Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Каждая служба характеризуется качеством обслуживания. Некоторые службы являются надежными, в том смысле, что они никогда не теряют данные. Обычно надежная служба реализуется при помощи подтверждений, посылаемых получателем в ответ на каждое принятое сообщение, так что отправитель знает, дошло очередное сообщение или нет. Процесс пересылки подтверждений требует некоторых накладных расходов и снижает пропускную способность канала. Впрочем, подобные затраты обычно не очень велики и окупаются, хотя иногда могут быть нежелательными.

Типичным примером необходимости надежной службы на основе соединений является пересылка файлов. Владелец файла хочет быть уверен, что все биты файла прибыли без искажений и в том же порядке, в котором были отправлены. Вряд ли кто-нибудь отдаст предпочтение службе, которая случайным образом искажает информацию, даже если передача происходит значительно быстрее.

Надежные службы на основе соединений бывают двух типов: последовательности сообщений и байтовые потоки. В первом варианте сохраняются границы между сообщениями. Когда посылаются два сообщения размером по 1 Кбайт, то они прибывают в виде двух сообщений размером по 1 Кбайт и никогда как одно двухкилобайтное сообщение. При втором варианте связь представляет собой просто поток байтов, без разделения на отдельные сообщения. Когда 2048 байт прибывают к получателю, то нет никакой возможности определить, было это одно сообщение длиной 2 Кбайт, два сообщения длиной 1 Кбайт или же 2048 однобайтных сообщений. Если страницы книги посылаются по сети фотонаборной машине в виде отдельных сообщений, то, возможно, необходимо сохранить границы между сообщениями. С другой стороны, чтобы загрузить DVD-фильм, вполне достаточно потока байтов с сервера на компьютер пользователя. Границы сообщений внутри фильма не важны.

Существуют системы, для которых задержки, связанные с пересылкой подтверждений, неприемлемы. В качестве примера такой системы можно назвать цифровую голосовую связь и IP-телефонию. В данном случае предпочтительнее допустить шумы на линии или искаженные слова, нежели большие паузы, вызванные отсылкой подтверждений и повторной передачей блоков данных. Аналогично, при проведении видеоконференции отдельные неправильные пикселы окажутся меньшей проблемой, нежели движение изображения резкими толчками; из-за того, что поток останавливается и начинает исправлять ошибки, мы видим дергающиеся и останавливающиеся кадры.

Не все приложения требуют установки соединения. Например, спаммеры рассылают рекламу по электронной почте большому количеству получателей. Спаммер, вероятно, не хочет устанавливать связь для пересылки каждого отдельного сообщения, а хочет отправить один объект. Также не требуется в этом случае и 100-процентная надежность, особенно если это существенно увеличит стоимость. Все, что нужно, — это способ переслать сообщение с высокой вероятностью его получения, но без гарантии. Ненадежная (то есть без подтверждений) служба без установления соединения часто называется службой дейтаграммили дейтаграммной службой, по аналогии с телеграфной службой, также не предоставляющей подтверждений отправителю. Несмотря низкую надежность, это — доминирующая форма в большинстве сетей по причинам, которые станут ясными позже.

В других ситуациях бывает желательно не устанавливать соединение для пересылки сообщений, но надежность, тем не менее, существенна. Такая служба называется службой дейтаграмм с подтверждениями. Она подобна отправке заказного письма с подтверждением получения. Получив подтверждение, отправитель уверен, что письмо доставлено адресату, а не потеряно по дороге. Примером являются текстовые сообщения на мобильных телефонах.

Кроме того, существует служба запросов и ответов, в которой отправитель посылает дейтаграммы, содержащие запросы, и получает ответы от получателя. Обычно модель запросов и ответов применяется для реализации общения в модели клиентсервер: клиент посылает запрос, а сервер отвечает на него. Например, пользователь мобильного телефона мог бы послать запрос в сервер карт, чтобы получить данные о карте для текущего местоположения. Обсуждавшиеся выше типы служб сведены в таблицу на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Шесть типов служб

Концепция использования ненадежной связи поначалу может показаться несколько странной. В самом деле, почему это может возникать такая ситуация, когда выгоднее предпочесть ненадежную связь надежной? Во-первых, надежное соединение (в том смысле, который был оговорен выше, то есть с подтверждением) не всегда можно установить на данном уровне. Скажем, Ethernet не является «надежным» средством коммуникации. Пакеты при передаче могут искажаться, но решать эту проблему должны протоколы более высоких уровней. В частности, много надежных служб создано над ненадежной службой дейтаграмм. Во-вторых, задержки, связанные с отсылкой подтверждения, в некоторых случаях неприемлемы, особенно при передаче мультимедиа в реальном времени. Именно благодаря этим факторам продолжают сосуществовать надежные и ненадежные соединения.

1.3.4. Примитивы служб

Служба (сервис) формально описывается набором примитивов или операций, доступных пользователю или другому объекту для получения сервиса. Эти примитивы заставляют службу выполнять некоторые действия или служат ответами на действия объекта того же уровня. Если набор протоколов входит в состав операционной системы (как часто и бывает), то примитивы являются системными вызовами. Они приводят к возникновению системных прерываний в привилегированном режиме, в результате чего управление машиной передается операционной системе, которая и отсылает нужные пакеты.

Набор доступных примитивов зависит от природы сервиса. Скажем, примитивы сервисов с установлением соединения и без него различаются. В табл. 1.3 приведен минимальный набор примитивов, обеспечивающий надежную передачу битового потока

в среде типа «клиент-сервер». Они будут знакомы поклонникам сокет-интерфейса Беркли, поскольку примитивы — упрощенная версия этого интерфейса.

Таблица 1.3.Шесть сервисных примитивов, обеспечивающих простую передачу с установлением соединения

Примитив

Значение

LISTEN (ожидание) CONNECT (соединение) ACCEPT (прием) RECEIVE (прием)

SEND (отправка) DISCONNECT (разрыв)

Блокировка, ожидание входящего соединения

Установка соединения с ожидающим объектом того же ранга

Прием входящего соединения от объекта того же ранга