RFC872 局域网上的TCP协议

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译文发布时间：2001-4-27
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RFC 872        September 1982
 M82-48

局域网上的TCP协议
（RFC872  TCP-ON-A-LAN）

                                       M.A. PADLIPSKY
                                     THE MITRE CORPORATION
Bedford, Massachusetts


一: 摘要

       在这个文档里,我们证明那些认为符合DoD(美国国防部)标准的TCP和IP协议不适
合局域网的观点是不正确的.这个文档是和M82-47, M82-49, M82-50, and M82-51紧密联系
的.

二: 主旨

     这篇论文的主旨是否定那种认为TCP协议用在局域网是一种woozle的观点.为了达到
这一点,我们需要知道什么是woozle,什么是LAN,什么是TCP.

  1: Woozles(一种可怕的动物)

      第一个问题相当简单[1]:
      一个晴朗的冬日,Piglet正在扫它家门前的雪.他突然发现Pooh在不停的绕圈圈,好像想
着什么问题.于是Piglet对他说:"
         "喂,你在干什么?"
         "猎取."
         "猎取什么啊?"
         "跟踪难题."Pooh神秘的说.
         "什么难题?"
         "这正是我在想的问题,我在跟踪什么问题?"
         "你觉得有答案了吗?"
         "还没有.看那."Pooh指着它前面的地面说:"那是什么?"
         "雪痕,动物的爪痕"Piglet兴奋的尖叫到,",你不觉得这是一个Woozle吗!"
         
   于是他们互相是对方相信这就是一个Woozle,一种可怕的动物.他们害怕起来,直到
Christopher Robin 来告诉他们说他们看到的只不过是自己的脚印.

   其实,这就像我们害怕TCP协议用在局域网中一样. 我们误解了协议和环境本身,尔非技
术上不允许.
  
 2: 局域网

第二个问题就不那么简单了.一般来说,局域网是一种短距离(几千米),高传输速率(大于
几百kbps),低误码率的通信机制(子网). 它首先使得计算机(主机)之间能够通信,;其次,允许网
络打印机和TCP协议终端与主机通信,尽管这一点不是必须的.
这样,从原则上讲,主机是异类的.它们不是相同操作系统的叠加.为了达到ARPANET称
作"资源共享"和ISO称作"开放系统互连"的目标,主机之间通过层次协议进行通信.通信方式
是主机到主机(点到点)或广播方式.(在一些特别环境中,例如Ethernet,吸引人的方式是广播;在
另一些环境,例如ARPA-和ISO-标准的"Internet",广播方式是如此的昂贵一直与它不可能被
实现.)

对于局域网的实现介质和拓扑结构,我们没作任何假定.局域网介质可能是双绞线,CATV,
同轴电缆,光纤等.如果介质采用处理器到处理器的总线 ,那这个系统更像分布式多操作系统.
因微处理器不能用ARPANET或 ISO的层次协议.像"PDSC"(the Pacific Data Service Center)
和"NMIC"(the National Military Intelligence Center) 系统 都不是局域网.

局域网的拓扑结构可能是总线,环网,或星型.从这一点来说数字PBX是一个局域网, 因
为它有传输介质能提供资源共享和开放互连,虽然不能保证传输率和误码率.从拓扑结构来说,
它是中心星型结构.
对于我们来说,局域网的诱人性质是它的高数据传输率和低误码率.显见,实现这个性质
的传输介质不能用为长距离通信网络而设计的TCP协议(我们并没有把带宽的浪费归结为数
据包头.[2].pp.1509f,提供了对传统的通信方式的反驳.)如果你想做的只是让一些终端连接上
一些主机,你根本不需要任何网络协议,你所做的只能被称为LCN,而不是我们讨论的LAN.

   3: TCP

第三个我们需要知道的既直接又微妙.完全依靠我们对ARPANET标准协议的理解:直观
上来说,Figure 1 和Figure 2都需要表述清楚,它们意味着ARPANET标准协议并非一个整体,
而是层次结构.为了更清楚的说明这个问题,我们认为:TCP协议是一个主机对主机协议(近似
等价于ISO标准协议的第五层).它的最显著的性质是提供了可靠的逻辑上的连接.(这一点稍
候又会提到.) TCP协议协议的另一个显著性质是它是为Catenet(或者说是Internet)而设计的,
也就是说连接在不同通信子网上的主机之间可以像Catenet上的主机一样通信.TCP协议的其
它性质,像数据流控制,逻辑连接管理等很容易设计啦.
 
 因为TCP协议的独特的地址机制(就是说,它用二维整体来表示外部主机地址,因为它不
知道主机是否和它在同一个子网上),它需要一个接口(IP协议)来处理不同子网的信息.这种接
口就是IP协议.尽管IP协议协议被设计为和TCP协议协议独立,但它为主机间的数据传输提
供了基础.

为了处理不同子网的问题,IP协议拥有下面的性质:IP协议察看一张保存有离一个主机
最近的子网的信息(如优先级,服务等级,安全标记)的表,从而决定一个因特网地址是不是在这
个子网上;如果是,它就把信息发送给这个子网,否则,它把信息发送给网关(它有另一个IP协议
模块).可见,IP协议协议处理因特网路由,而TCP协议协议处理因特网寻址.因为一些子网传输
能力差,只能传输小数据包,IP协议协议还应该能把大数据包分割成适合相应子网的大小.最
后,IP协议协议应该提供一种机制,使得它能被其它协议辨认出来.(这是靠层次原则来实现的:
你不需要了解IP协议所传输的数据,只需要了解IP协议要干什么.)

     现在看起来有一点麻烦,因为有太多的机制.(更完整的讨论,清参考文献[4]).但这些已足
够证明我们的观点.一种未公开的协议是UDP协议-------用户数据报协议.UDP协议更强调速
率而不是正确率,它是不可靠的.对于UDP协议协议来说,任何一个数据包都建立一个逻辑连
接..这样,如果你想多路传输数据,你应该用UDP协议而非TCP协议.

三: 局域网上的TCP协议
    
不管你的主机是否属于一个局域网,也不管你是否了解TCP/IP协议,如果你要与因特网
上的另一台主机通信,你必须用TCP协议.如果你想做一些网络上的应用(ISO标准协议上的
第5层的部分服务和全部第6,7层),就需要TCP/IP协议,因为它通过逻辑连接提供了可靠性,
数据流控制,次序控制等内容.  但如果你的应用不需要TCP协议的性质,就不要用它,不管你
是在干什么.如果你想跟同一个网络上的主机通信,你可以自己设计一个协议,但这通常是极
其糟糕的.如果你想让自己的网络保持自然状态,TCP/IP协议根本不会阻碍你.但应该提醒你,
你的应用多需要主机对主机的协议,因此,除非你想搞一个真正并行的东西……否则,主机间
的协议是必不可少的.

   现在我要讨论性能问题啦.这是一个非常细节化的问题.应该指出一点:在考虑可靠性的前
提下,许多人(包括我)都为TCP协议而汗颜.因为研究机构在好多种类型的主机上的实验表明:
虽然TCP协议协议友好的容错性,但它只有12%的效率.这让我们考虑又没有必要换一种主机
对主机间的协议来替代TCP协议.(如果有这样一种协议,它也应该有TCP协议协议的可靠性
这个优点.因为你是在做TCP协议,而不是LCN,像前边提到一样.)

抓住这只Woozle! 
                  
四: 其它性质
       下面将阐述TCP/IP的其它性质:

1.	TCP/IP可以用在两个完全不同的操作系统之间;
2.	TCP/IP已经应用好几年了;
3.	IP层不限制子网提供的接口协议(尽管其中的一些是一种浪费);
4.	IP层不限制它的使用者,只要子网提供路由(不像X.25);
5.	IP协议的网关同样拥有3和4 的性质;
6.	TCP/IP符合DoD标准;
7.	应用协议和文件传输协议(包括Email)已经存在并被用在许多不同的操作系统
上;
8.	TCP/IP是受到美国国防部协议标准的支持的;
9.	研究机构报告的最新数据是: 

SUBNET
SUBNET
  PHONE LINE
实际值(kb/s)
300
1.2k
9.2
理论值(kb/s)
800
9.2k
9.6

 

     因为性质8,没有其它协议比TCP/IP更适合.特别注意上面的性质不该被误解为局域网
上TCP/IP协议的性能分析的一种限制.(但你应该知道局域网中性能分析的困难:1. 用一种备
选协议来测量比较困难;2.大部分主机不能产生如你所设想的高数据产生率.)这样就像是限
制了TCP/IP协议的运用.

五: 其它有用的数据
 
     到这里,我们已经把问题讨论清楚,但进一步分析主机的性能是合理的,如果仅仅想搞清
楚前面的讨论.主机终端是刷新模式,每一屏的内容有16ms.那么中断1秒钟能刷新多少次?我
们知道,硬盘寻道时间是17ms,数据从硬盘提取出来要2ms,如果数据传输到网络有1ms,那么
加起来就要20ms,尽管主机什么也没做.如果本地硬盘的I/O速率是16kb,那么1秒钟,主机只
能提供50屏/秒的刷新率,大约800kb/s,这个速率符合TCP协议的速率(见性质9).在一个实际
的系统中,主机看起来达不到这个速率.(主机数据传输速率的分析是困难的,因为它依靠系统
内部的性能.因为经典操作系统的本质,如进程间共享栈的需要,输入数据占据内存的需要时
的不可能得到比你所能产生的传输率更高的数据传输率.)

六: 结论:

       认为TCP协议协议不能用于局域网的看法是没有任何根据的.TCP协议协议完全能
用于局域网中,实现主机之间的通信.

七: 参考文献

   [1]  Milne, A. A., "Winnie-the-Pooh", various publishers.

     [2]  The LAN description is based on Clark, D. D.  et al., "An
          Introduction to Local Area Networks,"  IEEE Proc., V. 66, N.
          11, November 1978, pp. 1497-1517, several year's worth of
          conversations with Dr. Clark, and the author's observations
          of both the open literature and the Oral Tradition (which
          were sufficiently well-thought of to have prompted The MITRE
          Corporation/NBS/NSA Local Nets "Brain Picking Panel" to have
          solicited his testimony during the year he was in FACC's
          employ.*)

     [3]  The TCP/IP descriptions are based on Postel, J. B.,
          "Internet Protocol Specification," and "Transmission Control
          Specification" in DARPA Internet Program Protocol
          Specifications, USC Information Sciences Institute,
          September, 1981, and on more than 10 years' worth of
          conversations with Dr. Postel, Dr. Clark (now the DARPA
          "Internet Architect") and Dr. Vinton G. Cerf (co-originator
          of TCP), and on numerous discussions with several other
          members of the TCP/IP design team, on having edited the
          referenced documents for the PSTP, and, for that matter, on
          having been one of the developers of the ARPANET "Reference
          Model."

     [4]  Padlipsky, M. A., "A Perspective on the ARPANET Reference
          Model", M82-47, The MITRE Corporation, September 1982; also
          available in Proc. INFOCOM '83.

     ________________
     *  In all honesty, as far as I know I started the rumor that TCP
        might be overkill for a LAN at that meeting.  At the next TCP
        design meeting, however, they separated IP out from TCP, and
        everything's been alright for about three years now--except
        for getting the rumor killed.  (I'd worry about Woozles
        turning into roosting chickens if it weren't for the facts
        that:  1.  People tend to ignore their local guru; 2.  I was
        trying to encourage the IP separation; and 3.  All I ever
        wanted was some empirical data.)

     NOTE:  FIGURE 1. ARM in the Abstract, and FIGURE 2.  ARMS,
        Somewhat Particularized, may be obtained by writing to:  Mike
        Padlipsky, MITRE Corporation, P.O. Box 208, Bedford,
        Massachusetts, 01730, or sending computer mail to
        Padlipsky@USC-ISIA.
RFC872  TCP-ON-A-LAN                             局域网上的TCP协议


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