数据链路层

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 。

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？

多服务器通讯问题

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。

数据的困惑：我从哪来？要到哪去？

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：

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。

这时，假设 ant 向 bee 上报研究数据并打印一个文件：

信道复用：使用额外比特区分数据类型

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。

复用/分用

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：

• 寻址
• 复用/分用

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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