TCP/IP之大明內閣---協議的制定

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本文源地址：TCP/IP之大明內閣

本文是《TCP/IP之大明王朝郵差》的前傳，講一講大明內閣的各位大人是怎麼設計TCP/IP網絡的。

大明天啓年間，明熹宗朱由校醉心於木工，重用宦官魏忠賢，不上朝已經好久了。
內閣首輔葉大人憂心忡忡，大明各地民不聊生，大片田地荒蕪，強盜、野獸橫行。以前修建的官道也基本廢棄了，不但收不到各地送來的奏報， 本身昨天好不容易擺脫魏忠賢，面見了一次皇上，可是請求頒發的一道聖旨居然沒法送到各個府縣，送信的郵差都被半路搶劫了，或者失蹤了！
葉首輔決定召開一次內閣會議，研究下怎麼創建一個可靠的、穩定的、通暢的上情下達機制。

虛電路（Virtual Circuit）

首先來看一下「360百科（虛電路）」給出的解釋：虛電路是分組交換的兩種傳輸方式中的一種。在通訊和網絡中，虛電路是由分組交換通訊所提供的面向鏈接的通訊服務。在兩個節點或應用進程之間創建起一個邏輯上的鏈接或虛電路後，就能夠再兩個節點之間一次發送每個分組，接收端收到分組的順序必然與發送端的發送順序一致，所以接收端無須負責在收集分組後從新進行排序。虛電路協議向高層協議隱藏了將數據分割成段、包或幀的過程。

虛電路是創建一條邏輯鏈接，發送方和接收方不須要預先創建鏈接。

好了，下面繼續原文。

前來開會的大人們聽了葉首輔說的狀況，馬上都是愁眉苦臉的，面對這麼一個艱鉅的挑戰，沒人願意開口，都是在不住的嘆氣搖頭。
過了一炷香功夫，韓大人看到首輔不斷的給本身使眼色，只好開口了： 「各位大人，我有個不成熟的想法，說出來你們評判一下。如今主要的問題是強盜橫行、野獸出沒。我想咱們能夠派出咱們的大軍，沿路站崗，五步一崗，三部一哨， 給官道創建一個可靠的保障。」
朱大人道：「韓大人此法差矣！我大明這麼多官道，大軍再多也不夠用啊。」
韓大人笑道： 「朱大人，看來你沒明白，個人意思不是把全部的官道都布上崗哨， 而是說咱們要創建一個鏈接通道！」
「鏈接？什麼鏈接？ 」 朱大人說 ，「沒據說過」。

 「假如咱們京城要和開封府通訊，中間會通過不少的市鎮。咱們只須要派出一隊官兵，把從京城到開封府的道路給保護好就能夠了，這樣就不怕那些強盜虎豹，等到雙方通訊一完，大軍便可撤回，去保護另一個通訊通道，這就是用官兵創建一個鏈接！」

葉首輔道：「韓大人說的有道理，至少能解決問題。不過咱們的主力大軍都被派到東北對付努爾哈赤去了。因此，咱們須要和沿途的市鎮、驛站協商，主要讓他們出兵， 和京城的大軍一塊兒創建安全的通道。」

「這樣的話在一次通訊中均可以走這個安全的通道，很寬敞、很可靠。可是代價也很高，爲了通訊一次，得動用這麼多士兵，還得和中間節點協商。」 朱大人也學會了抽象，造出了」中間節點「這樣的新詞兒。
韓大人道：「嗯， 還有一點就是若是通道暫時不發信件的話，就閒置浪費了。」

葉首輔道：「那也是沒有辦法的事情，咱們先這麼試行一段時間吧。」

（碼農翻身公衆號注：這就是所謂的虛電路，綠色部分爲鏈接通道，全部的消息都從同一個通道上發送）

虛電路的特色

關於「虛電路」，從上面能夠總結出其以下特色：

虛電路通訊與電路交換相似，二者都是面向鏈接的，即數據按照正確的順序發送，而且在鏈接創建階段都須要額外開銷。可是，電路交換提供穩定的比特率和延遲時間，而虛電路服務的比特率和延遲時間要取決於如下因素:

1.網絡節點上包隊列的長度，

2.應用程序產生數據的比特率，

3.使用統計多路複用技術時，共享同一網絡資源的其餘用戶的負荷。

4.許多虛電路協議經過數據重傳，包括檢錯糾錯和自動重傳請求(ARQ)，提供可靠的通訊服務。

虛電路是在分組交換散列網絡上的兩個或多個端點站點間的鏈路。它爲兩個端點間提供臨時或專用面向鏈接的會話。它的固有特色是，有一條經過多路徑網絡的預約路徑。提早定義好一條路徑，能夠改進性能，而且消除了幀和分組對頭的需求，從而增長了吞吐率。從技術上看，能夠經過分組交換網絡的物理路徑進行改變，以免擁擠和失效線路，可是兩個端系統要保持一條鏈接，並根據須要改變路徑描述。

分組交換

先看一下摘選自「360百科（分組交換）」上的解釋：

在通訊過程當中，通訊雙方以分組爲單位、使用存儲-轉發機制實現數據交互的通訊方式，被稱爲分組交換(PS:packet switching)。

分組交換也稱爲包交換，它將用戶通訊的數據劃分紅多個更小的等長數據段，在每一個數據段的前面加上必要的控制信息做爲數據段的首部，每一個帶有首部的數據段就構成了一個分組。首部指明瞭該分組發送的地址，當交換機收到分組以後，將根據首部中的地址信息將分組轉發到目的地，這個過程就是分組交換。可以進行分組交換的通訊網被稱爲分組交換網。

分組交換網通常由分組交換機、網絡管理中心、遠程集中器、分組裝拆設備、分組終端/非分組終端和傳輸線路等基本設備組成。

分組交換的本質就是存儲轉發，它將所接受的分組暫時存儲下來，在目的方向路由上排隊，當它能夠發送信息時，再將信息發送到相應的路由上，完成轉發。其存儲轉發的過程就是分組交換的過程。

分組交換的思想來源於報文交換，報文交換也稱爲存儲轉發交換，它們交換過程的本質都是存儲轉發，所不一樣的是分組交換的最小信息單位是分組，而報文交換則是一個個報文。因爲以較小的分組爲單位進行傳輸和交換，因此分組交換比報文交換快。報文交換主要應用於公用電報網中。

分組由分組頭和其後的用戶數據部分組成，分組頭包含接收地址和控制信息，其長度爲3-10B，用戶數據部分長度是固定的，平均爲128B，最長不超過256B。分組交換路由選擇肯定了輸出端口和下一個節點後，必須使用交換技術將分組從輸入端口傳送到輸出端口，實現輸送比特經過網絡節點。

好，下面繼續正文：

「虛電路」運行了半年，終於勉強上情下達了。可是被魏忠賢得知，添油加醋的給皇帝朱由校說了不少壞話，木匠皇帝雷霆大怒，大罵內閣浪費國家人力物力，下令當即中止。
內閣恨透了魏忠賢，可是又不得不中止。
這一天皇上又沒上早朝，你們愁眉苦臉的聚到一塊兒商議。
禮部右侍郎孫承宗忽然想起了一件事情：「我巡防邊關的時候據說袁崇煥使用了一個奇怪的辦法來傳遞軍務物資，他不用軍隊在官道站崗，不用創建安全的鏈接通道，徹底依靠馬匹、騾子這樣的牲畜進行通訊。」
「怎麼可能？ 馬匹不通人性，跑丟了怎麼辦？」
孫承宗道：「他這些馬是訓練過的，身上帶着信件或者物資，能夠在官道上走，每到一個驛站或者市鎮，裏邊的衙役看看信件的目的地，喂喂馬，而後把馬引到下一個官道就能夠了。很省事！ 固然具體到那個官道是衙役決定的，他會蒐集各類消息，肯定那個官道匪患少、虎狼少。」（碼農翻身注：驛站相似路由器，須要構建路由表， 轉發數據分組）
「這還解決不了問題，路上沒官兵保護，馬可能會把搶走，或者被虎豹吃掉，這樣物資仍是丟了。」
孫承宗道：「這一點袁崇煥他們也想到了，他們發明了一種叫失敗重傳的方法，若是收不到對方的確認回信，就會從新發送。」

「從新發送的代價過高了吧，畢竟是物資啊！」（在計算機中，物資是很廉價的數據分組）

「是這樣，他們通常把一個大件的物資拆成小塊，由於一匹馬也拉不了多少，而後給每一個小塊變編號，哪一個小塊丟了，就只發送那個編號的。袁崇煥說他們有個叫‘幻月寶鏡’的東西，丟了的東西能夠從中再取出來！」
「這真是個寶貝啊， 通常人怎麼可能有啊。」
葉首輔道：「不過這卻是一個有意思的思路，不須要事先創建真正的鏈接通道，每一個編號小塊走的路可能也不同，徹底由中間節點的衙役們來決定馬匹的下一個路徑是哪個。」
（碼農翻身注： 這叫作分組交換）
孫承宗補充道：」葉大人看的很透徹，不只路徑不一樣，這些小塊也可能不按次序（失序）到達。他用這種方法實際上是說中間節點並不承諾提供可靠的鏈接通道，物資徹底可能失序、重複、甚至丟失。所謂可靠的傳輸徹底由兩個端點（例如京城和開封府）來實現。」

（碼農翻身注：京城午門給內鄉縣衙發了A一、A2，京城德勝門給開封府發送B一、B二、B3，圖中顯示分組的路徑）

韓大人道：「首輔大人，要不咱們也試試？不過咱們得想辦法把幻月寶鏡弄來。 」
葉首輔道：「咱們奏請皇上讓袁崇煥進京述職，讓他把寶鏡帶來，這一次必定得讓皇上支持，要否則還會中途夭折，我立刻進宮，你們靜候佳音吧。」

分組交換的特色

補充知識，從上面的形象案例總結一下分組交換的特色，以下：

一、線路利用率高：分組交換以虛電路的形式進行信道的多路複用，實現資源共享，可在一條物理線路上提供多條邏輯信道，極大地提升線路的利用率。使傳輸費用明顯降低。

 

二、不一樣種類的終端能夠相互通訊：分組網以X.25協議向用戶提供標準接口，數據以分組爲單位在網絡內存儲轉發，使不一樣速率終端，不一樣協議的設備經網絡提供的協議變換功能後實現互相通訊。

三、信息傳輸可靠性高：在網絡中每一個分組進行傳輸時，在節點交換機之間採用差錯校驗與重發的功能，於是在網中傳送的誤碼率大大下降。並且在網內發生故障時，網絡中的路由機制會使分組自動地選擇一條新的路由避開故障點，不會形成通訊中斷。

四、分組多路通訊：因爲每一個分組都包含有控制信息，因此分組型終端能夠同時與多個用戶終端進行通訊，可把同一信息發送到不一樣用戶。

五、計費與傳輸距離無關：網絡計費按時長、信息量計費，與傳輸距離無關，特別適合那些非實時性，而通訊量不大的用戶。

 （END）

 補充知識

除了虛電路、分組交換技術，還有電路交換和報文交換。

電路交換

電路交換就是計算機終端之間通訊時，一方發起呼叫，獨佔一條物理線路。當交換機完成接續，對方收到發起端的信號，雙方便可進行通訊（主要應用於電話通訊網中）。在整個通訊過程當中雙方一直佔用該電路。它的特色是實時性強，時延小，交換設備成本較低。但同時也帶來線路利用率低，電路接續時間長，通訊效率低，不一樣類型終端用戶不能通訊等缺點。電路交換比較適用於信息量大、長報文，常用的固定用戶之間的通訊。

報文交換

將用戶的報文存儲在交換機的存儲器中。當所須要的輸出電路空閒時，再將該報文發向接收交換機或終端，它以"存儲-轉發"方式在網內傳輸數據。報文交換的優勢是中繼電路利用率高，能夠多個用戶同時在一條線路上傳送，可實現不一樣速率、不一樣規程的終端間互通。但它的缺點也是顯而易見的。以報文爲單位進行存儲轉發，網絡傳輸時延大，且佔用大量的交換機內存和外存，不能知足對實時性要求高的用戶。報文交換適用於傳輸的報文較短、實時性要求較低的網絡用戶之間的通訊，如公用電報網。電子郵件系統（E-mail）也適合採用報文交換方式。

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