個(gè)人感言：真正的知識(shí)是深入淺出的，碼農(nóng)翻身”?公共號(hào)將苦澀難懂的計(jì)算機(jī)知識(shí)，用形象有趣的生活中實(shí)例呈現(xiàn)給我們，讓我們更好地理解。感謝“碼農(nóng)翻身”?公共號(hào)，感謝你們的成果，謝謝你們的分享。

本文源地址：TCP/IP之大明內(nèi)閣

本文是《TCP/IP之大明王朝郵差》的前傳，講一講大明內(nèi)閣的各位大人是怎么設(shè)計(jì)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的。

大明天啟年間，明熹宗朱由校醉心于木工，重用宦官魏忠賢，不上朝已經(jīng)很久了。
內(nèi)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(qiáng)盜、野獸橫行。之前修建的官道也基本廢棄了，不但收不到各地送來(lái)的奏報(bào)， 自己昨天好不容易擺脫魏忠賢，面見(jiàn)了一次皇上，但是請(qǐng)求頒發(fā)的一道圣旨竟然無(wú)法送到各個(gè)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(kāi)一次內(nèi)閣會(huì)議，研究下怎么建立一個(gè)可靠的、穩(wěn)定的、通暢的上情下達(dá)機(jī)制。

虛電路（Virtual Circuit）

首先來(lái)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。在通信和網(wǎng)絡(luò)中，虛電路是由分組交換通信所提供的面向連接的通信服務(wù)。在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)或應(yīng)用進(jìn)程之間建立起一個(gè)邏輯上的連接或虛電路后，就可以再兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間一次發(fā)送每一個(gè)分組，接收端收到分組的順序必然與發(fā)送端的發(fā)送順序一致，因此接收端無(wú)須負(fù)責(zé)在收集分組后重新進(jìn)行排序。虛電路協(xié)議向高層協(xié)議隱藏了將數(shù)據(jù)分割成段、包或幀的過(guò)程。

虛電路是建立一條邏輯連接，發(fā)送方和接收方不需要預(yù)先建立連接。

好了，下面繼續(xù)原文。

前來(lái)開(kāi)會(huì)的大人們聽(tīng)了葉首輔說(shuō)的情況，立刻都是愁眉苦臉的，面對(duì)這么一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，沒(méi)人愿意開(kāi)口，都是在不住的嘆氣搖頭。
過(guò)了一炷香功夫，韓大人看到首輔不斷的給自己使眼色，只好開(kāi)口了： “各位大人，我有個(gè)不成熟的想法，說(shuō)出來(lái)大家評(píng)判一下。現(xiàn)在主要的問(wèn)題是強(qiáng)盜橫行、野獸出沒(méi)。我想我們可以派出我們的大軍，沿路站崗，五步一崗，三部一哨， 給官道建立一個(gè)可靠的保障。”
朱大人道：“韓大人此法差矣！我大明這么多官道，大軍再多也不夠用啊。”
韓大人笑道： “朱大人，看來(lái)你沒(méi)明白，我的意思不是把所有的官道都布上崗哨， 而是說(shuō)我們要建立一個(gè)連接通道！”
“連接？什么連接？ ” 朱大人說(shuō) ，“沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)”。

?“假如我們京城要和開(kāi)封府通信，中間會(huì)經(jīng)過(guò)很多的市鎮(zhèn)。我們只需要派出一隊(duì)官兵，把從京城到開(kāi)封府的道路給保護(hù)好就可以了，這樣就不怕那些強(qiáng)盜虎豹，等到雙方通信一完，大軍即可撤回，去保護(hù)另外一個(gè)通信通道，這就是用官兵建立一個(gè)連接！”

葉首輔道：“韓大人說(shuō)的有道理，至少能解決問(wèn)題。不過(guò)我們的主力大軍都被派到東北對(duì)付努爾哈赤去了。所以，我們需要和沿途的市鎮(zhèn)、驛站協(xié)商，主要讓他們出兵， 和京城的大軍一起建立安全的通道。”

“這樣的話在一次通信中都可以走這個(gè)安全的通道，很寬敞、很可靠。但是代價(jià)也很高，為了通信一次，得動(dòng)用這么多士兵，還得和中間節(jié)點(diǎn)協(xié)商。” 朱大人也學(xué)會(huì)了抽象，造出了”中間節(jié)點(diǎn)“這樣的新詞兒。
韓大人道：“嗯， 還有一點(diǎn)就是如果通道暫時(shí)不發(fā)信件的話，就閑置浪費(fèi)了。”

葉首輔道：“那也是沒(méi)有辦法的事情，我們先這么試行一段時(shí)間吧。”

（碼農(nóng)翻身公眾號(hào)注：這就是所謂的虛電路，綠色部分為連接通道，所有的消息都從同一個(gè)通道上發(fā)送）

虛電路的特點(diǎn)

關(guān)于“虛電路”，從上面可以總結(jié)出其如下特點(diǎn)：

虛電路通信與電路交換類(lèi)似，兩者都是面向連接的，即數(shù)據(jù)按照正確的順序發(fā)送，并且在連接建立階段都需要額外開(kāi)銷(xiāo)。但是，電路交換提供穩(wěn)定的比特率和延遲時(shí)間，而虛電路服務(wù)的比特率和延遲時(shí)間要取決于以下因素:

1.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上包隊(duì)列的長(zhǎng)度，

2.應(yīng)用程序產(chǎn)生數(shù)據(jù)的比特率，

3.使用統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用技術(shù)時(shí)，共享同一網(wǎng)絡(luò)資源的其他用戶(hù)的負(fù)荷。

4.許多虛電路協(xié)議通過(guò)數(shù)據(jù)重傳，包括檢錯(cuò)糾錯(cuò)和自動(dòng)重傳請(qǐng)求(ARQ)，提供可靠的通信服務(wù)。

虛電路是在分組交換散列網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)或多個(gè)端點(diǎn)站點(diǎn)間的鏈路。它為兩個(gè)端點(diǎn)間提供臨時(shí)或?qū)Ｓ妹嫦蜻B接的會(huì)話。它的固有特點(diǎn)是，有一條通過(guò)多路徑網(wǎng)絡(luò)的預(yù)定路徑。提前定義好一條路徑，可以改進(jìn)性能，并且消除了幀和分組對(duì)頭的需求，從而增加了吞吐率。從技術(shù)上看，可以通過(guò)分組交換網(wǎng)絡(luò)的物理路徑進(jìn)行改變，以避免擁擠和失效線路，但是兩個(gè)端系統(tǒng)要保持一條連接，并根據(jù)需要改變路徑描述。

分組交換

先看一下摘選自“360百科（分組交換）”上的解釋：

在通信過(guò)程中，通信雙方以分組為單位、使用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互的通信方式，被稱(chēng)為分組交換(PS:packet switching)。

分組交換也稱(chēng)為包交換，它將用戶(hù)通信的數(shù)據(jù)劃分成多個(gè)更小的等長(zhǎng)數(shù)據(jù)段，在每個(gè)數(shù)據(jù)段的前面加上必要的控制信息作為數(shù)據(jù)段的首部，每個(gè)帶有首部的數(shù)據(jù)段就構(gòu)成了一個(gè)分組。首部指明了該分組發(fā)送的地址，當(dāng)交換機(jī)收到分組之后，將根據(jù)首部中的地址信息將分組轉(zhuǎn)發(fā)到目的地，這個(gè)過(guò)程就是分組交換。能夠進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)被稱(chēng)為分組交換網(wǎng)。

分組交換網(wǎng)一般由分組交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)管理中心、遠(yuǎn)程集中器、分組裝拆設(shè)備、分組終端/非分組終端和傳輸線路等基本設(shè)備組成。

分組交換的本質(zhì)就是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，它將所接受的分組暫時(shí)存儲(chǔ)下來(lái)，在目的方向路由上排隊(duì)，當(dāng)它可以發(fā)送信息時(shí)，再將信息發(fā)送到相應(yīng)的路由上，完成轉(zhuǎn)發(fā)。其存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程就是分組交換的過(guò)程。

分組交換的思想來(lái)源于報(bào)文交換，報(bào)文交換也稱(chēng)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換，它們交換過(guò)程的本質(zhì)都是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，所不同的是分組交換的最小信息單位是分組，而報(bào)文交換則是一個(gè)個(gè)報(bào)文。由于以較小的分組為單位進(jìn)行傳輸和交換，所以分組交換比報(bào)文交換快。報(bào)文交換主要應(yīng)用于公用電報(bào)網(wǎng)中。

分組由分組頭和其后的用戶(hù)數(shù)據(jù)部分組成，分組頭包含接收地址和控制信息，其長(zhǎng)度為3-10B，用戶(hù)數(shù)據(jù)部分長(zhǎng)度是固定的，平均為128B，最長(zhǎng)不超過(guò)256B。分組交換路由選擇確定了輸出端口和下一個(gè)節(jié)點(diǎn)后，必須使用交換技術(shù)將分組從輸入端口傳送到輸出端口，實(shí)現(xiàn)輸送比特通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

好，下面繼續(xù)正文：

“虛電路”運(yùn)行了半年，終于勉強(qiáng)上情下達(dá)了。但是被魏忠賢得知，添油加醋的給皇帝朱由校說(shuō)了很多壞話，木匠皇帝雷霆大怒，大罵內(nèi)閣浪費(fèi)國(guó)家人力物力，下令立即停止。
內(nèi)閣恨透了魏忠賢，但是又不得不停止。
這一天皇上又沒(méi)上早朝，大家愁眉苦臉的聚到一起商議。
禮部右侍郎孫承宗突然想起了一件事情：“我巡防邊關(guān)的時(shí)候聽(tīng)說(shuō)袁崇煥使用了一個(gè)奇怪的辦法來(lái)傳遞軍務(wù)物資，他不用軍隊(duì)在官道站崗，不用建立安全的連接通道，完全依靠馬匹、騾子這樣的牲畜進(jìn)行通信。”
“怎么可能？ 馬匹不通人性，跑丟了怎么辦？”
孫承宗道：“他這些馬是訓(xùn)練過(guò)的，身上帶著信件或者物資，可以在官道上走，每到一個(gè)驛站或者市鎮(zhèn)，里邊的衙役看看信件的目的地，喂喂馬，然后把馬引到下一個(gè)官道就可以了。很省事！?當(dāng)然具體到那個(gè)官道是衙役決定的，他會(huì)搜集各種消息，確定那個(gè)官道匪患少、虎狼少。”（碼農(nóng)翻身注：驛站類(lèi)似路由器，需要構(gòu)建路由表， 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組）
“這還解決不了問(wèn)題，路上沒(méi)官兵保護(hù)，馬可能會(huì)把搶走，或者被虎豹吃掉，這樣物資還是丟了。”
孫承宗道：“這一點(diǎn)袁崇煥他們也想到了，他們發(fā)明了一種叫失敗重傳的方法，如果收不到對(duì)方的確認(rèn)回信，就會(huì)重新發(fā)送。”

“重新發(fā)送的代價(jià)太高了吧，畢竟是物資啊！”（在計(jì)算機(jī)中，物資是很廉價(jià)的數(shù)據(jù)分組）

“是這樣，他們一般把一個(gè)大件的物資拆成小塊，因?yàn)橐黄ヱR也拉不了多少，然后給每個(gè)小塊變編號(hào)，哪個(gè)小塊丟了，就只發(fā)送那個(gè)編號(hào)的。袁崇煥說(shuō)他們有個(gè)叫‘幻月寶鏡’的東西，丟了的東西可以從中再取出來(lái)！”
“這真是個(gè)寶貝啊， 一般人怎么可能有啊。”
葉首輔道：“不過(guò)這倒是一個(gè)有意思的思路，不需要事先建立真正的連接通道，每個(gè)編號(hào)小塊走的路可能也不一樣，完全由中間節(jié)點(diǎn)的衙役們來(lái)決定馬匹的下一個(gè)路徑是哪一個(gè)。”
（碼農(nóng)翻身注： 這叫做分組交換）
孫承宗補(bǔ)充道：”葉大人看的很透徹，不僅路徑不同，這些小塊也可能不按次序（失序）到達(dá)。他用這種方法其實(shí)是說(shuō)中間節(jié)點(diǎn)并不承諾提供可靠的連接通道，物資完全可能失序、重復(fù)、甚至丟失。所謂可靠的傳輸完全由兩個(gè)端點(diǎn)（例如京城和開(kāi)封府）來(lái)實(shí)現(xiàn)。”

（碼農(nóng)翻身注：京城午門(mén)給內(nèi)鄉(xiāng)縣衙發(fā)了A1、A2，京城德勝門(mén)給開(kāi)封府發(fā)送B1、B2、B3，圖中顯示分組的路徑）

韓大人道：“首輔大人，要不我們也試試？不過(guò)我們得想辦法把幻月寶鏡弄來(lái)。 ”
葉首輔道：“我們奏請(qǐng)皇上讓袁崇煥進(jìn)京述職，讓他把寶鏡帶來(lái)，這一次一定得讓皇上支持，要不然還會(huì)中途夭折，我馬上進(jìn)宮，大家靜候佳音吧。”

分組交換的特點(diǎn)

補(bǔ)充知識(shí)，從上面的形象案例總結(jié)一下分組交換的特點(diǎn)，如下：

1、線路利用率高：分組交換以虛電路的形式進(jìn)行信道的多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)資源共享，可在一條物理線路上提供多條邏輯信道，極大地提高線路的利用率。使傳輸費(fèi)用明顯下降。

?

2、不同種類(lèi)的終端可以相互通信：分組網(wǎng)以X.25協(xié)議向用戶(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)接口，數(shù)據(jù)以分組為單位在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，使不同速率終端，不同協(xié)議的設(shè)備經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供的協(xié)議變換功能后實(shí)現(xiàn)互相通信。

3、信息傳輸可靠性高：在網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)分組進(jìn)行傳輸時(shí)，在節(jié)點(diǎn)交換機(jī)之間采用差錯(cuò)校驗(yàn)與重發(fā)的功能，因而在網(wǎng)中傳送的誤碼率大大降低。而且在網(wǎng)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的路由機(jī)制會(huì)使分組自動(dòng)地選擇一條新的路由避開(kāi)故障點(diǎn)，不會(huì)造成通信中斷。

4、分組多路通信：由于每個(gè)分組都包含有控制信息，所以分組型終端可以同時(shí)與多個(gè)用戶(hù)終端進(jìn)行通信，可把同一信息發(fā)送到不同用戶(hù)。

5、計(jì)費(fèi)與傳輸距離無(wú)關(guān)：網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)按時(shí)長(zhǎng)、信息量計(jì)費(fèi)，與傳輸距離無(wú)關(guān)，特別適合那些非實(shí)時(shí)性，而通信量不大的用戶(hù)。

?（END）

?補(bǔ)充知識(shí)

除了虛電路、分組交換技術(shù)，還有電路交換和報(bào)文交換。

電路交換

電路交換就是計(jì)算機(jī)終端之間通信時(shí)，一方發(fā)起呼叫，獨(dú)占一條物理線路。當(dāng)交換機(jī)完成接續(xù)，對(duì)方收到發(fā)起端的信號(hào)，雙方即可進(jìn)行通信（主要應(yīng)用于電話通信網(wǎng)中）。在整個(gè)通信過(guò)程中雙方一直占用該電路。它的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)，時(shí)延小，交換設(shè)備成本較低。但同時(shí)也帶來(lái)線路利用率低，電路接續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，通信效率低，不同類(lèi)型終端用戶(hù)不能通信等缺點(diǎn)。電路交換比較適用于信息量大、長(zhǎng)報(bào)文，經(jīng)常使用的固定用戶(hù)之間的通信。

報(bào)文交換

將用戶(hù)的報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中。當(dāng)所需要的輸出電路空閑時(shí)，再將該報(bào)文發(fā)向接收交換機(jī)或終端，它以"存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)"方式在網(wǎng)內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)是中繼電路利用率高，可以多個(gè)用戶(hù)同時(shí)在一條線路上傳送，可實(shí)現(xiàn)不同速率、不同規(guī)程的終端間互通。但它的缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的。以報(bào)文為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延大，且占用大量的交換機(jī)內(nèi)存和外存，不能滿足對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的用戶(hù)。報(bào)文交換適用于傳輸?shù)膱?bào)文較短、實(shí)時(shí)性要求較低的網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)之間的通信，如公用電報(bào)網(wǎng)。電子郵件系統(tǒng)（E-mail）也適合采用報(bào)文交換方式。

“碼農(nóng)翻身”?公共號(hào)?: 由工作15年的前IBM架構(gòu)師創(chuàng)建，分享編程和職場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。

長(zhǎng)按二維碼， 關(guān)注碼農(nóng)翻身

寫(xiě)代碼是一種藝術(shù)，甚于蒙娜麗莎的微笑。
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的TCP/IP之大明内阁---协议的制定的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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