网络通信机制：深入解析物理传输与数据链路

今天来聊一聊关于计算机中的网络通讯息息相关的内容。

在计算机中，数据中的传输离不开分层协议。为什么分层？分几层？每一层都在做什么？今天我们来一起看看；

村里有个姑娘叫老薛，长得好看又漂亮，一米八几的大高个而且还幽默；

老薛花费巨资，买了两个电脑，但是有个问题，希望这两个电脑能够通讯，但是怎么办呢?

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老薛找了根线，直接怼上。好了，恭喜，通了；通过物理接线的方式，直接进行数据交互；

在这种情况下，就出现了一个问题，如果我有多个设备，那么为了保证多个设备上都能够传输数据，就导致我的连线特别复杂：

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这里对于硬件设备4和5都还没有画，如果也画上直接废废了。所以老薛开动小脑袋瓜，想到了一个比较好的方式；

能不能使用转发的思想来解决呢?

假设我有一个设备，能够帮助我通过将比如将1号的的信息发送到5号，这样似乎也不赖；

这里使用的就是HUB集线器。

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这里集线器采用的方式就是广播；

通过广播的方式将数据发送出去，但是他存在一些问题：

• 数据转发的时候，不是Hub集线器去判定数据从哪个源出来，到哪里去，而是把所有的信息都转发的所有设备上；导致数据传输速度差；网络链路的利用率差；
• 数据广播的时候，带宽利用率很差；甚至可能出现错误数据，主要是如果同一时刻存在多个设备发送数据，比如1号设备发送数据给4号，3号设备发送数据到2号，此时可能导致4号设备接收到的数据是1号和3号数据杂糅在一起的；可以使用CSMA/CD 来避免这种情况；
• 比较适合网络设备很少的情况；另外一般情况下使用的都是双绞线；

在这样的情况下，我想到了一个绝妙的注意：

能不能做一张表，这张表中能够记录一个设备编号，然后再加一个物理端口，然后用一个设备去记录：

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这样数据设备1在给设备2发送信息的时候，就会通过交换机，然后再交换机内部通过查表的方式来确定另外一台设备在哪里；

因为在交换机中，能够保证的是全双工通信；并且还能够进行桥接；

为什么能够做到这一点呢?

使用到连接线就是我们现在看到的网线，一共8根线，最少有4根可以接受消息，另外4根就可以发送消息；

这样就保证了同一时刻不需要担心数据在链路中出现糅杂的情况；

另外一个原因就是因为使用了交换机，而交换机内部是能够查表的方式来指定广播的目标地址，而不是将信息都广播到所有设备上；

那么另外一个问题就是交换机中的表是如何创建出来的呢?

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• 当买了一台交换机之后，连接多台设备，此时交换机中是没有映射表的；
• 当你通过设备A给设备B发送信息的时候，此时交换机中会查表，但是表是空的，所以会记录A设备的信息
• 记录A中的[mac地址，物理端口],然后广播到其他两台机器上；
• 然后当B给其他设备发送信息的时候，也会记录B的[mac地址，物理端口];
• 依次往复，所有的设备中的mac地址和物理端口被记录下之后成为一张表；

mac地址是你的设备出厂之后就带的，当然也是可以修改的，它是数据通信的基石；数据通过mac地址进行传输；

Tips：mac地址是一个6个分段，每个分段是8个字节，一共48个字节长度；另外这里的表不是路由表；

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如何完成桥接呢? 其实就是我们可以通过网线连接多个交换机；

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• 这里对于交换机sw1、sw2而言；也是在刚开始的时候就会进行全局广播；
• 然后如果1号设备发信息到6号设备，此时在sw1中记录的就是 **[1号设备mac地址，1号端口]**；
• 然后等到找到第二台交换机，到下一次6号设备1号设备的时候，在sw2中记录[1号设备mac地址，5号端口]；
• 依此类推，两个交换几种记录的表如下：

这也就是我们所说的数据链路层

针对于这个，现在有两个问题：

问题1：如果mac地址负责数据传输，IP还有意义吗？

问题2：按照交换机的存储映射表，会存在那些问题呢?