两机通信一定要经过物理层吗?

OSI七层模型中,两机通信一定要经过物理层,可不可同层通信,数据总是从物理层传输到应用层的吗?

是的,两机通信一定要经过物理层。因为信号需要物理介质才能传输,而信号一旦进入介质,就进入了物理层的管辖范围。人们经常将iPad上的电影投屏到电视上,无线信号需要走无线网卡、空气介质,依然需要经过物理层才能通信。

把计算机之间的通信分成7层,其实是让大家的生活变得更简单,特别是搞计算机通信的、计算机网络的同学来说。虽然我们大多数人并不知道通信芯片(一层)内部是如何工作的,但是并不影响设备商拿芯片来做无线产品(二层)。无线工程师拿这些无线产品搭建一个无线网络(二三层)。电脑连上无线网络就可以上网了。因为电脑里有TCP/IP协议(三四层)、还有其它应用程序如微信、浏览器(五六七层)。逻辑清晰、条理简单。各位读者在享受高速稳定无线网的时候,有没有想过这些细节?

如果不采用这些分层原理,老板对你说,弄一个无线通信系统玩玩。。。实现这个梦想可能很遥远,你可能要从研发出一款芯片做起。。。其实老板只是让你搭建一个无线网络而已,买几个AP、AC、交换机就搞定了。

昨天有同学问一个问题,PPP为何需要PPPoE?

读者能猜出这个问题真正想问的是什么吗?按照OSI参考模型的原理,一层是最底层,一层给二层服务,二层给三层服务,三层给四层服务,以此类推,六层给七层服务。七层是应用层,是最高层,金字塔的塔尖。

如果把一层、二层放在一起,谁是甲方,谁又是乙方?

  • 二层是甲方,接受一层的服务。
  • 一层是乙方,为二层提供服务。

PPP是一个二层协议,链路层协议,按照OSI模型,给PPP(甲方)提供服务的,应该是一层,即硬件(PHY)接口层。

能够给ppp提供服务的硬件接口,目前很少很少。即使在商用的路由器上也很难找到。现在无论是家庭局域网、企业网、互联网,都是以太网接口。既然以太网接口是物理层,那可不可以给ppp提供服务呢?

不可以。当前的以太网接口只给ethernet这个二层协议服务。其它的二层协议,对不起,不接待!

一大帮子互联网专家聚在一起,搞了一周的时间,一个灵活的通信方案诞生了。这个方案的名字就叫PPPoE (PPP over Ethernet)。采用的策略就是欺上瞒下。

欺上瞒下

既然以太网接口(一层)只服务Ethernet(二层)这唯一的客户。那么Ethernet(二层)可以给很多更高层客户服务的吧?

是的,比如IP、ARP、IPv6等等,可不可以服务PPPoE这个新老板呢?

当然可以啦。

再来采访一下PPPoE同学,请问你可不可以给ppp提供服务?

PPPoE立马抢过话筒,我就是为服务ppp而存在的,当然可以啦。于是一个新型的服务与被服务的关系就这样诞生了。

硬件网卡 — > Ethernet — > PPPoE — > PPP

采访一下PPP同学,你服务的客户又是谁呢?

不忘初心,我服务的是IP报文。在ppp同学眼里的服务关系是:

硬件网卡 — > Ethernet — > PPPoE — > PPP — > IP — >IP Payload

且慢,一切看起来花好稻好。采访一下Ethernet同学,请问你知道目的MAC地址嘛?

Ethernet骄傲地说,我不管,PPPoE会告诉我的。

PPPoE同学,请问你知道目的MAC地址嘛?

PPPoE胸有成竹,虽然我也不知道目的MAC地址,但是我有办法知道。我可以通过4-way handshake去发现MAC地址,这个MAC地址也就是PPPoE Server的地址。

PPPoE同学,既然在你发现目的MAC地址之前,你并不知道目的MAC是多少,你又如何4-way握手呢?这是不是很矛盾!

并不矛盾啊,电脑启动的时候,并不知道DHCP Server的地址,自己也没有IP地址,不是照样通过4次握手与DHCP Server通信并获得IP地址的嘛!

原理是相似的,在以太网的广播域里,有一台或多台PPPoE Server耐心等待着,来自于PPPoE客户端的勾搭。。。

采访一下IP同学,你的IP地址准备好了嘛?

没有啊,但是PPP同学会帮我申请的。

PPP同学,你准备如何给IP层获得一个IP地址?

PPP同学说,这还不简单。一旦PPPoE完事了,我就可以在PPP层面完成与PPP Server层面的协商、认证、IP地址的获取等等。一旦获得IP地址,主机就可以成功上网了。

总结

  • 电脑上虚拟一个PPPoE接口,虽然是软件接口,和硬件接口没有本质差别,一样可以给PPP提供服务。
  • 每一层都有自己的消息层面,在消息层面里与对等的peer做消息交互。

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