阅读笔记 | An Introduction to Network Architectures and Protocols

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info: Green,P,Jr.An Introduction to Network Architectures and Protocols[J].Communications, IEEE Transactions on, 1980, 28(4):413-424.DOI:10.1109/TCOM.1980.1094703.

文章旨在介绍计算机网络给不熟悉的读者,是一篇发布较早的综述性文章。文章首先罗列网络共有的功能特性,揭示这些功能特性是如何过渡到构成计算机网络框架的分层对等协议的。接着文章通过讨论一系列共有和私有网络的原理方框图,简要叙述了SNA及DNA架构和X.25协议的层级结构与头部结构。

文章第一节为简介,简单说明了计算机网络发展趋势为从简单到复杂,理解网络的视角也从专用设计到系统化视角再到层级结构视角。由此,引出了文章目的,即从网络具体实现的发展历史概述和层级结构的总结两个方面来介绍计算机网络的工作原理。

文章第二节主旨为一个用于讨论不同网络的框架:终端用户间的总访问路径。由此展开的第一部分是对网络的定义,即网络是一种为不同地理位置的终端用户提供访问路径的措施。由此又衍生出对终端用户和访问路径的定义。接着对网络的分类进行了叙述,分类依据上先提了根据应用场景、根据地理位置、根据所有权和根据拓扑结构共计四种,再提出了一种根据网络为保障高效的访问路径所提供的功能总体进行分类的方法,可用于厘清常见承载网及计算机厂商设计的网络(如IBM设计的SNA)的网络特征。

第二部分是访问路径的必要条件,可归纳为物理连接、信号转换(数模模数转换)、位级差错控制、介质共享、寻址与路由、收发缓冲、流量(速)控制、会话控制、透明传输。如此一来,在访问路径中易见两个特性,即要素成对出现并只与对方通信。

第三部分是对等交互和接口这两个特性。在网络的层级结构中,每层往往隐藏本层及以下的细节,向上提供服务。而相邻两层间的交互被称为是接口(interface)。正是这样的特点,使得在访问路径中,出现了对等交互这样的特性,从而如文章图二所示的访问路径中两端的要素呈现出对称性。

第四部分是网络控制部分。这部分是访问路径得以启动、调节、恢复和停止的关键,可在不同程度上被集中化或去中心化。一个典型的访问路径建立过程可被分为如下阶段:
(1) 建立节点间电气传输路径
(2) 为站点分配数据链路地址并指定优先顺序,然后激活数据链路控制层的功能
(3) 建立和更新路由表
(4) 建立和更新最终用户索引,并提供名称到地址的转换服务(如DNS协议)
(5) 会话管理
(6) 为网络管理员提供操作接口,包括问题定位功能。(如ICMP协议)

如此一来,第二节关于访问路径的内容就明晰了很多,文中图二和图三很好地诠释了这样一条贯穿网络各层的一条路径,这里截取图二作为一个参考。

文章第三节主要介绍商用网络如何提供访问路径,根据时间系统特点串起了从60年代开始的发展史,并将其分为早期系统阶段和计算机网络阶段两部分。下表总结了这一发展历程。

文章第四节主要介绍网络运营商如何提供服务,并分别介绍了快速电路交换和分组交换两种方案。分组交换方案中提到了X.25接口规程,其定义了物理层、数据链路层和分组层的内容,可以提供全双工信道(虚电路)。快速电路交换更透明,而分组交换则相反,因为其头部结构需要被知晓和被处理,但这提供了更多灵活性。

文章第五节介绍了网络架构和协议,首先架构是对网络功能的精确定义,而成对交互的协定的集合则称为协议。网络协议常包含三部分,分别是语法、语义和时序。在此视角下再次审视SNA, DNA和X.25, 罗列出以下表格(不同结构和协议的同一行的协议层无特别对应关系)。

此小节结尾时提到了关于开放系统架构的讨论,希望在X.25的分组层之上再添加四层,使得下三层负责端到端传输,这其实就是后来的OSI七层模型。

最后文章总结,随着网络不断复杂,分层模块化的思想从系统角度上更易于理解,实践中更易于维护,而且还允许新模块更容易并入原有系统且不产生系统范围的网络中断。

文章对于计算机网络发展的介绍令我初步了解了网络架构和一些协议的发展历史,看到了早期一个个独立的大型机网络如何逐渐互联,并形成更具包容性的互联网络,也明白了OSI七层模型是如何从早期的一些大型机网络中发展并脱胎于X.25网络的。同时,我也注意到了分层和对等思想在计算机网络发展中的重要性,对等似乎天然地和分层适配,因为对等强调同层的相互交互,要在庞大的网络系统中各司其职。此外,我也留意到一些关于网络的分类。例如通常由电信运营商提供的公共数据传输服务网络,由企业、单位或组织等运行管理的私有网络,服务于大型机系统的网络等等。对于不同种类的网络的认识,今后可以在本文介绍的终端用户间的总访问路径的框架指导下进一步去深入认识。

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