網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的體系和模式

作者簡介：張哲旭，男，黑龍江齊齊哈爾人。本科在讀，齊齊哈爾工程學(xué)院信息系計科111班，方向：計算機信息安全。

摘要：如果一個領(lǐng)域能夠超越自然歷史而發(fā)展，并且人們能從描述該領(lǐng)域的特性發(fā)展到提出實用的原理或理論，我們才能將它看作是一門學(xué)科。它不應(yīng)該只是廣泛意義上的理論，我們需要的是一種具有最少的假設(shè)和最廣泛的適用范圍的理論，在某些情況下，我們將這體系結(jié)構(gòu)的含義與傳統(tǒng)觀點進行對照，但是其他大部分內(nèi)容將做為練習(xí)，這些概念和結(jié)果必須以這種選擇的集合而不能用傳統(tǒng)的公理集進行解釋。結(jié)果就是一種更加簡單的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它有更高的性能、更少的人力需要而最重要的是它可伸縮。

關(guān)鍵詞：協(xié)議中的模式；串珠模型；上層體系結(jié)構(gòu)研究

1.引言

網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)首先要從“代數(shù)學(xué)”開始，我們要盡可能接近基本原則，而不依賴實現(xiàn)方式，不是因為實現(xiàn)方式不夠好，而是因為它們是對特殊情況的折衷，又是基本原則的基礎(chǔ)。首先，我們研究不需要折衷的那些屬性，然后理解折衷的本質(zhì)和什么時候不應(yīng)該做出某些選擇。只要可能，我們就會推遲這種約束，以便了解會出現(xiàn)什么樣的模式。推遲的時間越長，得到的模式就越可能是基本模式，而不是針對特定問題的專用模式。

2.協(xié)議中的模式

2.1網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的模式不是一般模式，而是超出自然歷史、能夠預(yù)見和提供新觀點的模式。計算機科學(xué)的特性使這項任務(wù)變得更困難。與物理、化學(xué)及其他學(xué)科不同，構(gòu)成這個領(lǐng)域基礎(chǔ)的模式本來就在不斷變化，要不它們就太普通了，難以提供指導(dǎo)。對我們而言，很確定哪些模式是基本模式，而不是我們所構(gòu)造的模式的簡單模仿。

2.2即使在我們所熟悉的傳統(tǒng)科學(xué)中，在問題堆中找出問題的關(guān)鍵也不一定容易。例如16世紀末期，當(dāng)時主要問題之一昌預(yù)測炮彈落地的位置。伽利略并沒有啟動一項精細而又昂貴的項目，即使各種型號、口徑和彈藥量的高精度大炮來全面了解它們的行為，進而確定可以預(yù)測炮彈路徑的議程，他知道答案不在于發(fā)射炮彈的大炮，而在于問題關(guān)鍵的抽象思考。伽利略的解決方案要推翻亞里斯多德的方法，他要假想一些人們從來沒有見過但的確存在的東西：無摩擦運動。進而明確闡述我們所知道的第一運動定律“處于靜止或運動的物體將保護靜止或運動?？梢韵胂螅瑢τ谒耐聛碚f，這種假想是多么荒謬和唯心。第個人都知道運動中的物體會慢慢停下來，除非有一種力不斷作用于它，人們每天都會看到這種情況，伽利略想象的這個理想是世界是什么樣子呢？推一下某個物體，它就會永遠運行下去？簡直是荒謬。

2.3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。到1970年，軟件工作僅僅經(jīng)歷了20年，設(shè)計原則剛剛開始被提出。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)。因此，操作系統(tǒng)完美且簡單的分層設(shè)計的論文以及UNIX的會影響到早期尋找新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的努力，這并不奇怪。它合并APPANET作為資源共享網(wǎng)絡(luò)的理由，這對操作系統(tǒng)產(chǎn)生了強烈影響。

3.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，它們已經(jīng)開發(fā)了滿足它們自己需要的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。然而，體系結(jié)構(gòu)的屬性不僅反映了電話網(wǎng)絡(luò)的電路交換技術(shù)，而且反映了它們所處的經(jīng)濟和政治環(huán)境。從19世紀建立開始一直到20世紀中期，電話網(wǎng)絡(luò)都與電有關(guān)，甚至是在20世紀下半葉，隨著將數(shù)字通信用于控制，這種控制還依賴電話網(wǎng)絡(luò)。接口一定在設(shè)備之間。雖然這種體系結(jié)構(gòu)沒有正式名稱，但看到說明中的圖形之后，我便將它稱為“串珠”模型。

4.上層體系結(jié)構(gòu)研究

4.1如果區(qū)分上層呢？表面上看，區(qū)分上層和下層非常簡單，但當(dāng)考慮到結(jié)節(jié)時，通常就會出現(xiàn)情況，即“我無法告訴您它是什么，但我看到它時就能夠識別它”。很難找到一組特性比“在傳輸之上”更好。但隨著我們理解的深入，似乎有兩種特性可以區(qū)分上層和下層。

（1）在上層中，處理在單元中，這些單元對應(yīng)用有語義意義；而在中間層中，處理在最滿足資源分配要求的單元中；在下層中，通信媒體或網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特性占支配地位。

（2）在上層中，尋址是位置獨立的。在下層中，尋址是位置依賴的?；蛘吒鼫蚀_的說，下層尋址建在網(wǎng)絡(luò)拓撲的基礎(chǔ)上，而上層通常建立在一種“語義”拓撲的基礎(chǔ)上。

在某種意義上，媒體的特性向上過濾，而應(yīng)用程序的特性向下滲透，但當(dāng)它們在中間相遇時，依據(jù)共同點“篩選”這兩者。

當(dāng)我們從下層移動到上層是，語義變得更重要，而它在下層總是被忽略。但這不是說上層協(xié)議只處理語義和那些用戶數(shù)據(jù)。只是沒有選擇應(yīng)用與應(yīng)用程序相關(guān)的PDU的邊界，而是選擇對應(yīng)用程序有意義的那些PDU的邊界。

4.2很早以前，人們就意識到，希望允許應(yīng)用程序在主機間移植，要包含這種移植就需要命名應(yīng)用程序，以便讓它們名稱獨立于位置。有一種傾向?qū)⑦@表示為上層“命名”，以區(qū)別于下層“尋址”。然后實際上不是這樣的。

盡管地址是名稱，但名稱不一定是地址。地址分配給對象，這樣就更容易查找對象。將地址分配給對象的算法定義拓撲。因此，地址總是表示拓撲中的點，而名稱只是標簽。除了說名稱空間昌扁平地址空間之外，在大多數(shù)情況下，扁平名稱空間只是上下文之外的地址空間。

如果仔細考慮元機制中開發(fā)的“命名”，就可以得出下面的結(jié)論：在計算機科學(xué)中，所有的名稱都用來查找對象。所有的命名計劃都在為了讓在一定條件下定位對象變得更容易，要么在空間上，要么在語義上。

4.3在下層中，地理或網(wǎng)絡(luò)拓撲特性可用作定位對象的原則。在上層中，其他特性可用于定位應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序很少與位置相關(guān)。遺憾的是，和下層不一樣，新特性通常用來為應(yīng)用程序?qū)ぶ酚媱澊_定還沒有出現(xiàn)的地址空間。人們說得最多的就是使用應(yīng)用程序的特性。在有些情況下，計劃反映位置獨立特性。然而，這種計劃排除任何應(yīng)用程序的移植，這些應(yīng)用程序?qū)τ脩麸@而易見。

4.4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的結(jié)構(gòu)，很可能有公共應(yīng)用協(xié)議模塊，它們能跨應(yīng)用程序域使用，但這很可能與它有關(guān)。我們已經(jīng)提示了構(gòu)造應(yīng)用協(xié)議的一些有用的方法，至少，我們知道有些事情不能做。另外，應(yīng)用協(xié)議實際上就是定義在對象模型上實現(xiàn)遠距離運行的方式，我們可能確定基本的操作是讀/寫/添加、創(chuàng)建/刪除，或者啟動/停止。我們只是缺少將他們連接起來的控制結(jié)構(gòu)模型。

總結(jié)：

理論不是方便記憶就夠了。一個理論哪怕只是局部的理論，都必須引入對所研究現(xiàn)象的更深入的理解和更長遠的預(yù)見。提出統(tǒng)一的理論可以使不相干的現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來。當(dāng)有了理論框架后，便可以從以前的跡象中推導(dǎo)出結(jié)果。理論不單提供更簡單合理的解釋，它還有簡化單個技術(shù)的趨勢。將許多技術(shù)聯(lián)合起來就可以變成更普遍方法的一般情形。（作者單位：齊齊哈爾工程學(xué)院）