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【EXata】1.2 EXata 协议栈

2023-05-16

1.2 EXata 协议栈

EXata 使用一个类似于 TCP/IP 网络协议栈的分层架构。在该架构中，数据在相邻层之间移动。EXata的协议栈从上到下包括应用层、传输层、网络层、链接（MAC）和物理层。

协议栈中的相邻层通过明确定义的 API 进行通信，一般来说，层间通信只发生在相邻层之间。例如，传输层协议可以从应用层和网络层协议中获取和传递数据，但不能与链接（MAC）层协议或物理层协议进行通信。这个关于只在相邻层之间进行通信的规则可以被程序员规避，如第4.11节所解释。

图1-1描述了EXata协议栈和各层的常规功能：

1.2.1 应用层

应用层负责 流量生成 和 应用层路由。在应用层编写的协议依靠传输层将应用级数据从源头传送到目的地。因此，应用层协议在源节点将数据下传到传输层，并在目的节点接收来自传输层的数据。在 Exata 中实现的产生流量的应用层协议的例子是恒定比特率（CBR）、FTP 和 Telnet。在 Exata 中实现的应用层路由协议的例子是 RIP、Bellman-Ford 和 BGP。

第 4.2 节提供了 Exata 中应用层协议的实现细节，并描述了如何开发一个自定义的应用层协议。

PS：

  • Traffic generation：可以指流量生成模型，通信网络中流量或数据源的模型。流量生成模型是通信网络（例如蜂窝网络或计算机网络）中的流量或数据源的随机模型。我们可以使用网络流量生成器（例如iperf、bwping 和 Mausezahn）通过测试平台网络中的网络流量测量来分析网络性能。流量生成器发送虚拟数据包，通常带有唯一的数据包标识符，从而可以跟踪网络中的数据包传递。（参考资料：Traffic generation model）

1.2.2 传输层

传输层向应用层提供 端到端的数据传输 服务。编写在传输层的协议从应用层接收数据，在源节点依靠网络层进行数据转发，并从网络层接收数据，在目的节点将数据传递给应用层。传输层协议的例子包括 UDP、TCP和 RSVP-TE。

第 4.3 节提供了 EXata 中传输层协议的实现细节，并描述了如何开发一个自定义的传输层协议。

PS：

  • End-to-end data transmission：端到端传输指的是在数据传输前，经过各种各样的交换设备，在两端设备问建立一条链路，就象它们是直接相连的一样，链路建立后，发送端就可以发送数据，直至数据发送完毕，接收端确认接收成功。（参考资料：什么是端到端,什么是点到点？）

1.2.3 网络层

网络层负责 数据转发和 排队/调度。互联网协议（IP）驻扎在这一层，负责数据包的转发。在源节点，网络层从传输层接收数据，并依靠链路（MAC）层进行逐个链路的数据传输。在目的地节点，网络层从链路（MAC）层接收数据，并将数据上传到传输层。

网络层还实现了某些类型的路由协议。在 EXata 中实现的网络层路由协议的例子是AODV、DSR、OSPF 和 DVMRP。在 EXata 中实现的排队/调度协议的例子有FIFO、RED、RIO、WFQ 和 WRR。

第 4.4 节提供了 EXata 中网络层协议的实现细节，并描述了如何开发一个自定义的网络层协议。本节涉及以下类型的协议： 网络层单播路由协议、网络层多播路由协议、排队协议和调度器。

PS：

  • Queuing：计算机网络分组在经过网络传输时，要经过许多的路由器。但分组在进入路由器后要先在输入队列中排队等待处理。在路由器确定了转发接口后，还要在输出队列中排队等待转发，这就产生了排队时延。（参考资料：计算机网络：概述）

  • Scheduling：调度器，也被称为 排队规则。每个网络接口都会有一个调度器，默认的调度器是 FIFO。调度器会根据调度器的规则重新排列数据包进入队列的顺序。（参考资料：计算机网络基础 — Linux 流量控制）

1.2.4 链路（MAC）层

链路（MAC）层提供 逐个链路的传输。在发送端，链路（MAC）层从网络层接收数据，并将数据传递给物理层，以便在有线或无线通道上传输。在接收端，链路（MAC）层从物理层接收数据并将数据转发到网络层。在EXata中实施的链路（MAC）层协议的例子是 点对点、IEEE 802.3、IEEE 802.11 和 CSMA。

第 4.5 节提供了 EXata 中 MAC 层协议的实现细节，并描述了如何开发一个自定义的MAC层协议。有线 和 无线MAC协议的程序都在这一节中涉及。

1.2.5 物理层

物理层负责传输和接收来自有线和无线通道的原始比特。在源节点，物理层从链路（MAC）层接收数据，并将数据发送到目的地节点的物理层。在目的地节点，物理层从源节点的物理层接收数据，并将数据传递给链路（MAC）层。

  • Note：对于有线网络，物理层代码（Physical Layer code）被纳入链路（MAC）层。

在 EXata 中实现的物理层协议的例子是 有线 的 点对点链接、IEEE 802.3 和 IEEE 802.11。

第 4.6 节提供了 EXata 中物理层协议的实现细节，并描述了如何开发一个自定义的物理层协议。

1.2.6 通讯介质

通信介质在节点之间传输信号。它与节点上的物理层实体连接。EXata中的无线通信介质模型模拟信号在节点之间的传播，同时考虑到传播延迟和由于路径损失、消退和阴影造成的信号衰减。

在EXata中，通信介质模型有三个组成部分：路径损耗模型、消退模型和阴影模型。EXata中的路径损失模型包括自由空间、双射线和不规则地形模型（ITM）。EXata实现了Ricean衰落模型。Rayleigh衰落 是 Ricean衰落 的一个特例。EXata为两种阴影模型提供了模型：常数和对数正态。

第 4.7 节提供了 Exata 中通信介质模型的实现细节，并描述了如何开发一个自定义的通信介质模型。

1.2.7 节点移动性

在 Exata 中，移动性模型与节点放置模型和地形模型一起工作，模拟节点的移动行为。Exata 中的节点移动性模型包括随机航点、群体移动性、行人移动性和基于文件的移动。

第 4.8 节详细描述了如何向 EXata 添加移动性模型。

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