网络通信机制:深入解析物理传输与数据链路

发表时间: 2023-09-07 09:04

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sw1sw2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?