网络结构的体系和模式

作者简介：张哲旭，男，黑龙江齐齐哈尔人。本科在读，齐齐哈尔工程学院信息系计科111班，方向：计算机信息安全。

摘要：如果一个领域能够超越自然历史而发展，并且人们能从描述该领域的特性发展到提出实用的原理或理论，我们才能将它看作是一门学科。它不应该只是广泛意义上的理论，我们需要的是一种具有最少的假设和最广泛的适用范围的理论，在某些情况下，我们将这体系结构的含义与传统观点进行对照，但是其他大部分内容将做为练习，这些概念和结果必须以这种选择的集合而不能用传统的公理集进行解释。结果就是一种更加简单的网络系统结构，它有更高的性能、更少的人力需要而最重要的是它可伸缩。

关键词：协议中的模式；串珠模型；上层体系结构研究

1.引言

网络的体系结构首先要从“代数学”开始，我们要尽可能接近基本原则，而不依赖实现方式，不是因为实现方式不够好，而是因为它们是对特殊情况的折衷，又是基本原则的基础。首先，我们研究不需要折衷的那些属性，然后理解折衷的本质和什么时候不应该做出某些选择。只要可能，我们就会推迟这种约束，以便了解会出现什么样的模式。推迟的时间越长，得到的模式就越可能是基本模式，而不是针对特定问题的专用模式。

2.协议中的模式

2.1网络体系结构中的模式不是一般模式，而是超出自然历史、能够预见和提供新观点的模式。计算机科学的特性使这项任务变得更困难。与物理、化学及其他学科不同，构成这个领域基础的模式本来就在不断变化，要不它们就太普通了，难以提供指导。对我们而言，很确定哪些模式是基本模式，而不是我们所构造的模式的简单模仿。

2.2即使在我们所熟悉的传统科学中，在问题堆中找出问题的关键也不一定容易。例如16世纪末期，当时主要问题之一昌预测炮弹落地的位置。伽利略并没有启动一项精细而又昂贵的项目，即使各种型号、口径和弹药量的高精度大炮来全面了解它们的行为，进而确定可以预测炮弹路径的议程，他知道答案不在于发射炮弹的大炮，而在于问题关键的抽象思考。伽利略的解决方案要推翻亚里斯多德的方法，他要假想一些人们从来没有见过但的确存在的东西：无摩擦运动。进而明确阐述我们所知道的第一运动定律“处于静止或运动的物体将保护静止或运动。可以想象，对于他的同事来说，这种假想是多么荒谬和唯心。第个人都知道运动中的物体会慢慢停下来，除非有一种力不断作用于它，人们每天都会看到这种情况，伽利略想象的这个理想是世界是什么样子呢？推一下某个物体，它就会永远运行下去？简直是荒谬。

2.3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。到1970年，软件工作仅仅经历了20年，设计原则刚刚开始被提出。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。因此，操作系统完美且简单的分层设计的论文以及UNIX的会影响到早期寻找新的网络结构的努力，这并不奇怪。它合并APPANET作为资源共享网络的理由，这对操作系统产生了强烈影响。

3.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，它们已经开发了满足它们自己需要的网络体系结构。然而，体系结构的属性不仅反映了电话网络的电路交换技术，而且反映了它们所处的经济和政治环境。从19世纪建立开始一直到20世纪中期，电话网络都与电有关，甚至是在20世纪下半叶，随着将数字通信用于控制，这种控制还依赖电话网络。接口一定在设备之间。虽然这种体系结构没有正式名称，但看到说明中的图形之后，我便将它称为“串珠”模型。

4.上层体系结构研究

4.1如果区分上层呢？表面上看，区分上层和下层非常简单，但当考虑到结节时，通常就会出现情况，即“我无法告诉您它是什么，但我看到它时就能够识别它”。很难找到一组特性比“在传输之上”更好。但随着我们理解的深入，似乎有两种特性可以区分上层和下层。

（1）在上层中，处理在单元中，这些单元对应用有语义意义；而在中间层中，处理在最满足资源分配要求的单元中；在下层中，通信媒体或网络技术的特性占支配地位。

（2）在上层中，寻址是位置独立的。在下层中，寻址是位置依赖的。或者更准确的说，下层寻址建在网络拓扑的基础上，而上层通常建立在一种“语义”拓扑的基础上。

在某种意义上，媒体的特性向上过滤，而应用程序的特性向下渗透，但当它们在中间相遇时，依据共同点“筛选”这两者。

当我们从下层移动到上层是，语义变得更重要，而它在下层总是被忽略。但这不是说上层协议只处理语义和那些用户数据。只是没有选择应用与应用程序相关的PDU的边界，而是选择对应用程序有意义的那些PDU的边界。

4.2很早以前，人们就意识到，希望允许应用程序在主机间移植，要包含这种移植就需要命名应用程序，以便让它们名称独立于位置。有一种倾向将这表示为上层“命名”，以区别于下层“寻址”。然后实际上不是这样的。

尽管地址是名称，但名称不一定是地址。地址分配给对象，这样就更容易查找对象。将地址分配给对象的算法定义拓扑。因此，地址总是表示拓扑中的点，而名称只是标签。除了说名称空间昌扁平地址空间之外，在大多数情况下，扁平名称空间只是上下文之外的地址空间。

如果仔细考虑元机制中开发的“命名”，就可以得出下面的结论：在计算机科学中，所有的名称都用来查找对象。所有的命名计划都在为了让在一定条件下定位对象变得更容易，要么在空间上，要么在语义上。

4.3在下层中，地理或网络拓扑特性可用作定位对象的原则。在上层中，其他特性可用于定位應用程序，这些应用程序很少与位置相关。遗憾的是，和下层不一样，新特性通常用来为应用程序寻址计划确定还没有出现的地址空间。人们说得最多的就是使用应用程序的特性。在有些情况下，计划反映位置独立特性。然而，这种计划排除任何应用程序的移植，这些应用程序对用户显而易见。

4.4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，它们能跨应用程序域使用，但这很可能与它有关。我们已经提示了构造应用协议的一些有用的方法，至少，我们知道有些事情不能做。另外，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，我们可能确定基本的操作是读/写/添加、创建/删除，或者启动/停止。我们只是缺少将他们连接起来的控制结构模型。

总结：

理论不是方便记忆就够了。一个理论哪怕只是局部的理论，都必须引入对所研究现象的更深入的理解和更长远的预见。提出统一的理论可以使不相干的现象关联起来。当有了理论框架后，便可以从以前的迹象中推导出结果。理论不单提供更简单合理的解释，它还有简化单个技术的趋势。将许多技术联合起来就可以变成更普遍方法的一般情形。（作者单位：齐齐哈尔工程学院）