微信号:coderising

介绍:工作15年的IBM软件架构师分享编程和职场的经验和教训, 不容错过.

我是一个网卡

2016-06-16 22:19 刘欣
我出生在深圳的一家工厂,然后飘洋过海来到美国,被安装到一个电脑里, 然后这个电脑又漂洋过海, 被运到了中国。

我知道我的使命就是传递信件,但有一个前提:我需要知道对方的地址才行,其实我们网卡都有一个全球唯一的地址,这个地址一出生就确定了,就像你们人类的身份证一样,终生不变。 无论我走到哪里,我都拥有这个唯一的标志:11:27:F5: 8A:79:54 ,  挺长的是吧,你们人类把它叫做MAC地址,  简单起见, 你可以叫我 “TP-Link 7954”

刚开始的时候我非常孤独,因为这台电脑虽然经常开机,但却不联网,真不知道主人是怎么想的!

不上网就没人来找我发信,不发信我也就没什么价值,也没人搭理我,我整天听着CPU阿甘和金士顿内存在那里喋喋不休的聊天,真是烦死了。
(公众号“码农翻身”注:参见文章《 CPU阿甘》)

只是这两人都记不住对方,每次重启都像是第一次相识,实在是太搞笑了。
1
DHCP
在我入住机箱30天以后,音箱向大家报告说:“主人终于决定要上网了”   这绝对是个重磅新闻! 

我很兴奋,大家也很兴奋,早就听说外边的世界很精彩了。

一天晚上,只听到“咔嗒”一声, 一个RJ45的网线插头便和我亲密接触了。

网线的那头传来了陌生而熟悉的声音,我的潜意识告诉我,那是交换机在转发信件 。

CPU阿甘看到了这种情况,也不和金士顿内存聊天了,他对着我大叫一声: TP-Link 你在等啥,赶紧上网啊。

这是他第一次和我说话。

操作系统老大是见过世面的,他镇定的说: “心急吃不了热豆腐, 我们得先搞一个IP地址才行。 这需要用到DHCP(动态主机配置协议)”

阿甘说: “谁那里有IP地址啊?”

“这个网络里应该有DHCP 服务器,可以动态的分配地址, 我们可以发个信广播下 ” 老大接着说   “ 阿甘,你和金士顿赶紧写一封信:”

收件人  : 255.255.255.255  : 67
发件人  : 0.0.0.0   :68
内容: 我想租用一个Ip地址, 谁有啊?

(公众号“码农翻身”注: 这里我做了简化, 实际上这里首先是一个应用层的DHCP发现报文, 然后被一个UDP的报文封装, 然后再被一个IP的数据报封装。形象化一点如下图所示)
阿甘傻乎乎的, 也不问为什么收件人和发件人这么奇怪, 只是飞快的按老大的指示写信, 信马上写好了,交到我的手里。 

“给你, TP-Link 7954, 赶紧发出去吧”。  

我对外发信是有原则的: 我工作在数据链路层, 必须得知道对方的MAC地址才能发信,   如果不知道, 我就对外广播, 那就是所有的电脑都会收到。

这封信显然就是要广播的,因为到目前为止, 我们还是网络大海中的一个孤岛, 和外界没有任何联系, 我还不知道任何其他电脑的MAC地址。 

按照规定,我又把阿甘写的信封装了一下, 装到另外一个信封里, 只有这样,我最重要的伙伴交换机才能看懂。
目的地: FF:FF:FF:FF:FF:FF (广播到同一子网内的所有电脑)
发件人: 11:27:F5:8A:79:54  (就是我自己了!)
我把它通过网线发给了交换机。  交换机看到FF:FF:FF:FF:FF:FF, 立刻转发给了所有连到交换机的设备。

如同老大所料, 这个局域网里确实有DHCP服务器, 还不止一个!因为没有多久,  交换机转来两封信, 我拆开其中一封, 里边写着:

“我是DHCP服务器192.168.1.1  , 我这里有个空闲的IP 192.168.1.2, 你租不租?”

另外一封信也差不多, 是另外一个DHCP服务器发来的,提供了另外一个IP地址。

CPU阿甘迫不及待了: “看来我们很受欢迎啊,这么多人愿意给我们IP,  老大, 快抢一个吧。 ”

操作系统老大说: 好, 我们要这个192.168.1.2吧, 再写一封信:
“你好,服务器192.168.1.1 , 我们就要这个IP  192.168.1.2了”

我又把这封信广播出去, 看来我们所处的网络非常快, 确认的回信眨眼间就到:
“这是一个确认信, IP 192.168.1.2 给你了。 网关路由器是192.168.1.1 , DNS服务器的地址是 202.102.224.69”

金士顿内存说: “不容易啊, 终于搞定一个IP 了, 我把它记下来。 ”

操作系统老大说: “把所有信息都记下来, 接下来很快就会用到”
我们的IP : 192.168.1.2
网关路由器:  192.168.1.1
DNS服务器: 202.102.224.69

阿甘说:“ 要是重启了, 我们是不是要这么重来一遍? ”

“阿甘, 你现在越来越聪明了, 确实是这样, 除非主人手动的给我们配置IP地址,网关, DNS , 但是那样很烦,容易出错,  所以一般情况下, 主人都是依赖我们自动的去用DHCP搞定一个IP 。  ”

经过这一番折腾, 我也初步了解了我们所在的网络结构:
2
DNS和ARP
搞定了IP地址, 大家都喜气洋洋。

我们赶紧把浏览器村的老IE叫来, 让它访问一下著名的google网站。

(公众号“码农翻身”注:参见文章《 老IE为什么把火狐和Chrome打伤了?》)

老IE说: “你们还不知道?  google在中国被屏蔽了, 访问不了,  要不访问百度吧。 ”

我说: “都行, 我们先访问一下试试。 ”

老IE说: ”百度的域名是www.baidu.com, 你们给我查查它对应的IP地址呗!”

阿甘说: “上个网这么麻烦, 这么多地址要查 ”

“是啊, 网络世界的规矩就是这样 ,想要互联, 我们得有IP地址, 也得知道对方的IP地址, 现在只知道域名www.baidu.com , 我们得给他翻译成IP才行, 阿甘你准备一个DNS查询吧  ” 老大说

CPU阿甘遵照指示,先向金士顿内存问了DNS服务器的地址, 然后写了这么一封信, 交给我
发件人: 192.168.1.2    (我们刚刚搞定的IP)
收件人: 202.102.224.69   (DNS服务器)
内容:  哥们, 给我查查www.baidu.com 的IP地址吧

“但是这封信发给谁呢, 我需要知道对方MAC地址啊, 总不成还是对外广播吧。“ 我心里想。

操作系统老大看出了我的疑虑, 解释说: “DNS服务器不在我们的局域网内,  我们要把这个信发给 网关路由器 , 他会想办法转给 DNS服务器的。 ”

我说: “可是我不知道网关路由器的MAC地址啊”

金士顿内存说: “别急, 我查查之前我们存下来没有, 我靠, 刚才那个DHCP服务器(192.168.1.1)也是网关服务器, 他怎么没把MAC地址顺便发过来啊!”

CPU阿甘急了: “TP-LINK7954, 你是怎么干活的, 怎么非得要MAC地址, 直接用IP地址不行吗?”

我回答说: “没办法, 这是规定, 你不知道网络是分层的吗?  我只工作在数据链路层, 就得用MAC地址。   另外网络多种多样, 可不仅仅是TCP/IP , 我要是只用IP地址, 那其他网络怎么工作?”

操作系统老大说: “我记得好像有个叫ARP东西, 可以通过广播查询一个IP地址对应的MAC地址, 你试试”

其实我也想起来了, 这个ARP叫地址解析协议,  我可以把下面的消息广播出去, 这个子网内的所有机器都会收到, 网关路由器也不例外, 他收到以后,一看是查询自己的MAC地址,  就会创建一个ARP的应答。

收件人: FF:FF:FF:FF:FF:FF (同一子网内的所有电脑)
发件人: 11:27:F5:8A:79:54  (就是我自己了!)
内容:呼叫网关路由器(192.168.1.1), 请问你的MAC地址是什么?

过了一会, ARP应答果然来了, 我们看到了网关路由器的MAC地址: 88-25-93-79-E0-C8

我告诉金士顿内存:  “赶紧记下来,下次咱就不用再查询了”
192.168.1.1    <--> 88-25-93-79-E0-C8

有了网关路由器的MAC地址, 剩下的事情就好办了, 我只需要把之前准备好的DNS查询发给网关路由器即可。

阿甘好奇问我:“ 你只把这个信发到网关路由器, 剩下的事就不管了? ”

我没声好气的回答它说: “那当然了, 我只能管局域网的事情, 出了局域网, 那就是路由器的事情了, 路由器能抽取这个DNS查询的数据报, 看到收件人是202.102.224.69  (DNS服务器), 自然可以转发出去, 我们完全不用担心。”

我们等了一会,  DNS服务器很快就返回了www.baidu.com的IP : 115.239.211.112

金士顿内存说: “我记下来了, 上网看来一点都不好玩啊, 这么费劲。 ”

老IE 说: “好玩的在后面呢, 现在所有的东西都齐活了, 开工 ”

老IE开始创建TCP连接, 然后通过TCP 发送HTT GET请求,  轻轻松松的把百度的主页给取了下来,展示了出来。

大家第一次看到外边的世界, 激动万分。

当然还是我最忙, 因为老IE的所有信件都需要我去发送和接收。
2
尾声
这几个月以来我都是电脑里的最忙碌的人, 一旦可以上网, 大家都上瘾了, 浏览网页,刷微博, 看视频, 玩游戏, 每天把我累的要死。

日子就这么一天天过去,  有一天, 大家发现主人把一个新家伙通过USB接口插到了电脑上, 然后顺手拔掉了网线 !

我失去了和交换机的联系 , 无法联网了, 难道我们电脑又要成为一个孤岛了吗?

老IE还正在访问一个博客网站呢, 一下子就断了。

不过奇怪的是, CPU阿甘, 金士顿内存, 操作系统老大 竟然都围着新来的家伙重新玩起了DHCP, DNS , ARP , 并且连上网了, 所有的信件都由这个新家伙来传递。

我偷偷的问老IE   :“ 这是怎么回事? ”

老IE说: “看来你已经失宠了, 新来的家伙叫无线网卡!”


(刘欣注: 这篇文章其实来源于《计算机网络:自顶向下的方法》第5章的一个例子,我相当于又重新解读了一下。)


声明:原创文章,未经授权,禁止转载

你看到的只是冰山一角, 更多精彩文章,尽在“码农翻身” 微信公共号:

我是一个线程

我是一个Java class

Javascript: 一个屌丝的逆袭

Java : 一个帝国的诞生

Basic : 一个老兵的自述

小王的架构师之路

程序员在工作中必备的能力

码农需要知道的潜规则

TCP/IP 之 大明王朝的邮差

CPU 阿甘

IE为什么把Chrome和火狐打伤了

Node.js :我只需要一个店小二

假如我是计算机系老师

假如时光倒流,我会这么学Java

学会编程,而不是学会Java

15年编程生涯,资深架构师总结的7条经验


公共号:码农翻身
“码农翻身”公众号由工作15年的前IBM架构师创建,分享编程和职场的经验教训。


 
码农翻身 更多文章 从无聊的工作中寻找价值 聊一聊那些神一样的程序员们(上) 聊一聊那些神一样的程序员们(中) 那些永不过时的书,你看过几本吗? 为什么你无法坚持自学编程?
猜您喜欢 牛逼哄哄的RPC 如何低调有内涵地利用站长工具做决策? 传奇黑客McAfee:人生就是个大写的“作死” 进入阿里工作后个人的成长变化 把机器变成人,5.20让我们准点下班去约会