模型的重要性.docx

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1、模型的重要性网络算法学的一个中心难题是，它要求跨领域的知识，包括协议、硬件、体系架构、操作系统、算法等。但是一个人不可能对所有这些领域都非常了解，因此需要不同领域的专家协作才能设计出高效的网络系统。不同领域的专家之间如何进行有效的对话呢？这时模型就很有用了，模型既可以把问题讲清楚，又不涉及不必要的细节。最低程度，模型应能定义所需要的术语，这样不同领域的专家就能交流了（能听懂对方的话了）。最好情况：领域外的专家可以根据模型进行设计，并可由领域内的专家对设计进行检验。比如，算法设计者虽然不懂得硬件，但能够根据硬件专家给出的模型设计出与硬件相匹配的算法，并在硬件上进行验证。这正是本章的目的。下面给出

2、几个与网络计算机系统性能有关的抽象模型。2.1协议抽象模型协议是网络的核心，各种网络功能都是通过执行协议来实现的。协议定义了对等实体之间通信的规则，对等实体之间通过交换报文来实现通信。网络协议定义了报文的格式和交换次序，……，协议还定义了调用接口。因此，可将协议看成是一个加上了接口和报文格式的状态机。所有协议都可以抽象为图中的状态机模型：……。常见而耗时的功能这门课关注的是系统性能，而TCP/IP协议是因特网的核心，所以我们把基于TCP/IP的协议状态机需要经常执行而又非常耗时的功能抽象出来，这些功能正是我们优化实现的重点。图示的模型将贯穿于整个课程中。图的中部是协议处理部分（传输层、网络层）

3、；图的下部是与网络的接口部分，涉及数据包的收发；图的上部是应用程序部分，涉及应用数据的交付。在图的下部（DataManipulation）：协议状态机必须从网络接收和发送数据包。这涉及到数据操作，即必须读或写数据包中的每一个字节（当操作时间与数据长度成正比时，通常认为这是一个高开销的操作）。在此过程中需要分配资源，如分配缓冲区、CPU时间等（缓冲区分配、任务调度都需要操作系统参与）。图的中部（Protocolprocessing）描述了许多协议都需要的一些功能，协议处理开销随着包数量的增加而增大：（1）很多协议允许将大块数据分成小段传输，因而需要重组功能。（2）协议都需要查找或者修改一些状态。

4、例如，每个TCP包到来都会导致TCP去查找TCP连接表并修改连接状态，每个IP包到来都会导致IP去查找转发表等。（3）协议都需要设置定时器。（4）如果协议模块需要处理多个不同的客户程序，它需要有效地调度这些客户，例如TCP必须调度对不同连接的处理。在图的上部：协议状态机必须将数据包交付（Demultiplex）给某个客户程序。在某些情况下，客户程序程序需被激活，产生开销较大的控制切换（controltransfer）。比如，当TCP收到一个web页时，根据端口号将数据包交给web浏览器程序，并可能需要唤醒运行浏览器的进程。当目标程序很多的时候，解复用和控制切换都会产生很大的开销。本课程的主要内

5、容就是仔细研究这些功能的实现。我们会看到，尽管这些常见功能一般来说开销很大，但是通过正确的技术是可以降低它们的开销的。重要的性能度量网络中两个最重要的性能指标：吞吐量，延迟。我们比较熟悉比特速率这个指标，但在某些情况下我们更关注包速率这个指标。比如，对于路由器来说，每个包的处理开销是差不多的，包括包头检查、IP地址表查找等。包的长度越短，单位时间内包的数量就越多，路由器的负担就越重，因此包速率是更能够反映路由器处理能力的指标。因此在做路由器压力测试时，输入的都是最小长度的包。当然，如果我们关注与数据处理有关的功能，比如内容扫描、加密/解密等，那么长包的处理压力大，这时我们会采用比特速率这个指标

6、。线速处理是网络系统优化的重要目标之一。为满足线速处理要求（当前数据包必须在下一个包到来前处理完），必须限制最坏情况下数据包的处理时间。所以，往往我们对最坏情况延迟更感兴趣。性能测量分为全局性能测量（如端到端延迟和带宽）和本地性能测量（如路由器查找速度）。尽管全局性能测量对于整个网络的性能很重要，但本课程只关注本地性能测量。大多数网络管理工具（如HP的OpenView）用于全局测量，本地测量需要的工具是在计算机内部测量性能的工具，比如英特尔的VTune。因特网环境的特点当我们优化任何一个系统时，都要考虑它的运行环境。不要试图做出一个在各种情况下都最优的系统，因为通用和最优也是一对矛盾。就像我们

7、前面介绍过的DIR24-8算法，它充分利用了因特网中绝大多数路由表项的前缀不超过24位、24位索引表消耗内存空间不大这个特点设计的，对于长度为128位的IPv6地址就不适用。（将来你们做研究时也要注意这个问题）因此，我们要设计因特网中的高效网络系统，那么一定要了解因特网环境的特点。链路速度：链路速度高意味着包的最大处理时间在缩短。TCP占主导：传统应用主要使用TCP,P2P文件共享等也使用TCP（