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左边是典型的集中控制通信网络#xff0c;很容易被摧毁#xff0c;而右边的网络则没有单点问题#xff0c;换句话说它很难被全部摧毁#xff0c;与此同时#xff0c;分…本文将给出关于互联网架构演进的一个不同视角。回顾一下互联网的核心理论基础产生的背景
左边是典型的集中控制通信网络很容易被摧毁而右边的网络则没有单点问题换句话说它很难被全部摧毁与此同时分时计算机无法容忍 “占线”它希望网络也是一个分时系统。如何同时处理多个来源的数据包的交织是一个实际问题最后莱昂纳德克莱因洛克通过排队论数学分析使人们相信了分组交换网的可行性。
理论基础奠定后时间来到 1970 年代人们需要将概念工程化TCP 诞生但 IP 还没有。再次通过 RFC675 看 TCP 最初的样子4.2 节展示了 TCP 格式
8 bits: Internet information
2 bits: Reserved for local PSN use
2 bits: Header format (11 in binary)
4 bits: Protocol version number
8 bits: Header length in octets (32 is the current value)
16 bits: Length of text in octets
32 bits: Packet sequence number
32 bits: Acknowledgment number (i.e. sequence number of next octet expected).
16 bits: Window size (in octets)
16 bits: Control InformationListed from high to low order:SYN: Request to synchronize sending sequence numbersACK: There is a valid acknowledgment in the 32 bit ACK fieldFIN: Sender will stop SENDing and RECEIVEing on this connectionDSN: The sender has stopped using sequence numbers and wants to initiate a new sequence number for sending.EOS: This packet is the end of a segment and therefore has a checksum in the 16 bit checksum field. If this bit is not set, the 16 bit checksum field is to be ignored. The bit is usually set, but if fragmentation at a GATEWAY occurs, the packets preceding the last one will not have checksums, and the last packet will have the checksum for the entire original fragment (segment) as it was calculated by the sending TCP.EOL: This packet contains the last fragment of a letter. The EOS bit will always be set in this case.INT: The sender wants to INTERRUPT on this connection.XXX: six (6) unused control bitsOD: three (3) bits of control dispatch:000: Null (the control octet contents should be ignored}001: Event Code is present in the control octet. These were defined in section 2.4.3.010: Special Functions011: Reject (codes as yet undefined)1XX: Unused
8 bits: Control Data OctetIf CD is 000 then this octet is to be ignored.If CD is 001, this octet contains event codes defined in section2.4.3If CD is 010, this octet contains a special function code as defined below:0: RESET all connections between Source and Destination TCPsl: RESET the specific connection referenced in this packet2: ECHO return packet to sender with the special function code ECHOR (Echo Reply).3: QUERY Query status of connection referenced in this packet4: STATUS Reply to QUERY with requested status.5: ECHOR Echo Reply6: TRASH Discard packet without acknowledgment6: UnusedNote: Special function packets not pertaining to a particular connection [RESET all, ECHO, ECHOR, and TRASH] are normally sent using socket zero as described in section 3.2.If CD is 01l, this octet contains an as yet undefined REJECT code.If CD is 1XX, this octet is undefined.
# 4 bits: Length of destination network address in 4 bit units (current value is 1)
# 4 bits: Destination network address1010-1111 are addresses of ARPANET, UCL, CYCLADES, NPL, CADC, and EPSS respectively.
# 16 bits: Destination TCP address
# 8 bits: Padding
# 4 bits: length of source network address in 4 bit units (current value is 1)
# 4 bits: source network address (as for destination address)
# 16 bits: Source TCP address
# 24 bits: Destination port address
# 24 bits: Source port address
16 bits: Checksum (if EOS bit is set)看上去和现在的 TCP 一点都不一样当时 TCP 和后来的 IP 是同一个协议统称 TCP。第 41 行开始(我做了 # 标记)的字段与寻址有关早期并没有采用固定 32 位地址而采用了一种非常变通的方式
4bits 指示网络地址长度16bits 寻址该网络内的具体 TCP 实体。
我们知道“16 bits: Destination TCP address” 标识的 TCP 实体其实就是主机地址但在当时一个 TCP 就表示一个主机因为没别的协议。接下来的 24bit 端口有点意思我们知道最终它变成了 16bit用于多路复用和解复用。
在 1980 年 RFC760 和 RFC761 试图分离 IP 并标准化 TCP/IP 时考虑到当时的实现开销(慢 CPU小内存)变长地址转向固定 32bit即 IP 地址这一切终于在 RFC791 和 RFC793 中最终被标准化就是 TCP/IPv4。
回顾互联网早期历史时虽然分时系统已经预见了后来的 PC 以及随之而来的内容分发时代迟早到来但畅想归畅想在实践中仍然倾向于换一种方式 “打电话”这更实际所以我们看到 1974 年的 TCP 是一条虚电路建立 TCP 连接带着浓厚的 “呼叫”“连接” 的味道(细看 SYNACK/SYN[是这个顺序而不是 SYN/ACK]ACK)。
至于 IP它只是从 TCP 剥离出来的一个极其稳定的平台极其稳定的原因是它极其简化它甚至没有任何语义但在本质上IP 依旧源自于 “呼叫”IP 互联的意思是基于 IP 之上端到端传输层协议的点对点互联一个 IP 地址与另一个 IP 地址之间的 “通信”。换句话说IP 不负责 “打电话的方式” 这种复杂的带有逻辑的语义但 IP 地址似乎就是 “电话号码” 本身。
离开 TCP/IP 转向底层分组交换传输网络我们发现无论是 X.25帧中继还是 ATM都可归为 “用分组交换的方式打电话”。当我们说 ATM 带有电信的影子时我们在说什么这个问题很有趣。
分组交换传输网络转发方案分为两大阵营分别为利用路由器内转发状态(流表)的电信阵营和利用数据包中转发指示(地址)的互联网阵营前者成员直接或间接传承传统电话电信系统(ITU)典型作品为 ATM后者则来自相对较新的开放组织(IEEE/IETF)典型作品为以太网TCP/IP。下面简述它们彼此争论的核心过程和结果。
我们现在知道ATM 以及其它虚电路传输技术都是分离后 IP(即 RFC760 之后) 的反面看清 IP 后反着看就看清了它们所有。IP 是无状态尽力而为(best-effort)的这意味着路由器不保留任何包或流状态所有寻址信息都在数据包本身(即 IP 头)路由器仅执行 SPF 逐跳转发。那么反过来ATM 等网络就是在交换机保存状态数据包中携带一个短标识该标识可以理解为交换机中保存状态的索引即虚电路标识。虚电路网络基于虚电路标识的转发本质上就是 “标签交换”。
虚电路网络采用有状态交换的好处之一就是 QoS 非常容易实现有句话说得好IP 从诞生到现在一直在想办法支持 QoS而 QoS 一直是虚电路网络的核心原则。
IP 除了无状态交换其数据包的大小是可变长的这加剧了时延和抖动的不确定性对于电话系统的设计者或受其影响的网络工作者而言不可接受那么自然而然的固定大小的信元交换就成了这类虚电路网络的核心特征。衍生自电话系统的设计虚电路信元足够短这样才能支持足够细粒度的信元调度以确保低时延和低抖动既然信元足够短支持相对大的头(比如 IP 头)就显得昂贵这又反过来催使信元交换网络必须采用有状态交换每个信元中的地址只是一个简单的表索引而不是索引匹配的目的地址所有的信息都在交换机中。
你看信元交换和有状态网络是相辅相成相互加强的。相对应的IP 的无状态交换和变长包也是相辅相成的。
最后在一种朴素的哲学意义上任何相对立的事物最终都会出现某种融合MPLS 就是典型例子在变长的数据包而不是定长的信元上使用标签交换。另一个更加激进的融合实例是 IP NAT它本质上也是标签交换只不过它交换的是 IP 地址本身。
以上我们看到无论从 TCP/IP 还是底层传输网络来看“呼叫”“连接” 是早期互联网的核心但随着 1980 年代后期到 1990 年代全面进入 PC 时代后以及随着 Web 的发展“呼叫” 网络逐渐开始变成 “内容” 网络在这种网络中一台计算机程序 “呼叫” 另一台计算机程序是非常奇怪的取而代之更合理的是多台计算机作为客户端从少数服务器上 “获取内容”。这导致了前面的文章 TCP Listen 语义与端口失衡 里提到的源端口和目标端口数量偏斜以及与之相关的一系列问题我也给出了相应的 work around但在这里我用更抽象的描述重述同一件事。
TCP 可分为两类作为内容服务的 Anycast TCP 以及作为通信连接的 Unicast TCP
内容 TCP非对称连接dport 高 8bit 作为 Anycast 服务进程索引(比如 hash 索引)低 8bit 做 Anycast 地址索引服务类型通信 TCP对称连接一对一通信类似呼叫类服务打电话远程登录等。
无论哪一种都并非一定需要 Listen注意Listen 是 Socket 的不是 TCP 的。内容 TCP 请求可以直接定向到服务进程而通信 TCP 请求可以执行唤起服务进程的操作类似 Unix 系统中 “振铃” 服务而 sip sport 和 dip dport 可视作主叫和被叫的 “电话号码”这就很类似 fork exec 操作只是为了实现这个操作Listen Accept 非常合适而已。
但 work around 总归治标不治本这是因为 TCP 甚至整个 TCP/IP 协议族本就不适合内容分发它最初是为全球 IP 互联互通的 “呼叫” 和 “连接” 创立的但后面的发展表明类似 Web 这种多对一的 C/S 内容分发应用才是互联网上最流行的NAT 之所以可行并大规模铺开反面印证了内容分发模式应用确实是普遍的否则如果真的都是一对一通信应用NAT 根本无法部署实施。
映射到现实世界人们去商超购物去影院看电影去饭店吃饭这种出入公共场所的频率远大于去私人家登门拜访的频率而出入公共场所和出入私人家最本质的区别有两个
公共场所不需要登记人们是谁或来自哪里但私人拜访需要公共场所不挑地址比如连锁店去最近的那家即可但私人拜访必须去固定地址。
映射回互联网络架构这导致专门用于内容分发的网络被提出即 NDN(Named Data Networking)这是一种以内容为中心的网络人们只关心获取的内容并不关心该内容来自哪里同时内容提供者也过度不关心请求者来自哪里。
NDN 是一种非常激进的网络架构它要求路由器记录每包状态却不强制每包内含任何地址信息同时它建议路由器缓存它能尽力缓存的一切内容比如被很多人请求频率很高的内容。
包中没有地址如何路由还记得虚电路如何做的吗包中有个虚电路标号索引交换机的状态表即可对应于 NDN包里有个 “内容名字”索引路由器中的状态表即可
如果本地没有请求名字对应的内容路由器如何知道内容在哪里呢这涉及到 NDN 复杂的技术细节比如沿途路由器可以自学习机制学习过路名字/内容对所对应的端口或者直接泛洪还有一种可能就是内容提供者主动泛洪或自定义推送类似商场搞活动时沿途发传单推销传单上印有店铺地址。
至于路由器如何缓存内容主要看内容的流行度重要程度以及一些自定义策略。
NDN 延续了 TCP/IP 成功的沙漏模型保持了沙漏形状的架构但用数据名字代替 IP 地址进行数据传输。增加路由器的缓存功能也在情理之中TCP/IP 的年代存储部件小且昂贵如今不同了。
NDN 是天然的静态内容分发网络它和现实世界是高度拟合的在内容的自然选择下最流行最重要流量最大的内容总会在离人们最近的边缘节点被缓存这就是一个无需 GSLB 的 CDN 网络。至于动态内容它天然就是一个扇入系统自带拥塞属性类似直播的流量几乎就是现实世界演唱会大型集会的翻版。
由于 CDN 的高速发展和全面部署回源被聚拢在 CDN 内容提供商极其粗壮的内网掩盖了传统 TCP/IP 的大多数问题使 NDN 网络始终停留在概念但它的理念无疑是先进的从 NDN 先进的内容分发理念的意义上说CDN 只是一个 work around比如它始终解决不了最后一公里拥塞问题因为本质上 CDN 仍是一个多对一访问系统而 NDN 会将内容推向离多个用户更近的多个位置没了带宽竞争问题自然消失交易则是用存储成本自动机交换独享内容带宽。
NDN 是一种完全不同于 TCP/IP 并与之并列的网络架构它甚至不使用 IP 这个稳定的平台。如果说 TCP/IP 适用于点到点通信它本质上还是一个通信网络那么 NDN 就是一个专门的静态内容分发网络非常适用于 Web。如果 19601970 年代网络从理论概念到工程化的时期内容分发已经比打电话远程登录互传文件更流行了那么可想而知如今的互联网架构大概率就是 NDN 或与之类似的它可能仍叫 TCP/IP但含义将完全不同。
醉过风喝过茶没得英雄名讳掂量个旧事抵酒价在座皆算老友碗底便是天涯作罢。
浙江温州皮鞋湿下雨进水不会胖。 文章转载自： http://www.morning.2d1bl5.cn.gov.cn.2d1bl5.cn http://www.morning.kmqlf.cn.gov.cn.kmqlf.cn http://www.morning.grynb.cn.gov.cn.grynb.cn http://www.morning.chzqy.cn.gov.cn.chzqy.cn http://www.morning.bhdyr.cn.gov.cn.bhdyr.cn http://www.morning.gbxxh.cn.gov.cn.gbxxh.cn http://www.morning.zztmk.cn.gov.cn.zztmk.cn http://www.morning.qmxsx.cn.gov.cn.qmxsx.cn http://www.morning.rfljb.cn.gov.cn.rfljb.cn http://www.morning.tqpnf.cn.gov.cn.tqpnf.cn http://www.morning.xgjhy.cn.gov.cn.xgjhy.cn http://www.morning.amlutsp.cn.gov.cn.amlutsp.cn http://www.morning.sjpht.cn.gov.cn.sjpht.cn http://www.morning.knczz.cn.gov.cn.knczz.cn http://www.morning.ygqhd.cn.gov.cn.ygqhd.cn http://www.morning.gkmwk.cn.gov.cn.gkmwk.cn http://www.morning.ssglh.cn.gov.cn.ssglh.cn http://www.morning.nba1on1.com.gov.cn.nba1on1.com http://www.morning.rwhlf.cn.gov.cn.rwhlf.cn http://www.morning.wmgjq.cn.gov.cn.wmgjq.cn http://www.morning.mkfhx.cn.gov.cn.mkfhx.cn http://www.morning.cljmx.cn.gov.cn.cljmx.cn http://www.morning.ddrdt.cn.gov.cn.ddrdt.cn http://www.morning.wdjcr.cn.gov.cn.wdjcr.cn http://www.morning.wdrxh.cn.gov.cn.wdrxh.cn http://www.morning.zfkxj.cn.gov.cn.zfkxj.cn http://www.morning.xhqr.cn.gov.cn.xhqr.cn http://www.morning.bkwd.cn.gov.cn.bkwd.cn http://www.morning.yrhd.cn.gov.cn.yrhd.cn http://www.morning.gfmpk.cn.gov.cn.gfmpk.cn http://www.morning.wfcqr.cn.gov.cn.wfcqr.cn http://www.morning.dmtbs.cn.gov.cn.dmtbs.cn http://www.morning.hjwxm.cn.gov.cn.hjwxm.cn http://www.morning.tpyrn.cn.gov.cn.tpyrn.cn http://www.morning.qgqck.cn.gov.cn.qgqck.cn http://www.morning.mqmmc.cn.gov.cn.mqmmc.cn http://www.morning.jybj.cn.gov.cn.jybj.cn http://www.morning.dzpnl.cn.gov.cn.dzpnl.cn http://www.morning.xnhnl.cn.gov.cn.xnhnl.cn http://www.morning.xcjwm.cn.gov.cn.xcjwm.cn http://www.morning.ktskc.cn.gov.cn.ktskc.cn http://www.morning.wjqyt.cn.gov.cn.wjqyt.cn http://www.morning.pphbn.cn.gov.cn.pphbn.cn http://www.morning.httpm.cn.gov.cn.httpm.cn http://www.morning.lqpzb.cn.gov.cn.lqpzb.cn http://www.morning.dmzmy.cn.gov.cn.dmzmy.cn http://www.morning.gklxm.cn.gov.cn.gklxm.cn http://www.morning.dmzfz.cn.gov.cn.dmzfz.cn http://www.morning.hsdhr.cn.gov.cn.hsdhr.cn http://www.morning.gtkyr.cn.gov.cn.gtkyr.cn http://www.morning.tkgxg.cn.gov.cn.tkgxg.cn http://www.morning.27asw.cn.gov.cn.27asw.cn http://www.morning.fdmtr.cn.gov.cn.fdmtr.cn http://www.morning.kbbmj.cn.gov.cn.kbbmj.cn http://www.morning.rzpkt.cn.gov.cn.rzpkt.cn http://www.morning.dbqcw.com.gov.cn.dbqcw.com http://www.morning.ygrdb.cn.gov.cn.ygrdb.cn http://www.morning.rdtp.cn.gov.cn.rdtp.cn http://www.morning.pqppj.cn.gov.cn.pqppj.cn http://www.morning.wbysj.cn.gov.cn.wbysj.cn http://www.morning.ycnqk.cn.gov.cn.ycnqk.cn http://www.morning.mjjty.cn.gov.cn.mjjty.cn http://www.morning.ljjmr.cn.gov.cn.ljjmr.cn http://www.morning.pzqnj.cn.gov.cn.pzqnj.cn http://www.morning.kzrbn.cn.gov.cn.kzrbn.cn http://www.morning.ztqj.cn.gov.cn.ztqj.cn http://www.morning.rcrnw.cn.gov.cn.rcrnw.cn http://www.morning.sjwws.cn.gov.cn.sjwws.cn http://www.morning.wqpm.cn.gov.cn.wqpm.cn http://www.morning.cpzkq.cn.gov.cn.cpzkq.cn http://www.morning.ptlwt.cn.gov.cn.ptlwt.cn http://www.morning.ffmx.cn.gov.cn.ffmx.cn http://www.morning.bnlkc.cn.gov.cn.bnlkc.cn http://www.morning.bdsyu.cn.gov.cn.bdsyu.cn http://www.morning.lkcqz.cn.gov.cn.lkcqz.cn http://www.morning.njddz.cn.gov.cn.njddz.cn http://www.morning.bpwz.cn.gov.cn.bpwz.cn http://www.morning.phechi.com.gov.cn.phechi.com http://www.morning.jcyrs.cn.gov.cn.jcyrs.cn http://www.morning.kksjr.cn.gov.cn.kksjr.cn
