前一节讨论了一个理想化模型——两服务器通讯。 现在,我们把问题进一步拓展一下:多台机器如何实现两两通讯?
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多服务器通讯问题
注解
为了简化接下来的讨论,我们站在物理层的基础上,所有数据发送省略控制比特
1010
和0101
。
下面,以三台服务器为例:
多服务器通讯模型:共用信道图中,有 3
台服务器,名字分别是: ant
、 bee
以及 cicada
。 为了通讯,我们设想三者均连接至一根共用导线,每台服务器都可以改变导线电平,也可以检测导线电平。 进一步假设,在硬件层面,多机器冲突仲裁机制已经实现并且可用。 这样,是否解决了多服务器通讯问题?
寻址
假设, ant
向 bee
发送(粗体)一个数据 11110000
。 由于导线是共享的,所有机器都可以检测到电平信号。 换句话讲, bee
和 cicada
都会收到这个数据 11110000
,而 cicada
本不应该接收这个数据! 另一方面, bee
收到数据后,也不知道数据到底是谁发送给它的。
因此,我们需要引入一些比特,用来标识数据的来源以及目的地。 我们的例子只有3台服务器,两个比特就足以唯一确定一台机器:
机器 | 比特 |
---|---|
ant | 00 |
bee | 01 |
cicada | 10 |
那么,发送数据时,额外加上两个比特用于表示来源机器,另外两个比特表示目标机器,问题不就解决了吗?
bee
收到数据后,检查前两个比特(红色),值为 00
,便知道是 ant
发出来的; 检查紧接着的两个比特(绿色),值为 01
,与自己匹配上,便愉快地收下了。 相反, cicada
收到数据后,发现 01
和自己 10
匹配不上,便丢弃这个数据。
新引入比特所起的作用,在计算机网络中称为 寻址 。 这两个比特也就称为 地址 ,其中,红色为源地址,绿色为目的地址。 通过引入寻址,我们完美地解决了数据从哪来,到哪去的问题。
复用/分用
信道只有一个,但是通讯需求是无穷无尽的——传输研究数值、文件打印、即时通讯,不一而足。 如何解决这个矛盾呢?套路还是一样的——引入新的比特。
假设,总的通讯需求就上面这3个,那么,2个额外的比特便解决了问题。
类型 | 比特 |
---|---|
研究数据 | 00 |
文件打印 | 01 |
即时通讯 | 10 |
这时,假设 ant
向 bee
上报研究数据并打印一个文件:
这样,通过新引入的紫色比特,我们实现了在同个信道上进行不同的通讯! bee
接收到数据后,根据紫色比特,决定数据如何处理。
接下来,从理论的视角来审视这个场景:
复用信道信道只有一个,需要承载不同的通讯需求。 在发送端,通过加入紫色比特,将不同的数据通过一个共用信道发送出去,这个过程叫做 复用 ( Multiplexing
); 在接收端,从共用信道上接收数据,然后检查紫色比特决定数据如何处理,这个过程叫做 分用 ( Demultiplexing
)。 在接下来的章节,我们将看到 复用
- 分用
这个概念贯彻计算机网络的始终。
到目前为止,我们引入了 3
种不同的比特,分别是 源地址 、 目的地址 以及 数据类型 。 对于这些比特的位数以及含义的约定,便成为 网络协议 。
总结
本节,我们解决了多台共用信道服务器间的通信问题,这相当于网络分层结构中的 数据链路层 。 数据链路层的主要作用包括:
进度
新技能Get✔️下一步
下一节,我们开始学习一个真实的数据链路层协议—— 以太网协议 。 届时,我们将看到 以太网协议 与本节虚构的协议别无二致。
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