Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Второе различие между сетевым и транспортным сервисами состоит в том, для кого они предназначены. Сетевой сервис используется только транспортными подсистемами. Мало кто пишет свои собственные транспортные подсистемы, и поэтому пользователи и программы почти не встречаются с голым сетевым сервисом. Базовые операции транспортного сервиса, напротив, используются многими программами, а следовательно, и программистами. Поэтому транспортный сервис должен быть удобным и простым в употреблении.

Чтобы получить представление о транспортном сервисе, рассмотрим пять базовых операций, перечисленных в табл. 6.1. Этот транспортный интерфейс сильно упрощен, но он дает представление о назначении транспортного интерфейса с установлением соединения. Он позволяет прикладным программам устанавливать, использовать и освобождать соединения, чего вполне достаточно для многих приложений.

Чтобы понять, как могут быть использованы эти операции, рассмотрим приложение, состоящее из сервера и нескольких удаленных клиентов. Вначале сервер выполняет операцию LISTEN — обычно для этого вызывается библиотечная процедура, которая обращается к системе. В результате сервер блокируется, пока клиент не обратится к нему. Когда клиент хочет поговорить с сервером, он выполняет операцию CONNECT. Транспортная подсистема выполняет эту операцию, блокируя обратившегося к ней клиента и посылая пакет серверу. Поле данных пакета содержит сообщение транспортного уровня, адресованное транспортной подсистеме сервера.

Следует сказать пару слов о терминологии. За неимением лучшего термина, для сообщений, посылаемых одной транспортной подсистемой другой транспортной подсистеме, нам придется использовать термин сегмент( segment). Это обозначение используется в TCP, UDP и других интернет-протоколах. В более старых протоколах применяется несколько неуклюжее название TPDU( Transport Protocol Data Unit— модуль данных транспортного протокола). Сейчас оно практически не используется, однако вы можете встретить его в старых статьях и книгах.

Таблица 6.1.Базовые операции простого транспортного сервиса

Базовая операция

Посланный сегмент

Значение

LISTEN (ОЖИДАТЬ)

(нет)

Блокировать сервер, пока какой-либо процесс не попытается соединиться

CONNECT

(СОЕДИНИТЬ)

CONNECTION REQUEST (ЗАПРОС СОЕДИНЕНИЯ)

Активно пытаться установить соединение

SEND (ПОСЛАТЬ)

ДАННЫЕ

Послать информацию

RECEIVE

(ПОЛУЧИТЬ)

(нет)

Блокировать сервер, пока не прибудут данные

DISCONNECT

(РАЗЪЕДИНИТЬ)

DISCONNECTION REQUEST (ЗАПРОС РАЗЪЕДИНЕНИЯ)

Прервать соединение

Сегменты, которыми обменивается транспортный уровень, помещаются в пакеты (которыми обменивается сетевой уровень). Эти пакеты, в свою очередь, содержатся в кадрах, которыми обменивается канальный уровень. Получив кадр, процесс канального уровня обрабатывает заголовок кадра и, если адрес назначения совпадает с местом доставки, передает содержимое поля полезной нагрузки кадра наверх сетевой подсистеме. Точно так же сетевая подсистема обрабатывает заголовок пакета и передает содержимое поля полезной нагрузки пакета наверх транспортной подсистеме. Эта вложенность проиллюстрирована на рис. 6.2.

Рис. 6.2.Вложенность сегментов, пакетов и кадров

Итак, вернемся к нашему примеру общения клиента и сервера. В результате запроса клиента CONNECT серверу посылается сегмент, содержащий CONNECTION REQUEST (запрос соединения). Когда он прибывает, транспортная подсистема проверяет, заблокирован ли сервер операцией LISTEN (то есть заинтересован ли сервер в обработке запросов). Затем она разблокирует сервер и посылает обратно клиенту сегмент CONNECTION ACCEPTED (соединение принято). Получив этот сегмент, клиент разблокируется, после чего соединение считается установленным.

Теперь клиент и сервер могут обмениваться данными с помощью базовых операций SEND и RECEIVE. В простейшем случае каждая из сторон может использовать блокирующую операцию RECEIVE для перехода в режим ожидания сегмента, посылаемого противоположной стороной при помощи операции SEND. Когда сегмент прибывает, получатель разблокируется. Затем он может обработать полученный сегмент и послать ответ. Такая схема прекрасно работает, пока обе стороны помнят, чей черед посылать, а чей — принимать.

Обратите внимание на то, что на транспортном уровне даже простая однонаправленная пересылка данных оказывается сложнее, чем на сетевом уровне. Каждый посланный пакет данных будет, в конце концов, подтвержден. Пакеты, содержащие управляющие сегменты, также подтверждаются, явно или неявно. Эти подтверждения управляются транспортными подсистемами при помощи протокола сетевого уровня и не видны пользователям транспортного уровня. Аналогично транспортные подсистемы должны беспокоиться о таймерах и повторных передачах. Все эти механизмы не видны пользователям транспортного уровня, для которых соединение представляется надежным битовым каналом. Один пользователь помещает в канал биты, которые волшебным образом появляются на другом конце канала в том же порядке. Эта способность скрывать сложность от пользователей свидетельствует о том, что многоуровневые протоколы являются довольно мощным инструментом.

Когда соединение больше не требуется, оно должно быть разорвано, чтобы можно было освободить место в таблицах двух транспортных подсистем. Разъединение существует в двух вариантах: симметричном и асимметричном. В асимметричном варианте любой потребитель транспортных услуг может вызвать примитив DISCONNECT, в результате чего удаленной транспортной сущности будет послан управляющий сегмент DISCONNECTION REQUEST (запрос разъединения). После получения сегмента удаленной транспортной подсистемой соединение разрывается.

В симметричном варианте каждое направление закрывается отдельно, независимо от другого. Когда одна сторона выполняет операцию DISCONNECT, это означает, что у нее более нет данных для передачи, но что она все еще готова принимать данные от своего партнера. В этой схеме соединение разрывается, когда обе стороны выполняют операцию DISCONNECT.

Диаграмма состояний для установления и разрыва соединения показана на рис. 6.3. Каждый переход вызывается каким-то событием — операцией, выполненной локальным пользователем транспортного сервиса, или входящим пакетом. Для простоты мы будем считать, что каждый сегмент подтверждается отдельно. Мы также предполагаем, что используется модель симметричного разъединения, в которой клиент делает первый ход. Обратите внимание на наивность этой модели. Позднее, когда мы будем говорить о TCP, мы рассмотрим более реалистичные модели.