協(xié)議數(shù)據(jù)單元

張晗

摘 要：協(xié)議數(shù)據(jù)單元，是指在分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，例如在OSI模型中，在傳輸系統(tǒng)的每一層都將建立協(xié)議數(shù)據(jù)單元。它在網(wǎng)絡(luò)體系機構(gòu)中占據(jù)了重要的位置。

關(guān)鍵詞：分層模型；單元的大??；體系結(jié)構(gòu)

1.體系結(jié)構(gòu)

要實現(xiàn)一個位置與另一個位置之間的通信，就必須交換有限量的信息，我們用協(xié)議數(shù)據(jù)單元來表示它。

協(xié)議數(shù)據(jù)單元的結(jié)構(gòu)由三個主要元素組成：頭，尾和用戶數(shù)據(jù)。這里有一個重要區(qū)別：信息可以被理解，而數(shù)據(jù)不能被理解。

有時可以將協(xié)議數(shù)據(jù)單元看做處理器指令，依據(jù)指令參數(shù)核處理器的狀態(tài)執(zhí)行協(xié)議數(shù)據(jù)單元?？梢詫崿F(xiàn)對處理器狀態(tài)的操作，但協(xié)議數(shù)據(jù)單元與指令不同，指令包括地址來引用數(shù)據(jù)，他們在這些數(shù)據(jù)上運行，而協(xié)議數(shù)據(jù)單元必須自己攜帶。

可以使用不同類型的協(xié)議數(shù)據(jù)單元在對等的協(xié)調(diào)PM之間傳輸指令參數(shù)（PCI）。這些協(xié)議數(shù)據(jù)單元可能包括用戶數(shù)據(jù)。對這些的尺寸沒有限制。然而，有一些工程學(xué)上的約束會給特定環(huán)境中的，協(xié)議數(shù)據(jù)單元強加尺寸限制。例如，對于在有錯誤傾向的環(huán)境中運行的協(xié)議而言，更小的尺寸可能會增加接受協(xié)議數(shù)據(jù)單元時出現(xiàn)錯誤的可能性，或者增加最小化轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)開銷的可能性。在實時傳感器網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)的緩沖空間有限，因此必須限制尺寸，用較小的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。

2.協(xié)議數(shù)據(jù)單元的大小

確定協(xié)議數(shù)據(jù)單元的最佳大小也是一種方案，通常情況下，協(xié)議依據(jù)單元處理的系統(tǒng)開銷與PCI的長度成比例，但與協(xié)議數(shù)據(jù)單元的長度無關(guān)，我們可以通過讓協(xié)議數(shù)據(jù)單元變得盡可能長，從而最大化處理效率。同樣，帶寬效率越大，用戶數(shù)據(jù)相對于PCI長度就越大。然而，其他因素會導(dǎo)致產(chǎn)生更小的協(xié)議數(shù)據(jù)單元，這些因素包括應(yīng)用程學(xué)中藥數(shù)據(jù)的數(shù)量可能很小，系統(tǒng)中的緩沖約束，公平，媒體的錯誤特性等。分解和串聯(lián)可以用來匹配協(xié)議數(shù)據(jù)單元的大小或提高分層之間或者基于不同子網(wǎng)之間的效率。

在每個協(xié)議中，協(xié)議數(shù)據(jù)單元都有一個最佳大小，這取決與協(xié)議在體系結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的位置，對于上層協(xié)議而言，他最容易受到應(yīng)用程序要求的影響。當(dāng)應(yīng)用程序在邏輯上有意義時就會創(chuàng)建邊界。這些尺寸會讓步于下層的要求，在中間層則由系統(tǒng)約束來控制。對于下層協(xié)議而言，大小更多的是由子網(wǎng)絡(luò)或媒體的特性確定。如前面所述，在容易出現(xiàn)錯誤的環(huán)境中協(xié)議數(shù)據(jù)單元的尺寸會更小，因為這樣可以降低產(chǎn)生錯誤的可能性。

在不容易出現(xiàn)錯誤的媒體中，人們更希望使用更大的協(xié)議數(shù)據(jù)單元。

3.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的模式

（1）分層模型

第一個計算機網(wǎng)絡(luò)主要不是通信專家構(gòu)建的，而是計算機專家特別是操作系統(tǒng)專家構(gòu)建的。操作系統(tǒng)是當(dāng)時最復(fù)雜的程序：如果計算機要使用網(wǎng)絡(luò)，就必須通過操作系統(tǒng)實現(xiàn)。

這種用抽象畫來包含各種不同系統(tǒng)的聯(lián)系也加深了人們對操作系統(tǒng)的進一步理解，抽象化下面的函數(shù)，將函數(shù)用戶與函數(shù)運行原理的具體細(xì)節(jié)以及硬件的具體細(xì)節(jié)分離開。更高的層提供更好的抽象化。使用層內(nèi)的功能可以修改層內(nèi)的函數(shù)，同時又不影響上面和下面的層。另外，對資源的嚴(yán)格約束讓分層模型確保不會重復(fù)函數(shù)。不必再更高層重復(fù)在某一層里完成的函數(shù)。分層模型不僅在操作系統(tǒng)中通用，而且許多其他應(yīng)用程序也適用。他似乎特別適用于分布式資源共享網(wǎng)絡(luò)，在這個網(wǎng)絡(luò)中，不僅計算機互相發(fā)送信息，而且在源和目標(biāo)主機之間轉(zhuǎn)換通信量的也是計算機，雖然是微型計算機，但也是多用途計算機。

（2）串珠模型

早期研究的計算機網(wǎng)絡(luò)不是第一個網(wǎng)絡(luò)，電話公司早在一個世紀(jì)前就已經(jīng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，而且都是大型的國際網(wǎng)絡(luò)。很明顯，他們已經(jīng)開發(fā)了滿足他們自己需要的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。隨著將數(shù)字通信用于控制，這種控制還一來電話網(wǎng)絡(luò)。接口一定在設(shè)備之間。

串珠模型反映了電話公司所處的特定環(huán)境。踏足要由CCITT和電話公司以及與他們密切相關(guān)的制造商決定。首先，直到最近為止，所有的電話交換都還是電路交換，因此只有一層-物理層。嚴(yán)格來說，這種網(wǎng)絡(luò)有物理上不同的兩個網(wǎng)絡(luò)組成，一個攜帶通信量，一個單獨用于控制交換，這兩個網(wǎng)絡(luò)被稱為數(shù)據(jù)面和控制面。有著兩個面生成的通信有時在公共的下層上多路復(fù)用，而不是在層里上不同的網(wǎng)絡(luò)上多路復(fù)用，這樣就很好的實現(xiàn)了語音和交換控制之間的分離。對于分層模式而言不會這樣，從而導(dǎo)致產(chǎn)生了面向連接的觀點。其次知道現(xiàn)在電話公司都還是壟斷者，因此當(dāng)需要標(biāo)準(zhǔn)是，他們就在提供商與其他人之間，定義兩個盒子的接口。這也是分層模型和串珠模型之間的主要區(qū)別：接口的定義。在分層模型中，接口在系統(tǒng)內(nèi)部的兩層之間，在盒子里面。在串珠模型中，接口在兩個盒子之間。

4.上層體系結(jié)構(gòu)研究

除了應(yīng)用程序的集合之外，還應(yīng)該有某些通用結(jié)構(gòu)能夠組織上層函數(shù)，就像組織下層結(jié)構(gòu)一樣。

下層已經(jīng)服從于組織，至少表面上是這樣。下面兩層以來媒體，上面兩層不依賴媒體，是端對端的。

上面的層似乎沒有應(yīng)用明顯的結(jié)構(gòu)，部分原因是由于缺乏應(yīng)用程序，而且在某種程度上說是應(yīng)用程序太多。要在主機上查找應(yīng)用程序，暫時可以使用套接字。應(yīng)用協(xié)議對于應(yīng)用程序而言是唯一的。哪一個協(xié)議會創(chuàng)建議一種一般結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)像下層的結(jié)構(gòu)那樣有效，或者他很容易飽含各種應(yīng)用程序，同時又能提供足夠的好處來讓他物有所值，對此似乎沒有太多共識。

早期，網(wǎng)絡(luò)工作組（NWG）重點關(guān)注三種基本的上層協(xié)議：終端協(xié)議，文件傳輸協(xié)議和遠(yuǎn)程作業(yè)登陸協(xié)議。

Telnet是第一個虛擬終端協(xié)議。第一個Telnet就說明網(wǎng)絡(luò)很有用，蛋撻給用戶顯示了太多終端特性，所以它不是一種很令人滿意的解決方案。

終端協(xié)議在兩個NVT之間運行，終端系統(tǒng)和主機系統(tǒng)將他們的局部表示轉(zhuǎn)換為NVT表示，將NVT的輸出轉(zhuǎn)換為他們的局部表示。

Telnet定義一種新的對稱協(xié)商機制，允許一個人的請求成為另一個人的響應(yīng)。這兩個用戶使用這種機制來增強NVT的特性，例如字符回應(yīng)，關(guān)閉半雙工，消息尺寸，線條寬度，標(biāo)記停止和注銷。

文字傳輸協(xié)議是在Telnet的基礎(chǔ)上構(gòu)建的。適用Telnet鏈接來發(fā)送4字符命令，這些命令后來通常是以CRLF結(jié)束的單個參數(shù)。實際的文件傳輸在數(shù)據(jù)傳輸進程之間的單個鏈接完成。從體系結(jié)構(gòu)上看分離命令與數(shù)據(jù)流的原因是讓命令，特別是異常中斷，在大型文件傳輸之后不會中斷。這個鏈接通常是從Telnet連接的固定偏移，只有一個例外，那就是TIP。

TIP的約束條件主要影響FTP的特性。

遠(yuǎn)程作業(yè)登陸是早期的應(yīng)用協(xié)議，主要應(yīng)用就是將程序提交到遠(yuǎn)程機器上運行并檢索輸出。設(shè)計者過分關(guān)注體系結(jié)構(gòu)的完美，不太注重用戶的實際要求和約束。不難看出工作輸入和打印機輸出都是文件。

總結(jié)

通常，我們必須依據(jù)具體應(yīng)用程序的一般化來得出結(jié)論，而不是嘗試構(gòu)造上層的理論。我們知道OSI上層表示的任務(wù)區(qū)分只用于最簡單的應(yīng)用程序。從表面上看，這似乎表示沒有上層體系額結(jié)構(gòu)，或者如果有上層，他們業(yè)余OSI思想繪畫和表示無關(guān)。我們可以說有應(yīng)用程序體系結(jié)構(gòu)，但沒有通用的上層體系結(jié)構(gòu)。

我們可以刻畫上層的特性，的確是所有分布式應(yīng)用程序通用的唯一結(jié)構(gòu)，是OSI在應(yīng)用程序進程和應(yīng)用協(xié)議之間產(chǎn)生的差別。特定應(yīng)用程序域會有更詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，很可能有公共應(yīng)用協(xié)議模塊，他們能夠跨應(yīng)用程序域適用，但這很可能與他有關(guān)。應(yīng)用協(xié)議實際上就是定義在對象模型上實現(xiàn)遠(yuǎn)距離運行的方式。（作者單位：齊齊哈爾工程學(xué)院）