协议数据单元

张晗

摘 要：协议数据单元，是指在分层网络结构，例如在OSI模型中，在传输系统的每一层都将建立协议数据单元。它在网络体系机构中占据了重要的位置。

关键词：分层模型；单元的大小；体系结构

1.体系结构

要实现一个位置与另一个位置之间的通信，就必须交换有限量的信息，我们用协议数据单元来表示它。

协议数据单元的结构由三个主要元素组成：头，尾和用户数据。这里有一个重要区别：信息可以被理解，而数据不能被理解。

有时可以将协议数据单元看做处理器指令，依据指令参数核处理器的状态执行协议数据单元。可以实现对处理器状态的操作，但协议数据单元与指令不同，指令包括地址来引用数据，他们在这些数据上运行，而协议数据单元必须自己携带。

可以使用不同类型的协议数据单元在对等的协调PM之间传输指令参数（PCI）。这些协议数据单元可能包括用户数据。对这些的尺寸没有限制。然而，有一些工程学上的约束会给特定环境中的，协议数据单元强加尺寸限制。例如，对于在有错误倾向的环境中运行的协议而言，更小的尺寸可能会增加接受协议数据单元时出现错误的可能性，或者增加最小化轉发系统开销的可能性。在实时传感器网络中，系统的缓冲空间有限，因此必须限制尺寸，用较小的协议数据单元。

2.协议数据单元的大小

确定协议数据单元的最佳大小也是一种方案，通常情况下，协议依据单元处理的系统开销与PCI的长度成比例，但与协议数据单元的长度无关，我们可以通过让协议数据单元变得尽可能长，从而最大化处理效率。同样，带宽效率越大，用户数据相对于PCI长度就越大。然而，其他因素会导致产生更小的协议数据单元，这些因素包括应用程学中药数据的数量可能很小，系统中的缓冲约束，公平，媒体的错误特性等。分解和串联可以用来匹配协议数据单元的大小或提高分层之间或者基于不同子网之间的效率。

在每个协议中，协议数据单元都有一个最佳大小，这取决与协议在体系结构中出现的位置，对于上层协议而言，他最容易受到应用程序要求的影响。当应用程序在逻辑上有意义时就会创建边界。这些尺寸会让步于下层的要求，在中间层则由系统约束来控制。对于下层协议而言，大小更多的是由子网络或媒体的特性确定。如前面所述，在容易出现错误的环境中协议数据单元的尺寸会更小，因为这样可以降低产生错误的可能性。

在不容易出现错误的媒体中，人们更希望使用更大的协议数据单元。

3.网络体系结构的模式

（1）分层模型

第一个计算机网络主要不是通信专家构建的，而是计算机专家特别是操作系统专家构建的。操作系统是当时最复杂的程序：如果计算机要使用网络，就必须通过操作系统实现。

这种用抽象画来包含各种不同系统的联系也加深了人们对操作系统的进一步理解，抽象化下面的函数，将函数用户与函数运行原理的具体细节以及硬件的具体细节分离开。更高的层提供更好的抽象化。使用层内的功能可以修改层内的函数，同时又不影响上面和下面的层。另外，对资源的严格约束让分层模型确保不会重复函数。不必再更高层重复在某一层里完成的函数。分层模型不仅在操作系统中通用，而且许多其他应用程序也适用。他似乎特别适用于分布式资源共享网络，在这个网络中，不仅计算机互相发送信息，而且在源和目标主机之间转换通信量的也是计算机，虽然是微型计算机，但也是多用途计算机。

（2）串珠模型

早期研究的计算机网络不是第一个网络，电话公司早在一个世纪前就已经构建网络，而且都是大型的国际网络。很明显，他们已经开发了满足他们自己需要的网络体系结构。随着将数字通信用于控制，这种控制还一来电话网络。接口一定在设备之间。

串珠模型反映了电话公司所处的特定环境。踏足要由CCITT和电话公司以及与他们密切相关的制造商决定。首先，直到最近为止，所有的电话交换都还是电路交换，因此只有一层-物理层。严格来说，这种网络有物理上不同的两个网络组成，一个携带通信量，一个单独用于控制交换，这两个网络被称为数据面和控制面。有着两个面生成的通信有时在公共的下层上多路复用，而不是在层里上不同的网络上多路复用，这样就很好的实现了语音和交换控制之间的分离。对于分层模式而言不会这样，从而导致产生了面向连接的观点。其次知道现在电话公司都还是垄断者，因此当需要标准是，他们就在提供商与其他人之间，定义两个盒子的接口。这也是分层模型和串珠模型之间的主要区别：接口的定义。在分层模型中，接口在系统内部的两层之间，在盒子里面。在串珠模型中，接口在两个盒子之间。

4.上层体系结构研究

除了应用程序的集合之外，还应该有某些通用结构能够组织上层函数，就像组织下层结构一样。

下层已经服从于组织，至少表面上是这样。下面两层以来媒体，上面两层不依赖媒体，是端对端的。

上面的层似乎没有应用明显的结构，部分原因是由于缺乏应用程序，而且在某种程度上说是应用程序太多。要在主机上查找应用程序，暂时可以使用套接字。应用协议对于应用程序而言是唯一的。哪一个协议会创建议一种一般结构，这种结构像下层的结构那样有效，或者他很容易饱含各种应用程序，同时又能提供足够的好处来让他物有所值，对此似乎没有太多共识。

早期，网络工作组（NWG）重点关注三种基本的上层协议：终端协议，文件传输协议和远程作业登陆协议。

Telnet是第一个虚拟终端协议。第一个Telnet就说明网络很有用，蛋挞给用户显示了太多终端特性，所以它不是一种很令人满意的解决方案。

终端协议在两个NVT之间运行，终端系统和主机系统将他们的局部表示转换为NVT表示，将NVT的输出转换为他们的局部表示。

Telnet定义一种新的对称协商机制，允许一个人的请求成为另一个人的响应。这两个用户使用这种机制来增强NVT的特性，例如字符回应，关闭半双工，消息尺寸，线条宽度，标记停止和注销。

文字传输协议是在Telnet的基础上构建的。适用Telnet链接来发送4字符命令，这些命令后来通常是以CRLF结束的单个参数。实际的文件传输在数据传输进程之间的单个链接完成。从体系结构上看分离命令与数据流的原因是让命令，特别是异常中断，在大型文件传输之后不会中断。这个链接通常是从Telnet连接的固定偏移，只有一个例外，那就是TIP。

TIP的约束条件主要影响FTP的特性。

远程作业登陆是早期的应用协议，主要应用就是将程序提交到远程机器上运行并检索输出。设计者过分关注体系结构的完美，不太注重用户的实际要求和约束。不难看出工作输入和打印机输出都是文件。

总结

通常，我们必须依据具体应用程序的一般化来得出结论，而不是尝试构造上层的理论。我们知道OSI上层表示的任务区分只用于最简单的应用程序。从表面上看，这似乎表示没有上层体系额结构，或者如果有上层，他们业余OSI思想绘画和表示无关。我们可以说有应用程序体系结构，但没有通用的上层体系结构。

我们可以刻画上层的特性，的确是所有分布式应用程序通用的唯一结构，是OSI在应用程序进程和应用协议之间产生的差别。特定应用程序域会有更详细的结构，很可能有公共应用协议模块，他们能够跨应用程序域适用，但这很可能与他有关。应用协议实际上就是定义在对象模型上实现远距离运行的方式。（作者单位：齐齐哈尔工程学院）