今天，我們來認識下物理層和mac層。
日常生活中，身為 90 後的我們，如果不是通訊相關專業出身的，應該從來沒有接觸過物理層和 mac 層的裝置。我們接觸最多的，可能就是路由器了。而路由器實際上是第三層-網路層的裝置了。
那咱們怎麼認識物理層呢？就不扯那些深奧的理論了，從宿舍聯機打魔獸說起吧。
要想宿舍裡的幾台電腦連線到乙個區域網內，第一反應就是買個路由器，大家都連上去就 ok 了。但是在 15 年前，路由器還沒有那麼普及的時候，你在校園裡找個通訊專業的學生問，知道怎麼組建宿舍區域網嗎？他應該會回答你，有三種方式：
網線連線上面三種方式中，網線連線和集線器是完全在物理層工作，咱們就先見識下這兩種方式。集線器連線
交換機
網線連線
是的，你沒看錯，是用一根網線連線在兩個電腦上。網線水晶頭的第 1、2 和第 3、6腳，分別起著發、收訊號的作用，要想通過一根網線將兩台電腦連線在乙個區域網上，需要額外做的操作就是將網線其中一端的 1 號和 3 號線、2 號和 6 號線互換一下位置，這樣就能在物理層實現一端傳送的訊號，另一端成功接收。
當然，除了通過網線連線外，我們還需要配置這兩台電腦的 ip 位址、子網掩碼和預設閘道器，將這三項配置成為乙個網路，否則是不通的。
這樣，乙個宿舍的兩台電腦就可以聯機打魔獸了。
問題來，如果又有乙個舍友買了電腦，怎麼把三颱電腦連一起呢？先別說交換機這高檔的東西，對於 15 年前的大學生來說，交換機太貴了，買不起。好在除了交換機外，還有個叫做 hub 的東西，也就是集線器。
集線器這種裝置有多個口，可以將宿舍裡的多台電腦連線起來。和交換機不同的是，集線器很「傻」，它沒有大腦，完全在物理層工作，將自己收到的每乙個位元組，都複製到其它埠上去。
這就像，小明想找小紅表白，他不知道小紅在哪個小區，於是他就找其它小夥伴，讓每個小夥伴負責乙個小區，去每一戶問是不是小紅家，找到小紅的小夥伴就將表白語告訴小紅。
上面通過 hub 實現區域網的方式，你可能已經發現了，hub 採取的是廣播的模式。如果每一台電腦發出的包，區域網內的其它電腦都能收到，那就麻煩了。這就需要解決幾個問題：
這個包是發給誰的？誰接收？
大家都在發生訊息，會不會產生混亂？有沒有先後的規則？
如果發生的時候出錯了，怎麼辦？
這幾個問題，都是資料鏈路層，也就是 mac 層要解決的問題。mac 的全稱是medium access control，即**介質訪問控制。這裡的控制，其實就是控制在往**上發資料時，誰先發、誰後發的問題，也就是防止發生混亂。這就解決了第二個問題。這個問題中的規則，學名叫多路訪問。和我們交通管制一樣，常見的有下面三種方式：
解析要解決第乙個問題：發給誰？誰接收？這裡用到乙個實體地址，叫做鏈路層位址。但是因為第二層主要解決**接入控制的問題，所以它常常被稱為 mac 位址。
解決第乙個問題就牽扯到第二層的網路包格式。對於乙太網，第二層的最開始，就是目標的 mac 位址和源的 mac 位址。
接下來是型別。大部分的型別是 ip 資料報，其中 ip 裡面包含 tcp、udp，以及 http 等，這些都是裡層封裝的事情。
有了這個目標 mac 位址，資料報在鏈路上廣播，mac 的網絡卡才能發現，這個包是給它的。mac 的網絡卡把包收進來，然後開啟 ip 包，發現 ip 位址也是自己的，再開啟 tcp 包，發現埠是 80，而 nginx 就是監聽 80 埠。
於是就將請求提交給 nginx，nginx 返回乙個網頁，最後再經過層層封裝，返回到 mac 層。因為來的時候有源 mac 位址，返回的時候，源 mac 位址就變成了目標 mac 位址，再返給請求的機器。
對於乙太網，第二層的最後面是 crc，也就是迴圈冗餘檢測。通過 xor 異或的演算法，來計算整個包是否在傳送的過程**現了錯誤，這主要解決了第三個問題。
這裡還有乙個沒有解決的問題，當源機器知道目標機器的時候，可以將模板位址放入包裡。如果不知道呢？乙個廣播的網路裡面接入了 n 臺位址，我怎麼知道每個 mac 位址是誰呢？這就是 arp 協議，也就是已知 ip 位址，求 mac 位址的協議
在乙個區域網裡，如果知道了 ip 位址，不知道 mac 位址怎麼辦？這個在網路協議-概述中有提過，本地通訊靠「吼」。
傳送乙個廣播包，廣而告之，誰說這個 ip 誰來回答。具體詢問和回答的報文就像下面這樣：
為了避免每次都用 arp 協議，機器本地會進行 arp 快取。當然，快取的 mac 位址會有乙個過期時間。
上面解決了廣播發出的包，區域網內所有機器都能收到的問題。那麼 hub 是採用怎麼樣的方式？
機器數目大幅增多後，產生衝突的概率就提高了。這很好理解，那麼多小夥伴去找小紅，發生交通事故的概率要大於，直接去她家表白發生交通事故的概率；
把大量不需要傳送的包傳送出去，浪費資源。
明顯可以看出，要解決上面兩個問題，只要我們知道哪個介面對應哪個 mac 位址就好了。如果目標 mac 位址不是這台電腦的，這個口就不用**了。
那麼，誰能知道目標 mac 位址是否就是連線某個口的電腦的 mac 位址呢？這就需要乙個能把 mac 頭拿下來，檢查一下目標 mac 位址，然後根據策略**的裝置，也就是我們之前提過的，二層裝置-交換機。
交換機怎麼知道每個口對應的電腦的 mac 位址呢？這需要交換機能學習。這個也是交換機和 hub 最明顯的區別。
一台 mac1 電腦將乙個包傳送給另一台 mac2 電腦，當這個包到達交換機的時候，一開始交換機也不知道 mac2 電腦再哪個口，所以沒辦法，它只能將包**給除了來的那個口之外的其他所有的口。但是，這個時候，交換機會幹一件很聰明的事情，就是交換機記住，mac1 是來自乙個明確的口，以後有包的目的位址是 mac1 的，就直接傳送到對應口就可以了。
當交換機作為乙個關卡一樣，過來一段時間後，就有了整個網路的乙個結構了。這個時候，基本上不用廣播，全部可以準確**。而交換機學習的結果，我們成為**表。當然，每台機器的 ip 位址會變，所在的口也會變，所以**表也是有乙個過期時間的。
上面扯了一大堆，實際上也就是幾句話的事：
參考：劉超-趣談網路協議系列課；
網路協議之從物理層到MAC層
第一層 物理層 使用路由器，是在第三層上。我們先從第一層物理層開始說。物理層能折騰啥？現在的同學可能想不到，我們當時去學校配電腦的地方買網線，賣網線的師傅都會問，你的網線是要電腦連電腦啊，還是電腦連網口啊？我們要的是電腦連電腦。這種方式就是一根網線，有兩個頭。一頭插在一台電腦的網絡卡上，另一頭插在另...
物理層（3） 物理層 傳輸介質 傳輸裝置
一 傳輸介質 傳輸介質是資料傳輸系統中在傳送裝置和接收裝置之間的物理通路，也稱為傳輸 可以分為導向傳輸介質和非導向傳輸介質兩類。在導向傳輸介質中，電磁波或光波被導向沿著固體 傳播，包括雙絞線 同軸電纜 光纖等，而非導向傳輸介質就是指自由空間，傳輸方式包括微波 無線電 紅外線等。傳輸 並不是物理層，傳...
物理層 網路基礎
物理層 一 物理層與物理層協議的基本概念 1.功能 保證位元流通過傳輸介質的正確傳輸，為資料鏈路層提供資料傳輸服務。2.傳輸介質 連線物理層的傳輸介質可以有不同型別，如 線 同軸電纜 光纖與無線通訊線路。3.設定物理層的目的 由於計算機網路使用的傳輸介質與通訊裝置種類繁多，各種通訊線路 通訊技術存在...