CPU：网卡老哥，你到底怎么工做的？

阿Q造访

我是一个网卡，居住在一个机箱内的主板上，负责整台计算机的网络通讯，要是没有我，这里就成了一个信息孤岛了，那也太无聊了～

上个周末，服务器断电维护了，这是我可贵的休息时间，我准备打个盹儿眯一下子。

这才刚合上眼，CPU一号车间的阿Q跑过来串门了。

“怎么是你小子，据说你背后说了我不少坏话啊！今天怎么想起找我来了”

“网卡老哥，你这都听谁造的谣，我想来拜访你好久了，这不平时工做太忙抽不开身，今天停电了一有空就找你来了嘛！”，阿Q笑着说到。

“你但是大忙人，无事不登三宝殿，说吧，找我什么事儿”

阿Q露出了尴尬而不失礼貌的微笑，“那我就开门见山了，这不年末了吗，我们厂里最近评优呢，想学点网络知识，特来向你讨教讨教”

“就这啊，好说好说，来里边坐”，我招待阿Q进门坐下。

刚刚落座，阿Q就忍不住提问：“老哥，大家网卡是怎么工做的？据说你能够抓到别的主机通讯的数据包？能够给我露一手吗？”

“唉，如今不行了”，我叹了一口气。

“咋了这是？”

我抬头凝望，开始给阿Q讲起了个人故事。

集线器时代

好久好久之前，那时候网络中的各个计算机都是经过一个叫集线器Hub的家伙来相连的，经过集线器，咱们你们在物理上构成了一个星型的网络，还给取了个名字：以太网。那时候咱们的传输速度能作到10Mbps，在那个年代，已经很是了不得了！。

集线器这家伙，不知道该说他笨，仍是该说他懒，他历来不会管数据是谁发给谁，只是一个没有感情的转发机器，工做在物理层，把收到的信号作一个加强处理后就一股脑的发给全部端口。

这样一来，咱们在逻辑上就变成了一个总线型网络了。总线属于公共资源，由全部链接在上面的主机共享，有人在传输数据的时候其余人就得等着，否则数据就会发生冲突，全乱套了。

为了让你们都能和平共处，没必要为了争抢线路发生不愉快，咱们制定了一套规则：CSMA/CD。

每次要发送数据以前，我都得要监听一下线路上是否空闲，若是有别人在传输数据，那我就得等待。至于等待多久，我也不知道，由于这是一个随机值。

等到空闲的时候，我就能够发送数据了。不过一边发送，我还得一边检测是否有冲突发生，由于说不定有别人跟我同样觉得如今空闲都在发送数据呢！

因此这就是CSMA/CD——载波侦听多路访问/冲突检测名字的来历了。

可是若是数据的长度过短，我很快就发送完了，结果先头部队还在路上，这以后再遇到冲突那我就发现不了了。为了应对这种状况，咱们还得考虑即使是在极端状况下发生冲突，咱们仍是可以检测到。

咱们这个网络可以支持的最远距离是2500米，极端状况下，到达最远端的时候冲突才发生。冲突信号得赶在我发送完最后一个bit以前传回来，这一来一回就是5000米。

线路上的信号跑个来回须要57.6微秒，咱们的传输速度是10Mbps，一个来回的时间我就能发送576bit，也就是72个字节，除开8个字节的帧前导符和帧开始符，剩下的以太网帧长度不能低于64个字节，这样就算在最远两端发生的碰撞冲突都能及时传递回去被检测到。

有了这套协议，你们不再用争抢，能够专心工做了。

“我说为何非得要至少64字节你才发送，原来还有这段历史呢！那大家具体是怎么收发数据的呢？”，说到这儿，阿Q打断了我。

“那你听我继续给你说”

数据收发过程

我天天的工做就是接收、发送数据包，操做系统把数据交给我之后，我就按照以太网的数据格式，把数据封装成一个个的以太网帧发出去

帧的头部有收件人和发件人的地址，咱们叫它MAC地址，这是咱们每一个网卡的身份证号码，从咱们出生那一刻起就肯定了。

发件人是个人MAC地址，但收件人地址我不知道啊！操做系统协议栈部门交给个人数据包只有IP地址，咱们又不认识这个，咱们收发数据帧只用MAC地址。

为了解决这个问题，咱们又制定了一套协议：ARP，地址解析协议，来实现这两个地址的转换。在不知道IP对应的MAC地址时候，就发送一个广播，这个广播的发件人地址填个人，而后收件人地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，这是一个特殊的MAC地址，咱们约定好了每一个人收到广播都要接收而不能丢弃。

这个广播里面填了IP地址，谁收到之后发现跟本身的匹配上就来应答我，这样我就能知道对方的MAC地址了，接下来就能通讯了。

固然，为了不每一次都去询问一遍浪费时间，我会把查询过的记录缓存起来，下次就能直接用啦。

不过这样作也有安全风险，要是有人冒充真正的收件人给我回信，我也没办法分辨，这就叫ARP欺骗。

“唉，等等，你仍是给我讲讲你是怎么能够抓到别人的通讯数据吧，我对这个更有兴趣。”，阿Q又一次打断了我。

由于集线器这家伙闭着眼睛处处转发，因此无论是谁发的数据，全部人均可以看到。

就由于这样，总线中天天有大量数据在流动，但我一般也不会所有都抓下来交给大家处理，否则大家CPU的人估计要骂死我了。因此我每次拿到一个数据帧，就会检查它的收件人是否是我，若是不是那就直接丢弃了，固然，前面我说的广播消息例外。

我能抓到别人通讯数据的秘密就在于：我提供了一种工做模式叫作混杂模式，这种模式下，我就会把总线中我看到的全部数据帧所有都抓下来交给大家CPU去处理，通常都是一些抓包软件才会要求我这么作，但也有一些流氓软件和病毒木马常常让我抓别人的数据包，这样他们就能嗅探网络中的其余主机的通讯了。

我并不喜欢这样，由于每次一开启混杂模式，我和大家CPU就忙的要死，主板上的风扇都会疯狂的转起来。

“原来是这样，那你开启混杂模式给我露一手看看呗，能够看到别人的通讯数据，这也太刺激了！”，阿Q又又又一次打断了我。

“你别着急，听我继续说嘛，别总是打断我，并且如今停电了，我想露一手也露不了啊？”

“好好好，你继续，继续，我不插嘴了。”

交换机时代

不知道从何时开始，就算我开启混杂模式，也抓不到别人的数据包了，由于我发现网络中的数据包只有跟我相关的了。

后来一打听才知道，不仅是我一个网卡这样，别的也同样。

原来集线器那家伙退休了，新来了一个叫交换机的大佬取代了他的位置。

这位大佬名不虚传，他不仅是简单的把你们链接在一起，它还会学习，用一张表把你们的MAC地址和链接的端口号记录下来。每次收到数据后，它只转发给对应的端口，而不会像集线器那样处处转发，我再也看不到别人的通讯数据了！

“啊？交换机那家伙可真多事！”，阿Q露出了失望的表情。

这也是件好事啊，交换机大佬不用处处转发数据占用线路，至关于把冲突域进行了隔离，我链接的线路上只有我本身的数据，没有别人的数据，就不会和别的主机传输数据发生冲突了。不只如此，咱们链接的网线也进行了升级换代了，如今咱们能够全双工通讯，一边收一边发，也不用和交换机发给个人下行数据发生冲突！

隔离冲突域+全双工通讯，如今不再用CSMA/CD，由于不会有冲突发生，能够随心发送数据了，真是爽太多了！咱们的传输速度也是突飞猛进，从10Mbps到100Mbps，再到1000Mbps，愈来愈快，这在之前想都不敢想。

阿Q点了点头说到：“厉害了，网卡老哥！真是因祸得福焉知非福”

 

说完，CPU六号车间的小六出如今了门口，只见他满头大汗的说到：“Q哥，处处找你都找不到，原来你在这，快回去，领导叫咱们出趟差”

未完待续······

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