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PART 1

translated/talk/20210308 How the ARPANET Protocols Worked.md

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 ARPANET 协议是如何工作的
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-ARPANET 通过证明可以使用标准化协议连接完全不同的制造商的计算机，永远改变了计算。 在我的[关于 ARPANET 的历史意义的帖子][1]中，我提到了其中的一些协议，但没有详细描述它们。所以我想仔细看看它们。也想看看那些早期协议的设计有多少保留到了我们今天使用的协议中。
+ARPANET 通过证明可以使用标准化协议连接完全不同的制造商的计算机，永远改变了计算。在我的 [关于 ARPANET 的历史意义的文章][1] 中，我提到了其中的一些协议，但没有详细描述它们。所以我想仔细看看它们。也想看看那些早期协议的设计有多少保留到了我们今天使用的协议中。
 
-ARPANET 协议像我们现代的互联网协议，是通过分层形式来组织的。[1][2] 较高层协议运行在较低层协议之上。如今的 TCP/IP 套件有 5 层（物理层、链路层、网络层、传输层、以及应用层），但是这个 ARPANET 仅有 3 层或者可能 4 层，这取决于你怎样计算它们。
+ARPANET 协议像我们现代的互联网协议，是通过分层形式来组织的。[^1] 较高层协议运行在较低层协议之上。如今的 TCP/IP 套件有 5 层（物理层、链路层、网络层、传输层以及应用层），但是这个 ARPANET 仅有 3 层，也可能是 4 层，这取决于你怎样计算它们。
 
-我将会解释每一层是如何工作的，但首先，你需要知道谁在 ARPANET 中是构建了些什么，以及还需要了解为什么要分层。
+我将会解释每一层是如何工作的，但首先，你需要知道是谁在 ARPANET 中构建了些什么，你需要知道这一点才能理解为什么这些层是这样划分的。
 
-### 短暂的历史背景
+### 一些简短的历史背景
 
-ARPANET 由美国联邦政府资助，确切的说是位于美国国防部的高级研究计划属（因此命名为 “ ARPANET ” ）。美国政府并没有直接建设这个网络；而是，把这项工作外包给了位于波士顿的一家名为 Bolt, Beranek, and Newman, 的咨询公司，通常更多时候被称为 BBN。
+ARPANET 由美国联邦政府资助，确切的说是位于美国国防部的<ruby>高级研究计划局<rt>Advanced Research Projects Agency</rt></ruby>（因此被命名为 “ARPANET” ）。美国政府并没有直接建设这个网络；而是，把这项工作外包给了位于波士顿的一家名为 “Bolt, Beranek, and Newman” 的咨询公司，通常更多时候被称为 BBN。
 
-相反， BBN 承担了实现这个网络的大部分任务，但不是全部。 BBN 所做的是设计和维护一台称为接口消息处理机或简称 IMP 的机器。这个 IMP 是一种定制的 Honeywell 小型计算机，它们被分配给那些想要接入这个 ARPANET 的遍及全国各地的各个站点。它们充当通往 ARPANET 的网关为每个站点提供多达四台主机的连接支持。它基本上是一台路由器。BBN 能控制在 IMP 上运行的软件，把数据包从一个 IMP 转发到另一个 IMP ，但是该公司无法直接控制那些将要连接到 IMP 上并且成为 ARPANET 网络中实际主机的机器。
+而 BBN 则承担了实现这个网络的大部分任务，但不是全部。BBN 所做的是设计和维护一种称为<ruby>接口消息处理机<rt>Interface Message Processor</rt></ruby>（简称为 IMP） 的机器。这个 IMP 是一种定制的<ruby>霍尼韦尔<rt>Honeywell</rt></ruby><ruby>小型机<rt>minicomputer</rt></ruby>，它们被分配给那些想要接入这个 ARPANET 的遍及全国各地的各个站点。它们充当通往 ARPANET 的网关，为每个站点提供多达四台主机的连接支持。它基本上是一台路由器。BBN 控制在 IMP 上运行的软件，把数据包从一个 IMP 转发到另一个 IMP ，但是该公司无法直接控制那些将要连接到 IMP 上并且成为 ARPANET 网络中实际主机的机器。
 
-那些主机被网络中作为终端用户的计算机科学家们所控制。位于遍及全国各地的主机站点中的这些计算机科学家们，他们负责编写允许主机之间相互通信的软件。而 IMP 赋予主机之间互相发送消息的能力，但是那并没有多大用处除非主机之间能商定一种用于消息的格式。为了解决这个问题，一群杂七杂八的人员组成了网络工作组，其中有大部分是来自各个站点的研究生，该组力求指定主机计算机使用的协议。
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-因此，如果你设想通过 ARPANET 进行一次成功的网络互动，（例如发送一封电子邮件），使这些互动成功的一些工程由一组人负责（BBN），然而其他的一些工程则由另一组人负责（网络工作组和在每个站点的工程师们）。这种有组织，有保障的情景或许对推动采用分层的方法来管理 ARPANET 网络中的协议起到很大的作用，这反过来又影响了TCP/IP的分层方式。
+那些主机由网络中作为终端用户的计算机科学家们所控制。这些计算机科学家在全国各地的主机站负责编写软件，使主机之间能够相互通讯。而 IMP 赋予主机之间互相发送消息的能力，但是那并没有多大用处，除非主机之间能商定一种用于消息的格式。为了解决这个问题，一群杂七杂八的人员组成了网络工作组，其中有大部分是来自各个站点的研究生们，该组力求规定主机计算机使用的协议。
 
+因此，如果你设想通过 ARPANET 进行一次成功的网络互动，（例如发送一封电子邮件），使这些互动成功的一些工程由一组人负责（BBN），然而其他的一些工程则由另一组人负责（网络工作组和在每个站点的工程师们）。这种组织和后勤方面的偶然性或许对推动采用分层的方法来管理 ARPANET 网络中的协议起到很大的作用，这反过来又影响了 TCP/IP 的分层方式。
 
 ### 好的，回到协议上来
 
-![ARPANET Network Stack][3] _ARPANET 协议层次结构_
+![ARPANET Network Stack][3] 
 
-协议层被组织成一个层次结构，在最底部是 “ level 0. ” [2][4] 这在某种意义上是不算数的，因为在 ARPANET 中这层完全由 BBN 控制，所以不需要标准协议。level 0 的作用是管理数据在 IMP 之间如何传输。在 BBN 内部，有管理 IMP 如何做到这一点的规则；在 BBN 之外，IMP 子网是一个黑匣子，它只会传送你提供的任意数据。因此，level 0 是一个没有真正协议的层，就公开已知和商定的规则集而言，它的存在可以被运行在 ARPANET 的主机上的软件忽略。粗略地说，它处理相当于当今使用的 TCP/IP 套件的物理层、链路层和网络层下的所有内容，甚至还包括相当多的传输层，这是我将在这篇文章的末尾回来讨论的内容。
+*ARPANET 协议层次结构*
 
-“ level 1 ” 层在 ARPANET 的主机和它们所连接的 IMP 之间建立了接口。如果你愿意可以认为它是为 BBN 构建的 “ level 0 ” 层的黑匣子使用的一个应用程序接口。 当时它也被称为 IMP-Host 协议。 必须编写和发布该协议，因为在首次建立 ARPANET 网络时，每个主机站点都必须编写自己的软件来与 IMP 连接。 除非 BBN 给他们一些指导，否则他们不会知道如何做到这一点。
+这些协议层被组织成一个层次结构，在最底部是 “Level 0”。[^2] 这在某种意义上是不算数的，因为在 ARPANET 中这层完全由 BBN 控制，所以不需要标准协议。Level 0 的作用是管理数据在 IMP 之间如何传输。在 BBN 内部，有管理 IMP 如何做到这一点的规则；在 BBN 之外，IMP 子网是一个黑匣子，它只会传送你提供的任意数据。因此，Level 0 是一个没有真正协议的层，就公开已知和商定的规则集而言，它的存在可以被运行在 ARPANET 的主机上的软件忽略。粗略地说，它处理相当于当今使用的 TCP/IP 套件的物理层、链路层和网络层下的所有内容，甚至还包括相当多的传输层，这是我将在这篇文章的末尾回来讨论的内容。
 
-BBN 在一份名为 [BBN Report 1822][5] 的冗长文件中指定了 IMP-Host 协议。 随着 ARPANET 的发展，该文件多次被修订； 我将在这里大致描述 IMP-Host 协议最初设计时的工作方式。 根据 BBN 的规则，主机可以将长度不超过 8095 位的消息传递给它们的 IMP，并且每条消息都有一个包含目标主机号和链路识别号的头部字段。[3][6] IMP 将检查指定的主机号，然后尽职尽责地将消息转发到网络中。 当从远端主机接收到消息时，接收 IMP 在将消息传递给本地主机之前会把目标主机号替换为源主机号。 实际上在 IMP 之间传递的内容并不是消息——IMP 将消息分解成更小的数据包以便通过网络传输——但该细节对主机来说是不可见的。
+“Level 1” 层在 ARPANET 的主机和它们所连接的 IMP 之间建立了接口。如果你愿意，可以认为它是为 BBN 构建的 “Level 0” 层的黑匣子使用的一个应用程序接口（API）。当时它也被称为 IMP-Host 协议。必须编写该协议并公布出来，因为在首次建立 ARPANET 网络时，每个主机站点都必须编写自己的软件来与 IMP 连接。除非 BBN 给他们一些指导，否则他们不会知道如何做到这一点。
 
+BBN 在一份名为 [BBN Report 1822][5] 的冗长文件中规定了 IMP-Host 协议。随着 ARPANET 的发展，该文件多次被修订；我将在这里大致描述 IMP-Host 协议最初设计时的工作方式。根据 BBN 的规则，主机可以将长度不超过 8095 位的消息传递给它们的 IMP，并且每条消息都有一个包含目标主机号和链路识别号的头部字段。[^3] IMP 将检查指定的主机号，然后尽职尽责地将消息转发到网络中。当从远端主机接收到消息时，接收的 IMP 在将消息传递给本地主机之前会把目标主机号替换为源主机号。实际上在 IMP 之间传递的内容并不是消息 —— IMP 将消息分解成更小的数据包以便通过网络传输 —— 但该细节对主机来说是不可见的。
 
-![1969 Host-IMP Leader][7]_Host-IMP 消息头部格式, 截至 1969. 图标来自 [BBN Report 1763][8]_
+![1969 Host-IMP Leader][7]
 
-链路号的取值范围为 0 到 255 ，它有两个作用。一是更高级别的协议可以利用它在网络上的任何两台主机之间建立多个通信信道，因为可以想象得到，在任何时刻都有可能存在多个本地用户与同一个目标主机进行通信的场景（换句话说，链路号允许在主机之间进行多路通信。）二是它也被用在 “ level 1 ” 层去控制主机之间发送的大量流量，以防止高性能计算机压制低性能计算机的情况出现。按照最初的设计，这个 IMP-Host 协议限制每台主机在某一时刻通过某条链路仅发送一条消息。一旦某台主机沿着某条链路发送了一条消息给远端主机后，在它沿着该链路发送下一条消息之前，必须等待接收一条来自远端的 IMP 的特别类型的消息，叫做 RFNM（请求下一条消息）。针对这个体系的后期修订，为了改善它的性能，允许一台主机在给定的时刻传送多达8条消息给另一台主机。.[4][9]
+*Host-IMP 消息头部格式，截至 1969。 图表来自 [BBN Report 1763][8]*
 
-“ level 2 ” 层才是事情真正开始变得有趣的地方，因为这一层和在它上面的那一层由 BBN 和国防部全部留给学者们和网络工作组自己去研发。 “ level 2 ” 层包括了 Host-Host 协议，这个协议在 RFC9 中第一次被草拟并且在 RFC54 中第一次被官方指定。更多可读的 Host-Host 协议的解释在 [ ARPANET 协议手册][10] 中被给出。
+链路号的取值范围为 0 到 255 ，它有两个作用。一是更高级别的协议可以利用它在网络上的任何两台主机之间建立多个通信信道，因为可以想象得到，在任何时刻都有可能存在多个本地用户与同一个目标主机进行通信的场景（换句话说，链路号允许在主机之间进行多路通信）。二是它也被用在 “Level 1” 层去控制主机之间发送的大量流量，以防止高性能计算机压制低性能计算机的情况出现。按照最初的设计，这个 IMP-Host 协议限制每台主机在某一时刻通过某条链路仅发送一条消息。一旦某台主机沿着某条链路发送了一条消息给远端主机后，在它沿着该链路发送下一条消息之前，必须等待接收一条来自远端的 IMP 的特别类型的消息，叫做 RFNM（<ruby>请求下一条消息<rt>Request for Next Message</rt></ruby>）。后来为了提高性能，对该系统进行了修订，允许一台主机在给定的时刻传送多达 8 条消息给另一台主机。[^4]
 
-“ Host-Host 协议 ”  管理主机之间如何创建和管理链接。链接是某个主机上的写套接字和另一个主机上的读套接字之间的一个单向的数据管道。“ 套接字 ” 的概念是在 “ level-1 ” 层的有限的链路设施（记住链路号只是那 256 个值中的一个）之上被引入的，是为了给程序提供寻找运行在远端主机上的特定进程地址的一种方式。“ 读套接字 ” 是用偶数表示的，而“写套接字”是用奇数表示的；套接字是 “ 读 ” 还是 “ 写 ” 被称为套接字的 “性别”。并没有类似于 TCP 协议那样的 “ 端口号 ” 机制，链接的打开、维持以及关闭操作是通过主机之间使用 “ 链路 0 ” 发送指定格式的 Host-Host 控制消息来实现的，这也是 “ 链路0 ” 被保留的目的。一旦控制消息在“链路 0”上被交换来建立起一个连接后，就可以使用接收端挑选的另一个链路号来发送进一步的数据消息。 
+“Level 2” 层才是事情真正开始变得有趣的地方，因为这一层和在它上面的那一层由 BBN 和国防部全部留给学者们和网络工作组自己去研发。“Level 2” 层包括了 Host-Host 协议，这个协议最初在 RFC9 中草拟，并且在 RFC54 中首次正式规定。在  [ARPANET 协议手册][10] 中有更易读的 Host-Host 协议的解释。
 
-Host-Host控制消息一般通过 3 个字母型的助记符来表示。当两个主机交换一条 STR（发送端到接收端）消息和一条配对的 RTS（接收端到发送端）消息后，就建立起了一条链接。——这些控制消息都被称为请求链接消息。链接能够被 CLS （关闭）控制消息关闭。存在更进一步的控制信息能够改变从发送端到接收端发送消息的速率。从而需要确保较快的主机不会压制较慢的主机。在 “ level 1 ” 层上的协议提供了流量控制的功能，但对 “ level 2 ” 层来说显然是不够的；我怀疑这是因为从远端 IMP 接收到的 RFNM 只能保证远端 IMP 已经传送该消息到目标主机，不能保证目标主机已经全部处理了该消息。 还有 INR（接收端中断）、INS（发送端中断）控制消息，它们主要是被高层协议使用。
+“Host-Host 协议”  管理主机之间如何创建和管理连接。“连接”是某个主机上的写套接字和另一个主机上的读套接字之间的一个单向的数据管道。“<ruby>套接字<rt>socket</rt></ruby>” 的概念是在 “Level-1” 层的有限的链路设施（记住，链路号只能是那 256 个值中的一个）之上被引入的，是为了给程序提供寻址运行在远端主机上的特定进程的一种方式。“读套接字” 是用偶数表示的，而“写套接字”是用奇数表示的；套接字是 “读” 还是 “写” 被称为套接字的 “性别”。并没有类似于 TCP 协议那样的 “端口号” 机制，连接的打开、维持以及关闭操作是通过主机之间使用 “链路 0” 发送指定格式的 Host-Host 控制消息来实现的，这也是 “链路 0” 被保留的目的。一旦在 “链路 0” 上交换控制消息来建立起一个连接后，就可以使用接收端挑选的另一个链路号来发送进一步的数据消息。 
 
-更高级别的协议都位于 “ level 3 ” ,这层是 ARPANET 的应用层。Telnet 协议，它提供到另一台主机的一个虚拟电传链接，其可能是这些协议中最重要的。但在这层中也有许多其他协议，例如用于传输文件的 FTP 协议和各种用于发送email的实验协议。
+Host-Host 控制消息一般通过 3 个字母的助记符来表示。当两个主机交换一条 STR（<ruby>发送端到接收端<rt>sender-to-receiver</rt></ruby>）消息和一条配对的 RTS（<ruby>接收端到发送端<rt>receiver-to-sender</rt></ruby>）消息后，就建立起了一条连接 —— 这些控制消息都被称为请求链接消息。链接能够被 CLS（<ruby>关闭<rt>close</rt></ruby>）控制消息关闭。还有更多的控制信息能够改变从发送端到接收端发送消息的速率。从而再次需要确保较快的主机不会压制较慢的主机。在 “Level 1” 层上的协议提供了流量控制的功能，但对 “Level 2” 层来说显然是不够的；我怀疑这是因为从远端 IMP 接收到的 RFNM 只能保证远端 IMP 已经传送该消息到目标主机，而不能保证目标主机已经全部处理了该消息。还有 INR（<ruby>接收端中断<rt>interrupt-by-receiver</rt></ruby>）、INS（<ruby>发送端中断<rt>interrupt-by-sender</rt></ruby>）控制消息，主要供更高级别的协议使用。
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+更高级别的协议都位于 “Level 3”，这层是 ARPANET 的应用层。Telnet 协议，它提供到另一台主机的一个虚拟电传链接，其可能是这些协议中最重要的。但在这层中也有许多其他协议，例如用于传输文件的 FTP 协议和各种用于发送 Email 的协议实验。
 
 在这一层中有一个不同于其他的协议：初始链接协议（ICP）。ICP被认为是一个 “ level-3 ” 层协议，但实际上它是一种 “ level-2.5 ” 层协议，因为其他 “ level-3 ” 层协议都依赖它。ICP的存在是因为 “ level 2 ” 层的 Host-Host 协议提供的链接只是单向的，但大多数的应用需要一个双向（列如：全双工）的链接来做任何有趣的事情。要使得运行在某个主机上的客户端能够链接到另一个主机上长时间运行的服务进程， ICP 定义了两个步骤。第一步是建立一个从服务端到客户端的单向链接，通过使用服务端进程的众所周知的 socket 号来实现。第二步服务端通过建立的这个链接发送一个新的 socket 号给客户端。到那时，那个存在的链接就会被丢弃，然后有另外两个新的链接会被开启，它们是基于传输的 socket 号建立的“读”链接和基于传输的 socket 号加 1 的 “ 写 ” 链接。这个小插曲是大多数事务的一个前提——比如它是建立 Telnet 链接的第一步。
 
@@ -87,13 +88,15 @@ _以前在 TwoBitHistory 上…_
 >
 > — TwoBitHistory (@TwoBitHistory) [2021年2月7日][16]
 
-  1. 协议分层是网络工作组发明的。 这个论点是在[ RFC 871][17] 中提出的。分层也是 BBN 如何在主机和 IMP 之间划分职责的自然延伸，因此 BBN 也值得称赞。 [↩︎][18]
+[^1]: 协议分层是网络工作组发明的。 这个论点是在[ RFC 871][17] 中提出的。分层也是 BBN 如何在主机和 IMP 之间划分职责的自然延伸，因此 BBN 也值得称赞。 
 
-  2.	The “level” 是被网络工作组使用的术语。 详见[RFC 100][19] [↩︎][20]
+[^2]:	The “level” 是被网络工作组使用的术语。 详见[RFC 100][19]
 
-  3. 在 IMP-Host 协议的后续版本中，扩展了头部字段，并且将链路号升级为消息 ID。 但是 Host-Host 协议仅仅继续使用消息 ID 字段的高位 8 位，并将其视为链路号。 请参阅 [ARPANET 协议手册][10]的 “ Host-Host ” 协议部分。[↩︎][21]
-  4. John M. McQuillan 和 David C. Walden。 “ARPA 网络设计决策”，第 284页，<https://www.walden-family.com/public/whole-paper.pdf>。 2021 年 3 月 8 日访问。[↩︎][22]
-  5. 同上。[↩︎][23]
+[^3]: 在 IMP-Host 协议的后续版本中，扩展了头部字段，并且将链路号升级为消息 ID。 但是 Host-Host 协议仅仅继续使用消息 ID 字段的高位 8 位，并将其视为链路号。 请参阅 [ARPANET 协议手册][10]的 “ Host-Host ” 协议部分。
+
+[^4]: John M. McQuillan 和 David C. Walden。 “ARPA 网络设计决策”，第 284页，<https://www.walden-family.com/public/whole-paper.pdf>。 2021 年 3 月 8 日访问。
+
+[^5]: 同上。