【Internet History, Technology, and Security】第五讲心得（上）

　　因为毕业和一些其他原因，视频学习拖到了现在，深感自己的时间安排能力的不足。言归正传，回到本周的学习内容。

Introduction/The Link Layer

       60至80年代，使用最多的网络为储存和转发网络（store and forward networking）: 消息将进入一台计算机，并停留一段时间去找到自己在网络中的的下一站，不断转发，直到找到终点。因此，较少的转发就是这个网络的特性之一，然而，这种网络也有着“没有太多的共享”这一特性，一次只有一条信息通过这些链接发送，而其他所有的信息只是在等待时间，排成一行。

　　从60年代到80年代，这一缺陷终于在ARPnet被改进，那就是将其成为分组网络(Packet Network)。分组网络是基于“为了快速共享网络”而提出的，它希望使用者能够更快地处理故障，使发送的数据能够在半秒钟之内退回，而不是像之前一样花费十分钟，甚至是一两天。为了实现这种可能性，研究人员们付出了近20年的努力，不断丢弃并重写架构，在视频中可以看到，在20世纪70年代的晚期，已有100多台电脑加入了这个新的网络体系。

　　那么分组交换的实际应用又是如何呢？教授重新举了之前课程中所提到的明信片案例。假设一张明信片只能处理10个字符，如果要发送30个字符信息，自然需要三张明信片，将他们编号，并放入邮箱中。而不同的明信片可能会被不同的邮递员寄出，也可能会经过不同的路线，但最终，它们都能到达目的地并拼成一条完整的信息，就不需要像之前一样，像火车一样把它们连在一起。因此，存储和转发网络中的计算机，从具有磁盘驱动器的大型、功能强大的计算机，发展到只有一个转发数据包目的非常小的计算机，而不是长时间存储消息。

　　其实分组交换依旧需要不断地转发，最终到达目的地。只是相较于传统转发机制，分组交换转发的不再是整段的消息，而是一个个较小的数据包。以密歇根大学和斯坦福大学为例，他们会在这些校园里有各种各样的本地网络，有计算机，还有服务器和各种各样的东西。他们会将所有的数据包，所有的数据发送到互联网，然后这些数据包会在互联网上找到它们的路。

　　而在这些跳跃转发的过程中，还存在着许多要解决的问题，为了简化解决方案或将解决方案分解成更简单、更易于管理的部分。他们想出了一个四层的网络模型，通过把一个大问题分解成一些子集，分开工作，想出办法让这些部分相互作用，这就是著名的TCP/IP协议族，除此以外，还存在着一个七层的网络模型OSI。而要使这些层完成他们的任务，就需要编写对应的声明，这就是Internet Standards。

　　链路层所考虑的是两台计算机之间的连接问题，举个例子，当你要寄送信件时，那个从你家拿邮件的人，把邮件扛在肩上，这是一个环节，他们把邮件放在卡车上，然后把邮件送到一个卡车上，并把它送到另一个地方，接着又把它放在火车上送出。卡车、火车、邮递员或邮递员就是这些小小的链接层。这就是链路层，它只在意在这条线上定义的东西，而不关心另一端上的其它东西。它的工作是获取一端的数据，而这些数据我们要如何分享？它并不在乎。我们看到的常见链路技术如以太网或WiFi或电缆调制解调器、DSL、卫星或光纤，这些都是各种形式的链接层。除了无线，以太网可能是最普遍的链路层。

　　所以，基于链路层的特性，当制造商建立一个以太网或无线适配器，他们会在里面设置一个序列号，用来表示物理地址，以便这台计算机知道哪些数据包和它同属在一条线上。

　　完成了设备之间的连接后，如何解决多个设备通信，又成为了新的难题。研究人员必须想出一个避免混乱的方法，以太网实现这一点的方式是使用一种称为“CSMA/CD”的技术。当我们准备发送数据报的时候，可能存在着其他的主机也想要发送数据报，所以首先我们要进行侦听，等待直到链路上没有了动静，再开始发送信息，接着继续侦听发送的信息，当信息冲突的时候，它们会将其返回。在一系列地等待与发送之后，每台计算机的数据都能安全地到达目的地。可以说，这项技术就像交通的红绿灯，能有效保证计算机之间的数据传递的冲突发生。

Bob Metcalfe-The Ethernet Story

       前一段内容是对网络发展的概括，让我们对网络架构的发展有个大概了解，这一段则是介绍了以太网的发明人Bob Metcalfe。

　　在Bob完成了Arpanet的研究后，他接到了Xerox的Signet项目研究的邀请，这个项目的目的是为了建造一个处处连接着个人电脑的架构。那时的连接方法还存在着许多问题，其中之一就是线路就像本垒打一样，由核心的基地中，杂乱无章地延伸到各地，像老鼠窝一样；而另一个问题，就是他们团队研究的另一个项目——第一台激光打印机，他们想让激光打印机执行在计算机之间传递文件的工作，这就需要传输速率达到20M/s，但这台打印机即使提高速率，也只能达到144K/s。

　　在此之前，研究团队中的 Charles Simony 对Signet已经开发了一定阶段 ，Bob 接手了他的工作。在视频中，Bob称赞了Simory的计算机网络思想，因为Signet中的不少模块在之后转化成了LAN的一部分，而LAN是在1990年才被发明出来，可以说，Signet是超越时代的产物。这里要说句题外话，在退出Signet的研究后， Simony 开发了一种名为 Bravo 的文本编辑器，最后 Bravo 演变成了现在的 Microsoft Office，这位 Charles Simony 则成为了亿万富翁，还去了趟空间站。

　　在如何组织这个局域网的过程中，Bob偶然间遇到了Hawaiian大学的一个分组无线电网络，叫做ALOHA网。ALOHA网络的美妙之处在于它解决了一个分布式问题。他们能够很轻松地共享无线电频道。

　　而实现方法又是什么呢？Hawaii 大学的 Norm Abramson 设计了这一种非常简单的随机重传程序，操作者可以输入卡片信息，之后通过终端发送至主机上，接着等待一段时间，如果有收到回执，说明发送成功，但是如果没有收到，这可能意味着有两台终端同时决定发送信息。所以，当许多终端参与进来的时候，信息传递过程中的碰撞发生之后，他们将会设置一个随机数，来尽可能地实现在不同的时间段进行重新发送。在某一时刻发生的信息碰撞在未来不易发生，因为这两个终端在未来会在不同的时间段重新发送。ALOHA实现了通过分布式的方法来对一条电缆进行共享，能够解决“老鼠窝”问题。

　　接下来就是实践了，Bob先是买了一条一千米长的电缆，并且拿到了一台脉冲发电机，通过电缆将示波器与脉冲发动机相连，然后开始沿着电缆发射方波，并从示波器观察发送情况，一开始显示的不是方波，而是一种相对不稳定的波形，但在设定了数字门限（digital threshold）后，就能发现方波，这让Bob有了一些信心，能够实现之后的数据发送。

　　在发送数据的过程中，Bob团队则会对发送的比特数据包进行编码，编码也很简单，就是现在广为人知的曼彻斯特编码。曼彻斯特编码的美妙之处在于，当您发送数据包时，会不断地进行转换，不需要听很长时间，就能知道包裹是否经过。所以以太网和ALOHA网络之间的最早的区别之一，就是载波感觉，在ALOHA中，你不能判断其他人是否和你同时在传输，但在以太网上，你可以。这样做的好处是，如果你在发送，而其他人同时发送，你最好还是放弃吧，因为你们已经破坏了对方的数据包，所以不要那么轻举妄动，之后则会恢复原本会丢失的带宽，继续发送损坏的数据包。

　　Bob还回忆起当时做了一些刀工，把铜线上的绝缘材料去除。但是看起来他并不擅长做这工作。与他同屋的有一个学生，曾经做过电视线路的安装，所以非常擅长做这些活，这名学生叫David Boggs，协助了Bob促成了以太网的诞生。

　　回到正题，Bob仍需要继续解决“老鼠窝”的问题，希望只通过一条电缆就能实现网络接入，但面临着一些技术问题，需要找到一个不破坏网络但能利用网络的方法。在与David一起研究的过程中，他们找到了一种设备叫gerald tap，而这个设备就解决了他们所面临的技术难题，“老鼠窝”问题也随之解决。

 

　　本周的课程相较于之前增加了许多，所以分为上下两章，理解起来比之前轻松了一些，但部分内容还是有疑惑，加上英语水平有限，也无法解决，比如Bob一开始提出的打印机问题之后是怎么解决的？也许是我理解上有偏差，希望之后重温的时候能明白过来。