直接用啦。

不過(guò)這樣做也有安全風(fēng)險(xiǎn)，要是有人冒充真正的收件人給我回信，我也沒(méi)辦法分辨，這就叫ARP欺騙。

“唉，等等，你還是給我講講你是怎么可以抓到別人的通信數(shù)據(jù)吧，我對(duì)這個(gè)更有興趣。”，阿Q又一次打斷了我。

因?yàn)榧€器這家伙閉著眼睛到處轉(zhuǎn)發(fā)，所以不管是誰(shuí)發(fā)的數(shù)據(jù)，所有人都可以看到。

就因?yàn)檫@樣，總線中每天有大量數(shù)據(jù)在流動(dòng)，但我通常也不會(huì)全部都抓下來(lái)交給你們處理，不然你們CPU的人估計(jì)要罵死我了。所以我每次拿到一個(gè)數(shù)據(jù)幀，就會(huì)檢查它的收件人是不是我，如果不是那就直接丟棄了，當(dāng)然，前面我說(shuō)的廣播消息例外。

我能抓到別人通信數(shù)據(jù)的秘密就在于：我提供了一種工作模式叫做混雜模式，這種模式下，我就會(huì)把總線中我看到的所有數(shù)據(jù)幀全部都抓下來(lái)交給你們CPU去處理，一般都是一些抓包軟件才會(huì)要求我這么做，但也有一些流氓軟件和病毒木馬經(jīng)常讓我抓別人的數(shù)據(jù)包，這樣他們就能嗅探網(wǎng)絡(luò)中的其他主機(jī)的通信了。

我并不喜歡這樣，因?yàn)槊看我婚_(kāi)啟混雜模式，我和你們CPU就忙的要死，主板上的風(fēng)扇都會(huì)瘋狂的轉(zhuǎn)起來(lái)。

“原來(lái)是這樣，那你開(kāi)啟混雜模式給我露一手看看唄，可以看到別人的通信數(shù)據(jù)，這也太刺激了！”，阿Q又又又一次打斷了我。

“你別著急，聽(tīng)我繼續(xù)說(shuō)嘛，別老是打斷我，而且現(xiàn)在停電了，我想露一手也露不了啊？”

“好好好，你繼續(xù)，繼續(xù)，我不插嘴了?！?/p>

交換機(jī)時(shí)代

不知道從什么時(shí)候開(kāi)始，就算我開(kāi)啟混雜模式，也抓不到別人的數(shù)據(jù)包了，因?yàn)槲野l(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包只有跟我相關(guān)的了。

后來(lái)一打聽(tīng)才知道，不只是我一個(gè)網(wǎng)卡這樣，別的也一樣。

原來(lái)集線器那家伙退休了，新來(lái)了一個(gè)叫交換機(jī)的大佬取代了他的位置。

這位大佬名不虛傳，他不只是簡(jiǎn)單的把大家連接在一塊兒，它還會(huì)學(xué)習(xí)，用一張表把大家的MAC地址和連接的端口號(hào)記錄下來(lái)。每次收到數(shù)據(jù)后，它只轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的端口，而不會(huì)像集線器那樣到處轉(zhuǎn)發(fā)，我再也看不到別人的通信數(shù)據(jù)了！

“??？交換機(jī)那家伙可真多事！”，阿Q露出了失望的表情。

這也是件好事啊，交換機(jī)大佬不用到處轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)占用線路，相當(dāng)于把沖突域進(jìn)行了隔離，我連接的線路上只有我自己的數(shù)據(jù)，沒(méi)有別人的數(shù)據(jù)，就不會(huì)和別的主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)發(fā)生沖突了。不僅如此，我們連接的網(wǎng)線也進(jìn)行了升級(jí)換代了，現(xiàn)在我們可以全雙工通信，一邊收一邊發(fā)，也不用和交換機(jī)發(fā)給我的下行數(shù)據(jù)發(fā)生沖突！

隔離沖突域+全雙工通信，現(xiàn)在再也不用CSMA/CD，因?yàn)椴粫?huì)有沖突發(fā)生，可以隨心發(fā)送數(shù)據(jù)了，真是爽太多了！我們的傳輸速度也是日新月異，從10Mbps到100Mbps，再到1000Mbps，越來(lái)越快，這在以前想都不敢想。

阿Q點(diǎn)了點(diǎn)頭說(shuō)到：“厲害了，網(wǎng)卡老哥！真是塞翁失馬焉知非福”

說(shuō)完，CPU六號(hào)車間的小六出現(xiàn)在了門口，只見(jiàn)他滿頭大汗的說(shuō)到：“Q哥，到處找你都找不到，原來(lái)你在這，快回去，領(lǐng)導(dǎo)叫我們出趟差”