the design philosophy of the darpa internet protocols翻译.docx

DARPA因特网协议的设计哲学摘要因特网协议体系，TCP/IP，于15年前首次被提出。由美国国防先进技术研究所（DefenseAdvanced Research Projects Agency ，DARPA）开发，广泛应用于军事和商业体系。尽管有些论文和规范描述了该协议如何工作，但是由此推断该协议为什么是这样还是有些困难。例如，因特网协议是基于无连接或数据报模式服务的，这样做的动机被极大的误解了。这篇论文试图捕捉一些早期形成因特网协议的原因。1、 介绍在过去的15年里，美国国防先进技术研究所为包交换网络拓展了一系列协议，包括因特网协议IP、传输控制协议TCP，现在是美国国防部内网标准，并且已广泛应用于商业网络环境。在这种努力下，该观点也以影响了其他的协议体系，最为重要的ISO2、3、4无连接配置。当DOD协议5，6，7的详细规范说明可用时，就很难确定导致这种设计的动机和原因了。事实上，这种设计哲学由现有标准的设想演化而来。例如，数据报或无连接服务的观念在第一篇论文中并没有得到重视，但是却成为协议的定义性特征。另一个例子是将结构划分为TCP层和IP层。这看起来是设计的基础，但却不是最初构想的一部分。因特网的这些改变是通过重复标准形成之前所进行的测试与实践形成的。因特网体系还在不断的发展中。有时，一个新的扩展会对设计规范中的一点产生质疑，但在某种情况下，对于设计历史的理解会为现有设计的拓展提供一个必须的环境。因特网体系的历史为ISO协议族的无连接配置增添了色彩，因此，对于因特网设计哲学的理解或许对从事ISO的工作者有所帮助。这篇论文罗列了因特网体系的最初目标，讨论了这些目标和协议的重要特征之间的关系。2、 基础目标DARPA因特网体系的最高目标是为现存的互联网络开发一种有效的多路复用技术。某些阐述对于弄清楚该目标的含义是需要的。因特网由网络组成，这些网络通过内联来提供服务。最初的目标是将ARPA网与ARPA分组无线电网连接起来，以便为包广播网上的用户接入ARPANET网的大型服务机。在当时的一个假设是存在另一种网络可进行连接，虽然局域网还没有出现。互联现有网络的一种选择是设计一个可以合并多种不同传输媒体的统一的多媒体网络。集成度越高，性能越好。在现实意义上讲，如果因特网如此有效，那么合并现有的网络架构是有必要的。而且，因特网阐述了管理域控制，这个项目的一种雄心是要集成多种分离的管理实体使之成为一个通用的公共设施。为多路复用选择的技术是包交换。还有一种选择是电路交换，支持像远程登录这样的应用，本质上由分组交换模式提供服务，在这个项目中集成在一起的网络是报文交换网络。因此报文交换是因特网体系的基础成分。基础目标的最后一部分是互联这些网络所采用的某种技术的假想。自从之前在DARPA工程中所提出的存储转发包交换技术被广泛认知，最高层次的假想是网络应当通过基于Internet层次的包交换技术实现互联，称之为网关。通过这些假想得出因特网基础结构：将大量可识别网络中的包交换通信设施连接到一起，使用分组通信处理器，称之为网关，能够实现存储转发算法。3、 二级目标记录在先前章节的最高级别目标包括“有效”这一单词，却没有提供任何关于什么是有效互联的定义，以下列表中总结了由因特网架构建立的更为详细的目标。1.即使网络或网关出现问题，网络通信也要继续。2.因特网必须支持多种类型的通信服务。3.因特网体系结构能够容纳各种网络4.因特网体系结构必须允许资源的分布式管理。5.因特网体系结构必须开销合理。6.因特网体系结构必须允许主机依附低层所提供的服务。7.因特网体系结构所使用的资源必须是可控的。这一系列的目标看起来不过是理想网络所有特征的列表，但关键的是理解这些目标排列次序的重要性，如果次序改变，将会产生一个完全不同的网络体系结构。例如，当设计的网络用于军事环境下，生命力会成为首要目标，易解读性会成为最后一个目标。在战争期间，更少考虑的是详细的资源使用数而不是通过最可靠的方式集合资源是否可用、能否快速部署。在早期的设计阶段，当因特网建筑师留意到易解读性的问题时，得到了很少的关注，仅仅是现在才被重新思考。一个商业部署的体系结构会将这些目标按照相反的次序排列在列表中。同样的，降低成本这一目标清晰地列在列表中，但是排在分布式管理和支持多种网络这两个目标之后。其他的协议体系，包括一些流行的商业体系，优化成为某种特定的网络，比如使用中等速率电话线构建的远程存储直通网络，在这种环境下递交了一个有效的解决方法，作为交易某些匮乏的其他类型网络，例如局域网的交换。读者应该仔细考虑列表中的目标，并且意识到这不是母版列表，顺序的优先权为因特网架构的设计决策增添了色彩。4、 面对困难的生存力列表中最重要的目标是因特网应该持续提供通信服务，即使网络和网关出现故障。特别的，这一目标应当被理解为：如果网络中两个实体正在通信，一些错误导致因特网临时破坏，重新配置和重新建立服务，这两个实体能够继续通信却没有重新建立或者重置它们会话的高级状态。具体来说，在传输层的服务接口，该架构没有提供设施进行传输层的客户通信，发送者和接受者之间的同步性将会丢失。在该架构中假设同步性永不会丢失，除非任何类型的通信均无物理路劲可走。换句话说，在传输层的顶部，只有一种失败，那就是完全的分裂。这种体系架构能够掩盖所有的短暂性失效。为了实现这一目标，用于描述持续会话的状态信息必须被保护。状态信息的特例是包传输数量，包确认数量和流控制权限。如果体系的低层丢失了这些信息，将不会通知信息丢失，应用层将会解决同步性的丢失。该架构坚持这种破坏不会发生，这就意味着要防止状态信息丢失。在一些网络体系结构中，这些状态存储在网络中的中间包交换结点里，在这种情况下，要保护信息以防丢失，就要进行复制。由于复制的分布式本质，通过算法来确保强健的复制这一想法很难实现，包含分布式状态信息的新网络提供多种保护以防失败。另一种选择是将这些信息组织起来保存到网络终端，即网络中利用这些服务的实体。我称这种途径为可靠性均摊。这种命运均摊模型建议是说状态信息与实体共存亡。尤其是关于传输层同步性的信息存储在连接到网络的并且使用其通信服务的主机。与复制相比，命运均摊有两个重要的优势。第一，命运均摊是免于任何数量的中间失效，而复制只能保护一定的数量。第二，对于工程师来说，命运均摊更容易。通过命运均摊达到生存力有两个后果。第一，中间包交换结点或网关一定没有任何关于持续互联的状态信息。相反，他们是无状态包交换，一类网络设计有时候叫做数据包网络。第二，更加确信放入主机机制而不是网络确保数据传输可靠性的体系架构。如果主机驻留算法确保数据失效的顺序和确认，这种机制上的应用将被阻止运行。尽管事实上生存性是列表中的第一目标，但依然对于互联现有网络这一最高目标排第二。一个更为健壮的技术或许诞生于单一的多媒体网络设计。例如，英特网关于“网络报告其失效的能力做了非常弱的假设。因此英特网被迫使用英特网级的机制去侦测网络失效，伴随着一个更慢和较不精确的错误侦测的潜力5、 服务种类因特网体系的第二目标是在传输服务层支持多种类型的服务。不同类型的服务通过对速率、延迟和可靠性等指标的不同要求来区分。传统的服务类型是数据的双向可靠传输，这种服务有时也叫做虚电路服务，适用于远程登录和文件传输等应用。这是因特网架构提供的第一种服务，使用控制传输协议TCP，在很早就意识到这种服务有多种变体，因为远程登录需要一种低延迟的传输服务，对带宽的要求很低，而文件传输则不关心延迟，但却要求很高的吞吐量。TCP允许提供多种服务。TCP最初的概念是大体上能够支持任何需要类型的服务，然而，随着所需要的服务越来越清晰，通过一种协议来提供所有的服务看起来非常困难。在TCP服务范围之外的第一个例子是XNET，互联网交叉调试器，多个原因以至于TCP不适合为XNET提供服务。首先，调试期协议是不可靠的。这个结论看起来很古怪，但是在压力和失败的条件下，要求一种可靠地通信也许会阻断所有的通信。建立一个能够处理接通的服务比坚持每个比特按序传输要来的更好。第二，如果TCP大体上足够应对大量的客户，这大概多少有些复杂。在调试环境下期盼这种复杂度看起来是不对的，这样做可能会导致操作系统缺少基本的服务。所以XNET直接运行在报文服务层上端的系统。另一种不适合TCP的服务是数字化语音实时传输，它要求支持电话会议部分的命令和控制应用，在数字化语音中，基本的要求不是可靠性服务，而是在包传输过程中延迟的最小化和尽可能平缓，在应用层数字化模拟语音，将结构比特打包，在正常基础上的网络传输它们，它们必须按照正常的顺序到达接收方，并且在转换成模拟信号，如果包没有如期到达，实时重新装配信号是不可能的。关于延迟的可变性控制的一个惊人发现是，网络中导致延迟的一个重要因素是提供可靠传输机制。一个典型的可靠性传输协议通过重传来响应丢失包，直到丢失包被重传后再按序传输剩余的包。延迟消耗的时间是包传输时间的好几倍而且可能会完全中断实时对话再现语音。相反，应对这样偶然的丢失包是轻而易举的。丢失的语音可以用一小段静音代替，在大多情况下这样做并不会影响可理解性，接听者可以让说话者重复刚才丢失的语音。在因特网体系发展的早期，就决定要求不只有一种传输服务，该体系结构必须能够容忍同步传输，同时对可靠性、延迟、带宽限制在最低限度。这个目标导致TCP和IP从最初的一个单一协议划分为两层。TCP提供单一的可靠地顺序传输的数据流服务，而IP只提供一个基本的组成构件，在此之上可以建立多种类型的服务，这个构件就是数据报，也被用于提供存活性。当与数据报传输联系起来的可靠性没有保证时，通过最大努力来建立一个可靠地数据报服务或者是底层网络基体的基本延迟来换取可靠性是很有可能的。用户数据报协议就是为了向应用层接口提供基本数据报服务而产生的。该体系并不希望假设下层网络能支持多种类型的服务，因为这样会违反现有网络的目标。相反，该体系希望各种类型的服务可以通过算法构建在主机或网关的基本数据报组件上。例如，将一个延迟可控的数据包放到传输队列的头部，直到它的生命周期终止才将其丢弃，这样可靠性的数据流就位于队列的后面，无论在网络中多长时间也不会被丢弃。这就验证了在没有底层网络支持的情况下要提供多种类型的服务是很困难的。最重要的问题是网络的设计源于单一类型的服务，不具备支持其他服务的灵活性。更为普通的是，一个网络是在这样一种假设下设计的，即它应当递交可靠服务，将拒绝延迟作为产生可靠服务的一部分，无论这种可靠性是否是期望的。例如为X.25定义的接口行为，显示了可靠传输，并且没有办法将这一点去掉。因此，尽管因特网在X.25上运行的很成功，但却不能再这样的环境下递交想要的变异服务类型。其他有固有数据报服务的网络在其服务类型上更加灵活，但这样的网络共同点很少，特别是在上下文中。6、 网络的种类对于一个成功的网络体系来说，吸收和利用多种网络技术包括商业和军事设施是很重要的。因特网体系就很成功的做到了这一点：它调配了多种网络，包括远程网、局域网、广播卫星网、信息报无线电网，从1200比特每秒的异步联接到T1连接的连续信号，还有大量的其他异步设备，包括计算机间的母线，其他网络高层提供的传输服务，例如IBM的HASP。因特网体系是通过最小化网络提供服务能力的假设来实现灵活性的，最基本的假设是传输一个包或报文，数据报必须是合理的大小，最小大概是100比特，需要合理但并不完美的可靠性传输。可能最小100比特，需要合理但不是完美可靠的进行交付。该网络必须有一些合适的寻址方式，如果它有多于一个的链接点。有那么一些服务不是明显的从网络中假设而来。这些包括可靠或按序传输，网络级别广播和多播，传送包的优先级排序，支持多种类型的服务，内部失效应答，速度或延迟。如果这些服务是被需要的，那么为了在因特网中容纳一个网络，或者该网络直接支持这些服务，或者网络接口软件提供增强功能来使网络的终端模拟这些服务，这是很有必要的。感觉这是一种不期望的方式，因为这些服务需要重新设计与实现每个单独网络和到每个网络的每个单独宿主接口。通过在传输时设计这些服务，比如通过TCP进行可靠传送，该设计必须一次完成，而实现必须对每个宿主一次性完成。那之后，为了一个新网络的接口软件实现就是非常简单的事了。7、 其他目标已经讨论过的三个目标对于因特网体系的设计具有深远的影响，剩余的目标，由于它们不是很重要，可能不是很有效，或者不是被全部设计。允许英特网的分布式管理这一目标在某些方面肯定是符合了。例如，英特网中所有的网关并不是都由同一个代理实现和管理的。在部署的英特网中有多个不同的管理中心，每一个都操作着网关的一个子集，且有一个双层路由算法，许多来自不同管理的网关能交换路由表，即便它们不是完全互相信任，并且在单一管理中大量的私有路由算法被用于网关。类似的，管理着网关的不同组织与管理相连网关网络的组织并非相同。另一方面，因特网中具有重大意义的问题与缺乏分布式管理的有效工具有关，尤其是在路由方面。现在运行的大型因特网中，路由决策受到资源使用策略的约束。如今可以在一种有限的方式下完成，其要求手动设置表。这是吃力不讨好的事。在未来几年中因特网体系架构最重要的改变很可能是“在多重管理的环境下为资源管理开发出一种新的工具。很明显，在特定环境下，在昂贵通讯资源的使用成本效益方面，因特网体系架构并不如一个定制化的体系架构。因特网包的报头相当长（典型的报头有40个字节），如果发送短的包，这种开销就显而易见了。最坏的情况是，远程登录包的单一字符，其携带40字节的报文头和一个字节的数据。实际上，对任何协议族来说，宣称这种互换可以在合理有效性下进行都是很困难的。另一个极端情形是，文件传输中的大型包，可能有1000字节的数据，报头开销只占百分之四。低效的另一个可能根源就是丢失包的重传。因为英特网并不坚持丢失的包在网络级别要恢复，那么从因特网的一端到另一端重传一个丢失包就有必要了。这意味着被重传的包可能在一秒内跨越多个中间网络，与此同时在网络级别的恢复确不会形成这种重复通讯。这是权衡上面讨论的在端点提供服务决策的一个例子。网络接口编码简单的多，但是整体效率潜在的较少。然而，如果重传率足够低，那么增量成本是可以忍受的。作为并入网络的近似法则，一百个包中丢失一个包是合理的，但是十个包中丢失一个包就应当加强网络的可靠性，如果需要这种服务类型的话。在因特网中添加一台主机到的成本可能某种程度上要高于其它体系架构，因为所有的提供期望服务类型的机制，比如应答和重传策略，都必须在宿主而非网络中得到实现。最初，对那些并不熟悉协议实现的程序员而言，这样做的努力看起来有些使人胆怯。伴随协议只会实现一次，而非为每种类型的宿主再次实现的观念，实现者尝试诸如将传输协议移动到处理器前端一样的事。然而，这就要求发明一种到前端协议的宿主，有些人认为其作为初始传输协议来说，实现是复杂的。当经历协议增加时，相关于在宿主中实现协议族的渴望看上去下降了，现在为各种广泛差异的包括个人计算机和其它计算资源非常的机器就有可得的实现了。伴随主机驻留机制出现了一个相关问题，即该机制贫乏的实现可能会损害网络同时也损害宿主。这个问题是可以容忍的，因为最初实验涉及有限数量的可控宿主实现。然而，当英特网的使用增加时，这个问题变得很严重了。在这方面，鲁棒性目标，导致命运共担的方法，导致了寓于宿主的算法，如果宿主发生故障时就要承担对鲁棒性的一个丢失。最后一个目标是可解读性。实际上，可解读性在Cerf 和 Kahn的第一篇论文中作为协议和网关的一个重要的功能讨论过。然而，目前，因特网架构中只包含少量的包流统计工具。这个问题在今天才得到研究，因为体系结构的规模扩展到包含了非军事消费者，他们对理解与侦测因特网内的资源使用十分关注。名句赏析！不限主题不限抒情四季山水天气人物人生生活节日动物植物食物山有木兮木有枝，心悦君兮君不知。_佚名越人歌人生若只如初见，何事秋风悲画扇。_纳兰性德木兰词拟古决绝词柬友十年生死两茫茫，不思量，自难忘。_苏轼江城子乙卯正月二十日夜记梦只愿君心似我心，定不负相思意。_李之仪卜算子我住长江头玲珑骰子安红豆，入骨相思知不知。_温庭筠南歌子词二首 / 新添声杨柳枝词曾经沧海难为水，除却巫山不是云。_元稹离思五首其四愿得一心人，白头不相离。_卓文君白头吟去年今日此门中，人面桃花相映红。_崔护题都城南庄平生不会相思，才会相思，便害相思。_徐再思折桂令春情入我相思门，知我相思苦。_李白三五七言 / 秋风词山无陵，江水为竭。冬雷震震，夏雨雪。天地合，乃敢与君绝。_佚名上邪人生自是有情痴，此恨不关风与月。_欧阳修玉楼春尊前拟把归期说一往情深深几许？深山夕照深秋雨。_纳兰性德蝶恋花出塞两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮。_秦观鹊桥仙纤云弄巧执子之手，与子偕老。_佚名击鼓花自飘零水自流。一种相思，两处闲愁。_李清照一剪梅红藕香残玉簟秋问世间，情为何物，直教生死相许？_元好问摸鱼儿雁丘词 / 迈陂塘一日不见兮，思之如狂。_司马相如凤求凰 / 琴歌人生如逆旅，我亦是行人。_苏轼临江仙送钱穆父世间无限丹青手，一片伤心画不成。_高蟾金陵晚望林花谢了春红，太匆匆。无奈朝来寒雨，晚来风。_李煜相见欢林花谢了春红独立寒秋，湘江北去，橘子洲头。_毛泽东沁园春长沙身无彩凤双飞翼，心有灵犀一点通。_李商隐无题昨夜星辰昨夜风滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。_杨慎临江仙滚滚长江东逝水怕相思，已相思，轮到相思没处辞，眉间露一丝。_俞彦长相思折花枝此情可待成追忆？只是当时已惘然。_李商隐锦瑟思悠悠，恨悠悠，恨到归时方始休。_白居易长相思汴水流取次花丛懒回顾，半缘修道半缘君。_元稹离思五首其四若是前生未有缘，待重结、来生愿。_乐婉卜算子答施雨打梨花深闭门，忘了青春，误了青春。_唐寅一剪梅雨打梨花深闭门少年不识愁滋味，爱上层楼。爱上层楼。为赋新词强说愁。_辛弃疾丑奴儿书博山道中壁自在飞花轻似梦，无边丝雨细如愁。_秦观浣溪沙漠漠轻寒上小楼近水楼台先得月，向阳花木易为春。_苏麟断句一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。_杜牧过华清宫绝句三首抽刀断水水更流，举杯消愁愁更愁。_李白宣州谢脁楼饯别校书叔云 / 陪侍御叔华登楼歌疏影横斜水清浅，暗香浮动月黄昏。_林逋山园小梅其一人面不知何处去，桃花依旧笑春风。_崔护题都城南庄时光只解催人老，不信多情，长恨离亭，泪滴春衫酒易醒。_晏殊采桑子时光只解催人老一生大笑能几回，斗酒相逢须醉倒。_岑参凉州馆中与诸判官夜集天涯地角有穷时，只有相思无尽处。_晏殊玉楼春春恨问君能有几多愁？恰似一江春水向东流。_李煜虞美人春花秋月何时了似此星辰非昨夜，为谁风露立中宵。_黄景仁绮怀菩提本无树，明镜亦非台。_惠能菩提偈溪云初起日沉阁，山雨欲来风满楼。_许浑咸阳城东楼 / 咸阳城西楼晚眺 / 西门春风得意马蹄疾，一日看尽长安花。_孟郊登科后枯藤老树昏鸦，小桥流水人家，古道西风瘦马。_马致远天净沙秋思空山新雨后，天气晚来秋。_王维山居秋暝人到情多情转薄，而今真个悔多情。_纳兰性德山花子风絮飘残已化萍同是天涯沦落人，相逢何必曾相识！_马致远杂剧江州司马青衫泪浮云一别后，流水十年间。_韦应物淮上喜会梁川故人 / 淮上喜会梁州故人 名句赏析！不限主题不限抒情四季山水天气人物人生生活节日动物植物食物山有木兮木有枝，心悦君兮君不知。_佚名越人歌人生若只如初见，何事秋风悲画扇。_纳兰性德木兰词拟古决绝词柬友十年生死两茫茫，不思量，自难忘。_苏轼江城子乙卯正月二十日夜记梦只愿君心似我心，定不负相思意。_李之仪卜算子我住长江头玲珑骰子安红豆，入骨相思知不知。_温庭筠南歌子词二首 / 新添声杨柳枝词曾经沧海难为水，除却巫山不是云。_元稹离思五首其四愿得一心人，白头不相离。_卓文君白头吟去年今日此门中，人面桃花相映红。_崔护题都城南庄平生不会相思，才会相思，便害相思。_徐再思折桂令春情入我相思门，知我相思苦。_李白三五七言 / 秋风词山无陵，江水为竭。冬雷震震，夏雨雪。天地合，乃敢与君绝。_佚名上邪人生自是有情痴，此恨不关风与月。_欧阳修玉楼春尊前拟把归期说一往情深深几许？深山夕照深秋雨。_纳兰性德蝶恋花出塞两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮。_秦观鹊桥仙纤云弄巧执子之手，与子偕老。_佚名击鼓花自飘零水自流。一种相思，两处闲愁。_李清照一剪梅红藕香残玉簟秋问世间，情为何物，直教生死相许？_元好问摸鱼儿雁丘词 / 迈陂塘一日不见兮，思之如狂。_司马相如凤求凰 / 琴歌人生如逆旅，我亦是行人。_苏轼临江仙送钱穆父世间无限丹青手，一片伤心画不成。_高蟾金陵晚望林花谢了春红，太匆匆。无奈朝来寒雨，晚来风。_李煜相见欢林花谢了春红独立寒秋，湘江北去，橘子洲头。_毛泽东沁园春长沙身无彩凤双飞翼，心有灵犀一点通。_李商隐无题昨夜星辰昨夜风滚滚长江东逝水，浪花淘尽英雄。_杨慎临江仙滚滚长江东逝水怕相思，已相思，轮到相思没处辞，眉间露一丝。_俞彦长相思折花枝此情可待成追忆？只是当时已惘然。_李商隐锦瑟思悠悠，恨悠悠，恨到归时方始休。_白居易长相思汴水流取次花丛懒回顾，半缘修道半缘君。_元稹离思五首其四若是前生未有缘，待重结、来生愿。_乐婉卜算子答施雨打梨花深闭门，忘了青春，误了青春。_唐寅一剪梅雨打梨花深闭门少年不识愁滋味，爱上层楼。爱上层楼。为赋新词强说愁。_辛弃疾丑奴儿书博山道中壁自在飞花轻似梦，无边丝雨细如愁。_秦观浣溪沙漠漠轻寒上小楼近水楼台先得月，向阳花木易为春。_苏麟断句一骑红尘妃子笑，无人知是荔枝来。_杜牧过华清宫绝句三首抽刀断水水更流，举杯消愁愁更愁。_李白宣州谢脁楼饯别校书叔云 / 陪侍御叔华登楼歌疏影横斜水清浅，暗香浮动月黄昏。_林逋山园小梅其一人面不知何