TCP/IP中最高大上的链路层简介

引言

　　对于程序猿来讲，似乎越接近底层，就越显得高大上。这也算是程序猿们的共同认知吧，虽然不是所有人。今天LZ就和各位一起探讨一下TCP/IP中最高大上的一层，也就是最底层的链路层。

　　这一层LZ了解的还不够深刻，但是LZ还没有做硬件的打算，因此LZ觉得只要能够大致明白其原理即可，有的时候太执着了并不是好事，别忘了执着的同义词中有一个叫钻牛角尖。

 

链路层是什么

 

　　这个问题其实很好回答，在上一章LZ就提到过，直观的说，链路层就是我们平时接触的网卡和网卡的驱动程序（当然，也可以指其它的网络接口和驱动，比如3G网卡和驱动）。

　　接下来回答另外一个问题，链路层是做什么的？

　　这个我们可以类比一下，既然链路层可以看作是网卡和网卡驱动程序的总称，那么网卡和网卡驱动程序是做什么的，链路层就是做什么的。这样我们就比较好理解了，要搞清楚链路层是做什么的，只需要搞清楚网卡以及网卡驱动程序是做什么的即可。

　　网卡，很显然，它是数据传输过程中，一个主机（也就是我们所谓的PC机）数据的入口与出口，就像是一个城市的火车站一样，你来北京需要经过火车站，离开北京也需要经过火车站（从天上飞过来飞过去的土豪不算）。

　　这个入口和出口可不是随便让你制造的，你必须按照一定的协议去制作（比如以太网协议）。大家会发现，我们的网卡插口都是一样的（网线的插头也都是一样一样的），这可不是巧合。网卡网线这都是有形的网卡接口，同样的，对于无线网来讲，尽管它没有让我们看得见摸得着的接口，但道理是一样的，它在制作的时候也要遵循一定的协议（比如wifi）。

　　网卡驱动程序就比较好理解了，网卡按照一定的规则传输数据（比如频率多大？一次传多少？等等），相应的，这些规则也需要一个软件来封装和解析，这些工作正是网卡驱动程序完成的。这有点类似于计算机硬件和操作系统的关系，如果没有操作系统，你要那一堆破铜烂铁它能给你干活吗？比如你现在想计算1+1=2，你能直接拍CPU一巴掌，它就给你干了吗？肯定是需要你通过操作系统，把两个1先存到CPU的存储器当中（比如寄存器），然后调用CPU当中的运算器，才能最终把结果计算出来。

　　网卡也是一样的，如果没有网卡驱动程序去控制它，你拍它一巴掌它是不会给你传数据的，需要驱动程序把你要传的数据封装一下，然后交给网卡，网卡一看，我靠，这要传的地址不就是隔壁家的凤姐吗，于是网卡才开着电缆把你的求爱信件送给凤姐。

　　一般在驱动程序交给网卡的数据中，都带有源物理地址（也就是发送者的网卡物理地址，这玩意有时候会有用，但一般没啥用），目的物理地址（告诉网卡把数据送给谁）以及协议类型（用于对方接收到数据后用同样的协议解析），比如0f:00:11:0d:01:12这种形式的东西，是不是感觉很熟悉呢？它就是网卡的物理地址格式，是48位的二进制数字（也就是6个字节，中间用冒号分割），用ifconfig或者ipconfig命令就能看到你的网卡物理地址。

　　

TCP／IP与OSI

　　

　　记得上一篇博文中，还有猿友留言，说LZ把物理层给丢下了。看来有不少猿友，还是停留在OSI的七层模型中。OSI和TCP／IP究竟是什么关系，接下来就由LZ来为大家简单解释一二。

　　OSI共有七层，分别是物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层和应用层。而在第一章当中，LZ介绍过TCP／IP协议族共有四层，分别是链路层，网络层，传输层和应用层。

　　简而言之，它们最大的区别是，OSI只是参考模型，而TCP／IP是目前实际使用的一个协议族，它已经被大部分操作系统所实现。它们的对应关系如下。

　　可以看到，TCP／IP协议族简化了OSI模型，其实这种现象在实际的开发过程中也很常见，LZ举个简单的例子大家就清楚了。

　　相信web项目的开发大部分猿友都不陌生，一般情况下，咱们的分层是Action，Service，Dao这种三层方式，但是在实际开发中，往往不一定按照这个分层去开发。比如有些比较小的项目，会删除Service这一层，由Action直接引用Dao。

　　这其实就和OSI与TCP／IP的关系一样，参考模型始终是参考用的，实际当中不一定就得按照这个去实现。

　　

链路层存在的意义

 

　　人生在世，要活的有意义才算没白活一场。小的时候，LZ活着的意义是希望有一台小霸王游戏机，后来LZ活着的意义是希望有一台可以玩传奇的PC机，再后来LZ活着的意义是希望有一个37度的女娃娃。

　　咳咳...跑题了。言归正传，TCP／IP中的每一层都应该有它存在的意义。说到这，不禁会让人产生一个疑问，就是链路层存在的意义是什么？

　　很简单，LZ还是用一个例子来说明。Java中有Jdbc，是一个标准的Java数据库操作API。LZ想请问各位猿友，这套API的意义是什么？

　　它的意义就在于，让数据库差异导致的一些细节变化对开发人员透明。透明这个词实在是太贴切了，透明的意义就在于“你不知道也不需要知道”。套用这句话，就是Jdbc让开发人员不知道也不需要知道数据库当中的一些操作细节，只需要按照API的操作说明去调用就可以了。这样带来的好处就是，降低了开发人员的学习成本，也增加了程序的扩展性和健壮性。因为你不再需要分别去了解mysql的数据库连接细节，或者oracle的数据库连接细节，你只需要知道DriverManager.getConnection()可以给你一个数据库连接就行了。

　　我们再回到刚才的话题，链路层存在的意义与Jdbc特别相似，它让物理传输的细节对上层是透明的。套用刚才那句话，也就是说，上层（比如网络层，传输层等等）不知道也不需要知道数据在物理上是如何传输的。比如数据究竟是用双绞线传输的还是用同轴电缆，到底是有线的网络接口还是无线的网络接口传输，这些细节统统不需要链路层的上层去操心。

　　这样做的好处就在于，链路层给上层提供了一层封装，就像Jdbc给开发人员提供的一层封装一样。只要是基于Jdbc开发的程序，数据库厂商只要都提供Jdbc的实现，开发人员就可以轻易的把数据库切换。同样的，只要是基于链路层的协议，网络层包括更高层也可以轻易的切换链路层实现。比如一会使用有线，一会使用无线，这对于处于网络层的IP实现，或者是传输层的TCP实现来讲，是不需要有任何变化的。当然了，对于处于应用层的Http实现更不需要有任何变化，这就像你开发的web程序，难道把有线网变成无线网就需要改代码吗，当然是不需要的！

　　所以，现在很清楚了，链路层存在的意义，用简单的一句话概括，就是它让上层可以不需要考虑数据物理传输的细节，更加专注于自己该做的事。这种思想多么像MVC分层设计的初衷，MVC的初衷不就是为了让每一层可以专注于做自己的事吗，比如控制层就只专注于业务逻辑，视图层就只专注于界面展示，模型层就只专注于应用程序与数据库的交互。

　　

文章花絮

 

　　很多时候，我们总是纠结着自己的纠结，但在现实当中，往往很多事情是没有标准答案的。以前，学习数学的LZ习惯性的认为，任何事不是对就是错，没有模棱两可的区域。

　　在社会中磨砺的时间久了，就会意识到，很多时候，没有对错，只有结果。从这个角度来看，只要你朝着好的结果去努力，那么你就是对的，哪怕在某种意义上你是错的。因为只要结果是好的，你最终会被认为是对的。

　　成功者不要在意过程，失败者不要在意结果。LZ只想说，你懂的。