本文我們來(lái)關(guān)注一下硬件接口,。

聲明

在本文中，我沒(méi)有嚴(yán)格按照IEEE 802來(lái)描述,，比如我將以太網(wǎng)IEEE 802.3和IEEE 802.11混合在一起,，并將后者看成前者的擴(kuò)展(也有人說(shuō)802.11是802.3的殺手...)，事實(shí)上我這么理解是有道理的,，因?yàn)楫吘故?02.3獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷得時(shí)候,，才有了802.11的舞臺(tái)，而且二者現(xiàn)如今在一起非常融洽,，不信看看自家的無(wú)線路由器,。所以我把以太網(wǎng)(IEEE 802.3)和WIFI(IEEE 802.11)當(dāng)成了一家親。我之所以避開(kāi)IEEE 802是因?yàn)樗且惶拙钟蚓W(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),，內(nèi)容特別多,，并且太復(fù)雜，而且里面很多的技術(shù)都已經(jīng)被以太網(wǎng)淘汰了,。本文的目的在于展望未來(lái)的互聯(lián)設(shè)備間通信的硬件技術(shù),，并不局限于局域網(wǎng),，所以我用了另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，不再嚴(yán)格遵循IEEE 802,，相反,，我將USB，藍(lán)牙,，紅外,，以太網(wǎng)，WIFI放在一個(gè)鍋里翻炒,。

歷史,，現(xiàn)狀以及展望

還記得炫耀自己的手機(jī)有紅外功能的年代嗎？現(xiàn)在還在使用藍(lán)牙嗎,？說(shuō)到底,，使用這些技術(shù)無(wú)非就是為了數(shù)據(jù)傳輸，曾經(jīng)我使用USB+Tap網(wǎng)卡技術(shù)線連接兩臺(tái)PC機(jī)實(shí)現(xiàn)IP互通(自己不要試哦,，不懂USB硬件原理會(huì)燒板子的),，也曾經(jīng)聽(tīng)說(shuō)我剛工作時(shí)的師父在上世紀(jì)90年代用鼠標(biāo)線或者串口聯(lián)網(wǎng)，那時(shí)好象還沒(méi)有Tap虛擬網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng),，但是已經(jīng)有了虛擬網(wǎng)卡思想,，因此自己寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)即可，不管是師父為了玩游戲折騰的,，還是我為了消磨時(shí)間折騰的,，都是為了解決“缺一根線”的問(wèn)題，很多的聯(lián)網(wǎng)游戲或者別的什么聯(lián)網(wǎng)程序是不能修改的,，它們使用socket接口編寫,，使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議封裝數(shù)據(jù)包，但是老式的機(jī)器上可能沒(méi)有網(wǎng)卡,，那么很顯然，有什么用什么,，一般老式機(jī)器都有串口,，有PS/2口，那么找來(lái)手冊(cè),，編寫一個(gè)串口,，PS/2的IO庫(kù)，從虛擬網(wǎng)卡將包取出,，調(diào)用庫(kù)的IO接口即可,。缺一根線就補(bǔ)一根線，以太網(wǎng)卡快速成了PC機(jī)的標(biāo)配,，不出所料,，如今以太網(wǎng)和WIFI正在迅速替換所有的“為了數(shù)據(jù)通信而存在的”線纜,！
       數(shù)據(jù)的邏輯封裝和實(shí)際傳輸?shù)姆蛛x是根本，而邏輯封裝協(xié)議族已經(jīng)有了第一把交椅,，那就是TCP/IP協(xié)議族,，誰(shuí)跟它配合的好，誰(shuí)就能成為實(shí)際物理傳輸領(lǐng)域的王者,。有了TCP/IP,，以太網(wǎng)便可以成長(zhǎng)在一個(gè)靠老大罩著的環(huán)境，言外之意就是不需要自己實(shí)現(xiàn)高層,，只關(guān)注傳輸即可,，因此也就造就了它簡(jiǎn)單的特性，而這正是它最大的優(yōu)勢(shì),。
       我?guī)缀蹩梢钥隙?，以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)正在越來(lái)越明顯，而WIFI則完全且完美地適配到了以太網(wǎng)的下層,，作為以太網(wǎng)的一個(gè)延伸,，將其延展到了任何可以到達(dá)的地方，為什么以太網(wǎng)如此成功,？正是因?yàn)樗暮?jiǎn)單性,，它幾乎沒(méi)有自己的上層協(xié)議，而是直接接在了標(biāo)注TCP/IP下面的數(shù)據(jù)鏈路層,，它完成且僅僅完成了數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽?br>       藍(lán)牙除了底層的鏈路層以及PHY之外,，獨(dú)立實(shí)現(xiàn)了自己的和TCP/IP并列的高層協(xié)議棧，卻僅僅適用于局域范圍,，它和TCP/IP的功能在某部分是重合的,，但是卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有TCP/IP成功，最終這種功能重復(fù)性的實(shí)現(xiàn)會(huì)將藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)拖垮,。藍(lán)牙技術(shù)極其復(fù)雜,，是由愛(ài)立信牽頭，大量無(wú)線移動(dòng)領(lǐng)域的巨頭參與的完全從無(wú)到有的無(wú)線傳輸解決方案,，注意它是一個(gè)自成體系的獨(dú)立系統(tǒng),，因此按照OSI模型，它應(yīng)該覆蓋所有的層,，而實(shí)際上確實(shí)如此,，然而藍(lán)牙技術(shù)的分層是模糊的，層與層之間的關(guān)系非常模糊,，耦合性非常高,，幀結(jié)構(gòu)以及行為及其復(fù)雜，在分層模型早已勝利的今天，它的缺陷也非常明顯,。藍(lán)牙也不是不好,，只是因?yàn)樗皇亲詈茫{(lán)牙比較可取的一點(diǎn)就是配對(duì)機(jī)制以及自組織微型網(wǎng)絡(luò),，要比802.11 WIFI靈活,，不過(guò)WIFI也在持續(xù)改進(jìn)中。
       USB技術(shù),，在上世紀(jì)90年代外設(shè)爆發(fā)的年代出生,，以即插即用優(yōu)勢(shì)著稱(事實(shí)上，以太網(wǎng)不也是即插即用的嗎,？),，對(duì)于ISA和PCI而言，支持USB的設(shè)備是個(gè)殺手,，但是USB同時(shí)也繼承了很多ISA和PCI的特性,，比如部署拓?fù)湟约敖巧ㄎ唬琔SB是主從模式的,，為級(jí)聯(lián)星型拓?fù)?，本質(zhì)上說(shuō)，它的目的和作用和ISA/PCI是一樣的,，就是連接外設(shè),，USB的優(yōu)勢(shì)只是更方便的連接外設(shè)，它主要依靠四針接口的兩端兩根稍長(zhǎng)的5V供電針,，這樣就可以以下方式實(shí)現(xiàn)熱插拔：1.在插入前,，電源先接通，數(shù)據(jù)線再接通,，使軟件開(kāi)始工作的時(shí)候電平穩(wěn)定,；2.在拔下的時(shí)候，數(shù)據(jù)線先斷開(kāi),，軟件先停止工作,。
       USB的目的并不是解決設(shè)備互聯(lián)問(wèn)題，而是解決外設(shè)和主機(jī)的互聯(lián)問(wèn)題,，但是這明顯是前一個(gè)問(wèn)題的子問(wèn)題,。設(shè)備互聯(lián)問(wèn)題包含了外設(shè)與主機(jī)的互聯(lián)，并且不再區(qū)別主從關(guān)系,，豈不更好？USB在實(shí)現(xiàn)了它最初的初衷以后,，便開(kāi)始了其完美的優(yōu)化歷程,，不管是USB還是以太網(wǎng)，都沒(méi)有一開(kāi)始便跳入那美麗的優(yōu)化陷阱，都是先有一個(gè)最簡(jiǎn)單最基本的能用的版本,，在體系穩(wěn)定后才開(kāi)始提速,，USB經(jīng)過(guò)了12Mpbs，240Mpbs/480Mpbs,，5Gpbs/10Gpbs這些階段,，以太網(wǎng)和它很像，經(jīng)歷了10Mpbs,，100Mpbs,，10000Mpbs這些階段，在速率提升上二者的加速度幾乎是一致的,，在定位上,，以太網(wǎng)一直以來(lái)都是主要用于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，但是當(dāng)人們把外設(shè)和主機(jī)的連接也抽象成設(shè)備互聯(lián)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí),，就會(huì)發(fā)現(xiàn)以太網(wǎng)也可以做到這些,，最終以太網(wǎng)能否統(tǒng)一所有的互聯(lián)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸我們不得而知，但是我對(duì)此持樂(lè)觀態(tài)度(后文詳解)  ,。當(dāng)然從觀感上,，你不能說(shuō)以太網(wǎng)線不能放在女孩子的包包里面從而拒絕它，你也不能指望用一根雙絞線連接鼠標(biāo)和鍵盤,。實(shí)際上,，雙絞只是網(wǎng)線的一個(gè)形式，旨在抵消干擾,，在短距離內(nèi),，也可以做得更美觀，另外,，不是有WIFI么...
       在我們看待以太網(wǎng)技術(shù)的時(shí)候(WIFI只是它的延伸),，我們發(fā)現(xiàn)它的幀結(jié)構(gòu)及其簡(jiǎn)單，并且它越來(lái)越多的將精力集中在硬件上,，即PHY,，在10M以太網(wǎng)的年代，CSMA/CD還是一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),，我們可以說(shuō)它是一個(gè)協(xié)議,，相信計(jì)算機(jī)系的同學(xué)們都知道這個(gè)，但是還有誰(shuí)能完整表述它呢,？事實(shí)上,，隨著全雙工交換式以太網(wǎng)的出現(xiàn)，CSMA/CD已經(jīng)不再需要,，沖突域集中在了交換機(jī)內(nèi)部的背板矩陣,，隨著更快速芯片和更大容量的存儲(chǔ)器的出現(xiàn),，沖突域幾乎可以忽略不計(jì)了，即它消失了,。如今千兆,，萬(wàn)兆以太網(wǎng)迅速蠶食著一切，正是因?yàn)樗薪鉀Q傳輸問(wèn)題而絲毫不涉及高層的軟件協(xié)議棧,，門檻極低,，真的就是即插即用！當(dāng)我們需要實(shí)現(xiàn)一套藍(lán)牙系統(tǒng)的時(shí)候,，你需要做很多東西,，可是從來(lái)沒(méi)有人說(shuō)過(guò)要實(shí)現(xiàn)一套以太網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)于以太網(wǎng),，需要的只是一塊網(wǎng)卡,，然后自己做一根線，或者直接搞一個(gè)無(wú)線網(wǎng)卡和一個(gè)AP...對(duì)于以太網(wǎng),，所有高層邏輯直接由TCP/IP負(fù)責(zé),。
       以太網(wǎng)可以統(tǒng)一互聯(lián)設(shè)備間的設(shè)備傳輸？包括主機(jī)之間的互聯(lián)傳輸,，鍵盤鼠標(biāo)和主機(jī)之間通信,，數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)之間通信，諸如此類,？前文說(shuō)了我對(duì)此持樂(lè)觀態(tài)度?，F(xiàn)如今已經(jīng)越來(lái)越多的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)使用TCP/IP了，比如Intel NetEffect的iWARP/RDMA技術(shù),，我們看到,，RDMA，是的,，遠(yuǎn)程的內(nèi)存訪問(wèn),，另外，IPMI技術(shù),。以太網(wǎng)技術(shù)作為TCP/IP使用最廣的鏈路層,，甚至包含一部分PHY層，這是一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì),。注意,，此處我們不涉及一公里以遠(yuǎn)的地方，因?yàn)槟鞘沁\(yùn)營(yíng)商的天下,，它們有自己的技術(shù)并且不受我們控制,，比如ATM，全光環(huán)等,。以太網(wǎng)技術(shù)只專注傳輸,，這可讓它適應(yīng)任何需要傳輸?shù)沫h(huán)境,，除了TCP/IP之外，它可以和任意的高層協(xié)議接口,。是的，以太網(wǎng)是TCP/IP帶大的,，但是并不是唯一屬于TCP/IP,，以太網(wǎng)衍生出來(lái)的WIFI可以和鍵盤鼠標(biāo)協(xié)議接口，它的簡(jiǎn)單保證了它的低功耗,，低延遲,，而我們知道，鍵盤鼠標(biāo)并不使用TCP/IP(當(dāng)然它們完全可以用),，那么怎么辦呢,？很簡(jiǎn)單，鍵盤鼠標(biāo)的通用高層協(xié)議只要能解析WIFI幀里面的載荷內(nèi)容即可,，正如TCP/IP的IP層可以解析以太幀的載荷內(nèi)容為一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)一樣,。如果使用藍(lán)牙鍵盤，就不得不設(shè)置一個(gè)完整藍(lán)牙棧在設(shè)備里面,，由于藍(lán)牙棧包含的內(nèi)容太多,，就顯得笨重，層之間的模糊且復(fù)雜的關(guān)系導(dǎo)致你甚至很難裁減掉不需要的內(nèi)容或者獨(dú)立優(yōu)化單獨(dú)的模塊,，而WIFI只管傳輸,，這樣就可以有一個(gè)輕量級(jí)的通用驅(qū)動(dòng)在上面負(fù)責(zé)上層邏輯，它可以因設(shè)備的能力而有所不同,。
       現(xiàn)在,，我們知道了藍(lán)牙技術(shù)太復(fù)雜，有一個(gè)全套的協(xié)議棧,，USB技術(shù)定位太明確,，而以太網(wǎng)/WIFI技術(shù)簡(jiǎn)單-只負(fù)責(zé)傳輸，通用-不分主從,，使得它占有優(yōu)勢(shì),，到此為止，我還沒(méi)有說(shuō)紅外技術(shù),，事實(shí)上,，它如今只存在于遙控器等不多的場(chǎng)合，還記得10年前買一個(gè)諾基亞手機(jī),，向別人炫耀你的紅外功能嗎(我就炫耀過(guò)),？現(xiàn)如今，你的iPhone上支持紅外嗎,？

       看我文章多了的人,，會(huì)認(rèn)為我是一個(gè)一元化本原論者,，但實(shí)際上正好相反，所以我才崇尚“做且僅做好一件事”,。我并不看好重復(fù)實(shí)現(xiàn)的東西,。在重復(fù)的實(shí)現(xiàn)上，我希望它們能大一統(tǒng),。然而現(xiàn)實(shí)是在向習(xí)慣和兼容性妥協(xié),，而主導(dǎo)習(xí)慣還有勢(shì)力和實(shí)力，這就是現(xiàn)實(shí),，所以USB,，藍(lán)牙，紅外,，...以太網(wǎng),，WIFI，這些都會(huì)長(zhǎng)期共存,。理想中的情況當(dāng)然是,，設(shè)備上出廠自帶一個(gè)WIFI接口就夠了！

USB無(wú)線網(wǎng)卡的尷尬

我們看到過(guò)USB無(wú)線網(wǎng)卡(非3G卡),，如果將WIFI模塊當(dāng)成一個(gè)設(shè)備的話,，USB就純粹成了一個(gè)連接器，那么是否可以說(shuō)USB和WIFI不在一個(gè)層次呢,？非也,！這就是數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域的分層封裝原則，在該原則下,，一個(gè)藍(lán)牙幀可以封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中,，同樣的一個(gè)以太幀也可以封裝在串口行規(guī)程中，同屬于TCP/IP/以太網(wǎng)領(lǐng)域的,，一個(gè)以太幀也可以封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)里,，主要看你怎么看待被封裝的數(shù)據(jù)了。USB無(wú)線網(wǎng)卡的情況就是這種情況,。
       不在同一層次的USB和WIFI之間不存在競(jìng)爭(zhēng),，相反它們是協(xié)作關(guān)系，這體現(xiàn)了分層的好處,，底層作為一個(gè)接口只關(guān)注上層載荷的格式而不關(guān)注其內(nèi)容,，對(duì)于USB無(wú)線網(wǎng)卡來(lái)講，同一個(gè)USB接口可以焊接一個(gè)TP-LINK的網(wǎng)卡,，也可以焊接一個(gè)其它廠商的網(wǎng)卡,。

后記：USB連接兩臺(tái)PC的問(wèn)題

USB是主從模式的，一般意義上,，PC被定義為主設(shè)備,，提供5V電壓,，如果兩邊都是PC，由于供電線需要構(gòu)成一個(gè)本地回路才能工作,，這就可能燒毀主板,，關(guān)鍵就是供電回路問(wèn)題。我是怎么做到USB線聯(lián)網(wǎng)呢,？我是在淘寶上買了一根特殊的USB線,，具體怎么實(shí)現(xiàn)的沒(méi)有深究，無(wú)外乎接地反轉(zhuǎn)之類的,。
       USB主從模式的初衷是為了將外設(shè)這類從設(shè)備連接到主機(jī)這種龐然大物主設(shè)備上，然而正如你看到的那樣,，目前的情況是,，龐然大物已經(jīng)越來(lái)越少，桌面PC被使用的越來(lái)越少,，更多的是同樣大小的小型設(shè)備,，手機(jī)，平板,，....好多年前,，以太網(wǎng)的雙絞線也有本地回路問(wèn)題(燒不毀板子，只是脈沖無(wú)法發(fā)送和接收,，雙絞線沒(méi)有單獨(dú)的供電線,，電壓隨著脈沖發(fā)生，因此為了構(gòu)成回路,，線的一端發(fā)送脈沖,，另一端必須接收脈沖)，因此那時(shí)規(guī)定,，連接同種設(shè)備需要交叉線,，即1-3，2-6線序?qū)φ{(diào)(詳見(jiàn)568A,，568B標(biāo)準(zhǔn)),，可是后來(lái)在PHY層實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)協(xié)商，不管交叉線還是直連線都可以用于任何支持自協(xié)商的網(wǎng)卡了,。USB的問(wèn)題在于,，你加入了主從的約束，就少了通用性,。實(shí)際上任何事情,，加入一點(diǎn)約束，就會(huì)喪失一點(diǎn)通用性,。