加载中…所谓网络协议栈
(2012-09-18 01:36:48)
标签：
it |
分类： 操作系统 |
协议分层的用意很明确：
- 让设备，尤其是路由和防火墙，能够明白每一个协议单元“是什么”。
- 便于开发人员理解协议。
但协议分层也带来了一些缺陷
- 不必要的数据包拆分
- 额外的重复的数据头
- 动不动就废弃的预定义字段
协议分层引来了协议栈，即从裸数据开始，不断的添加各层协议头，最后再按相反顺序送出整个数据。站在上层开发者角度来说，这是最自然的方式；然而，这样做，不但引发了多个问题，而且是完全没有必要的。
先说问题：
- 许多协议头都是变长的，因此在构造栈时，必须使用向高地址增长的栈，或者在低地址预留足够长度的空间供栈的增长用。前者在栈输出时就会产生性能问题，后者存在风险并且内存开销高。
- 许多协议头不易区分并识别。例如tcp包和udp包是基于ip包的，但在ip包中，协议类型装在第三个双字的第二个字节，ip包自身的版本却装在了第一个双字的前半个字节。。。。。。如果你是一个防火墙开发者，会对此无比厌恶。ipv6为了兼容ipv4，仍然使用了这种布局，我只能说愚蠢。
- 许多协议头的位定义太古老。现代网络硬件拥有大量的缓冲区和接口位的并发读写能力，一次读取十几个字节再处理，比一位一位读取处理要高效得多。然而，为了兼容，协议中仍然存在这种定义。对于使用32/64位处理器来处理协议的操作系统来说，这非常不经济。
然后是理想状况：
- 协议头应当是定长的，如果需要变长，则作为数据内容处理。如果一个包分片，则每个片段的数据内容都应该定长。而且，这个长度最好是存储设备的物理分块大小的整数倍/分数。
- 协议头应当可以立刻识别，而不论它是哪一层的。很难做到，但是必须做到。
- 协议头所有字段只使用字节定义。有可能的话，使用4字节或8字节倍数。
最后说解决方法：
- 取消链路层（不含）以上的分层。那些都是毫无必要的。
- 使用分配的特征串来指定协议类型并匹配协议，而不是版本号/协议号这些华而不实的东西。
- 所有协议头定长，没有什么可选字段。协议参数均按1位定义，每个协议自己去解释参数作用。
- 协议兼容性（例如tcp兼容ip）是通过替代，而不是扩展实现的。首先特征串会保证设备尽快匹配到兼容协议，然后兼容协议的参数位一致。
- 协议数据长度固定，可以为128/256/512这样的长度，缺少补0。
- 将ip协议的地址概念推广到其他兼容协议。不需要留空即可。
结果是：
- 协议分层的问题被彻底避免了。
- 协议头被规范化了。对于大部分包，去掉了诸如头长度、协议子类型、版本号这种字段，改为一个4字节的特征串。
- 参数只用0/1区分，事实上协议参数大部分都只需要true/false或者一个有限范围内的option/level。如果无法实现，那只能说该协议太烂。
- 协议头大概在8字节（4字节特征串＋4字节参数）或64字节（4字节特征串＋4字节参数＋8字节数据内容长度＋16字节source＋16字节dest＋16字节扩展参数），和现有协议相当。但对于应用来说，不要开心死了。
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