CPU：網絡卡老哥，你到底怎麼工作的？
阿Q造訪
我是一個網絡卡，居住在一個機箱內的主機板上，負責整臺計算機的網路通訊，要是沒有我，這裡就成了一個資訊孤島了，那也太無聊了～
上個週末，伺服器斷電維護了，這是我難得的休息時間，我準備打個盹兒眯一會兒。
這才剛合上眼，CPU一號車間的阿Q跑過來串門了。
“怎麼是你小子，聽說你背後說了我很多壞話啊！今天怎麼想起找我來了”
“網絡卡老哥，你這都聽誰造的謠，我想來拜訪你很久了，這不平時工作太忙抽不開身，今天停電了一有空就找你來了嘛！”，阿Q笑著說到。
“你可是大忙人，無事不登三寶殿，說吧，找我什麼事兒”
阿Q露出了尷尬而不失禮貌的微笑，“那我就開門見山了，這不年底了嗎，咱們廠裡最近評優呢，想學點網路知識，特來向你討教討教”
“就這啊，好說好說，來裡邊坐”，我招待阿Q進門坐下。
剛剛落座，阿Q就忍不住提問：“老哥，你們網絡卡是怎麼工作的？聽說你可以抓到別的主機通訊的資料包？可以給我露一手嗎？”
“唉，現在不行了”，我嘆了一口氣。
“咋了這是？”
我抬頭凝望，開始給阿Q講起了我的故事。
集線器時代
很久很久以前，那時候網路中的各個計算機都是通過一個叫集線器Hub的傢伙來相連的，通過集線器，我們大家在物理上構成了一個星型的網路，還給取了個名字：乙太網。那時候我們的傳輸速度能做到10Mbps，在那個年代，已經非常了不起了！。
集線器這傢伙，不知道該說他笨，還是該說他懶，他從來不會管資料是誰發給誰，只是一個沒有感情的轉發機器，工作在物理層，把收到的訊號做一個增強處理後就一股腦的發給所有埠。
這樣一來，我們在邏輯上就變成了一個匯流排型網路了。匯流排屬於公共資源，由所有連線在上面的主機共享，有人在傳輸資料的時候其他人就得等著，不然資料就會發生衝突，全亂套了。
為了讓大家都能和平共處，不必為了爭搶線路發生不愉快，我們制定了一套規則：CSMA/CD。
每次要傳送資料之前，我都得要監聽一下線路上是否空閒，如果有別人在傳輸資料，那我就得等待。至於等待多久，我也不知道，因為這是一個隨機值。
等到空閒的時候，我就可以傳送資料了。不過一邊傳送，我還得一邊檢測是否有衝突發生，因為說不定有別人跟我一樣以為現在空閒都在傳送資料呢！
所以這就是CSMA/CD——載波偵聽多路訪問/衝突檢測名字的來歷了。
但是如果資料的長度太短，我很快就傳送完了，結果先頭部隊還在路上，這之後再遇到衝突那我就發現不了了。為了應對這種情況，我們還得考慮即便是在極端情況下發生衝突，我們還是能夠檢測到。
我們這個網路能夠支援的最遠距離是2500米，極端情況下，到達最遠端的時候衝突才發生。衝突訊號得趕在我傳送完最後一個bit之前傳回來，這一來一回就是5000米。
線路上的訊號跑個來回需要57.6微秒，我們的傳輸速度是10Mbps，一個來回的時間我就能傳送576bit，也就是72個位元組，除開8個位元組的幀前導符和幀開始符，剩下的乙太網幀長度不能低於64個位元組，這樣就算在最遠兩端發生的碰撞衝突都能及時傳遞回去被檢測到。
有了這套協議，大家再也不用爭搶，可以專心工作了。
“我說為什麼非得要至少64位元組你才傳送，原來還有這段歷史呢！那你們具體是怎麼收發資料的呢？”，說到這兒，阿Q打斷了我。
“那你聽我繼續給你說”
資料收發過程
我每天的工作就是接收、傳送資料包，作業系統把資料交給我以後，我就按照乙太網的資料格式，把資料封裝成一個個的乙太網幀發出去
幀的頭部有收件人和發件人的地址，我們叫它MAC地址，這是我們每個網絡卡的身份證號碼，從我們出生那一刻起就確定了。
發件人是我的MAC地址，但收件人地址我不知道啊！作業系統協議棧部門交給我的資料包只有IP地址，我們又不認識這個，我們收發資料幀只用MAC地址。
為了解決這個問題，我們又制定了一套協議：ARP，地址解析協議，來實現這兩個地址的轉換。在不知道IP對應的MAC地址時候，就傳送一個廣播，這個廣播的發件人地址填我的，然後收件人地址是FF:FF:FF:FF:FF:FF，這是一個特殊的MAC地址，我們約定好了每個人收到廣播都要接收而不能丟棄。
這個廣播裡面填了IP地址，誰收到以後發現跟自己的匹配上就來應答我，這樣我就能知道對方的MAC地址了，接下來就能通訊了。
當然，為了避免每一次都去詢問一遍浪費時間，我會把查詢過的記錄快取起來，下次就能直接用啦。
不過這樣做也有安全風險，要是有人冒充真正的收件人給我回信，我也沒辦法分辨，這就叫ARP欺騙。
“唉，等等，你還是給我講講你是怎麼可以抓到別人的通訊資料吧，我對這個更有興趣。”，阿Q又一次打斷了我。
因為集線器這傢伙閉著眼睛到處轉發，所以不管是誰發的資料，所有人都可以看到。
就因為這樣，匯流排中每天有大量資料在流動，但我通常也不會全部都抓下來交給你們處理，不然你們CPU的人估計要罵死我了。所以我每次拿到一個數據幀，就會檢查它的收件人是不是我，如果不是那就直接丟棄了，當然，前面我說的廣播訊息例外。
我能抓到別人通訊資料的祕密就在於：我提供了一種工作模式叫做混雜模式，這種模式下，我就會把匯流排中我看到的所有資料幀全部都抓下來交給你們CPU去處理，一般都是一些抓包軟體才會要求我這麼做，但也有一些流氓軟體和病毒木馬經常讓我抓別人的資料包，這樣他們就能嗅探網路中的其他主機的通訊了。
我並不喜歡這樣，因為每次一開啟混雜模式，我和你們CPU就忙的要死，主機板上的風扇都會瘋狂的轉起來。
“原來是這樣，那你開啟混雜模式給我露一手看看唄，可以看到別人的通訊資料，這也太刺激了！”，阿Q又又又一次打斷了我。
“你彆著急，聽我繼續說嘛，別老是打斷我，而且現在停電了，我想露一手也露不了啊？”
“好好好，你繼續，繼續，我不插嘴了。”
交換機時代
不知道從什麼時候開始，就算我開啟混雜模式，也抓不到別人的資料包了，因為我發現網路中的資料包只有跟我相關的了。
後來一打聽才知道，不只是我一個網絡卡這樣，別的也一樣。
原來集線器那傢伙退休了，新來了一個叫交換機的大佬取代了他的位置。
這位大佬名不虛傳，他不只是簡單的把大家連線在一塊兒，它還會學習，用一張表把大家的MAC地址和連線的埠號記錄下來。每次收到資料後，它只轉發給對應的埠，而不會像集線器那樣到處轉發，我再也看不到別人的通訊資料了！
“啊？交換機那傢伙可真多事！”，阿Q露出了失望的表情。
這也是件好事啊，交換機大佬不用到處轉發資料佔用線路，相當於把衝突域進行了隔離，我連線的線路上只有我自己的資料，沒有別人的資料，就不會和別的主機傳輸資料發生衝突了。不僅如此，我們連線的網線也進行了升級換代了，現在我們可以全雙工通訊，一邊收一邊發，也不用和交換機發給我的下行資料發生衝突！
隔離衝突域+全雙工通訊，現在再也不用CSMA/CD，因為不會有衝突發生，可以隨心傳送資料了，真是爽太多了！我們的傳輸速度也是日新月異，從10Mbps到100Mbps，再到1000Mbps，越來越快，這在以前想都不敢想。
阿Q點了點頭說到：“厲害了，網絡卡老哥！真是塞翁失馬焉知非福”
說完，CPU六號車間的小六出現在了門口，只見他滿頭大汗的說到：“Q哥，到處找你都找不到，原來你在這，快回去，領導叫我們出趟差”
未完待續······
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