Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

В листинге 3.1 также перечислен ряд процедур. Это библиотечные процедуры, детали которых зависят от конкретной реализации, и их внутреннее устройство мы рассматривать не будем. Как уже упоминалось ранее, процедура wait_for_event представляет собой холостой цикл ожидания какого-нибудь события. Процедуры to_network_layer и from_network_layer используются канальным уровнем для передачи пакетов сетевому уровню и для получения пакетов от сетевого уровня соответственно. Обратите внимание: процедуры from_physical_layer и to_physical_layer используются для обмена кадрами между канальным и физическим уровнями, тогда как процедуры to_ network_layer и from_network_layer применяются для передачи пакетов между канальным и сетевым уровнями. Другими словами, процедуры to_network_layer и from_network_layer относятся к интерфейсу между уровнями 2 и 3, тогда как процедуры from_physical_layer и to_physical_layer относятся к интерфейсу между уровнями 1 и 2.

В большинстве протоколов предполагается использование ненадежного канала, который может случайно потерять целый кадр. Для обработки подобных ситуаций передающий канальный уровень, посылая кадр, запускает таймер. Если за установленный интервал времени ответ не получен, таймер воспринимает это как тайм-аут, и канальный уровень получает сигнал прерывания.

В наших примерах протоколов этот сигнал реализован в виде значения event=timeout, возвращаемого процедурой wait_for_event. Для запуска и остановки таймера используются процедуры start_timer и stop_timer соответственно. Событие timeout может произойти, только если запущен таймер, но stop_timer еще не была вызвана. Процедуру start_timer разрешается запускать во время работающего таймера. Такой вызов просто переинициализирует часы, чтобы можно было начать отсчет заново (до нового таймаута, если таковой будет иметь место).

Процедуры start_ack_timer и stop_ack_timer используются для управления вспомогательными таймерами при формировании подтверждений в особых обстоятельствах.

Процедуры enable_network_layer и disable_network_layer используются в более сложных протоколах, где уже не предполагается, что у сетевого уровня всегда есть пакеты для отправки. Когда канальный уровень разрешает работу сетевого уровня, последний получает также разрешение прерывать работу первого, когда ему нужно послать пакет. Такое событие мы будем обозначать как event=network_layer_ready. Когда сетевой уровень отключен, он не может инициировать такие события. Тщательно следя за включением и выключением сетевого уровня, канальный уровень не допускает ситуации, в которой сетевой уровень заваливает его пакетами, для которых не осталось места в буфере.

Последовательные номера кадров всегда находятся в пределах от 0 до MAX_SEQ (включительно). Число MAX_SEQ различно в разных протоколах. Для увеличения последовательного номера кадров на 1 циклически (то есть с обнулением при достижении числа MAX_SEQ) используется макрос inc. Он определен в виде макроса, поскольку используется прямо в строке в тех местах программы, где быстродействие является критичным. Как мы увидим позднее в этой книге, производительность сети часто

ограничена быстродействием протоколов. Определение простых операций в виде макросов не снижает удобочитаемости программы, увеличивая при этом ее быстродействие.

Объявления в листинге 3.1 являются частью всех последующих протоколов. Для экономии места и удобства ссылок они были извлечены и собраны вместе, но, по идее, они должны быть объединены с протоколами. В языке C такое объединение производится с помощью директивы препроцессора #include с указанием ссылки на файл protocol.h, в котором помещаются данные определения.

3.3.1. Симплексный протокол «Утопия»

В качестве первого примера мы рассмотрим самый простой протокол. Данные передаются только в одном направлении, и он даже не задумывается о том, что где-то может произойти ошибка. Сетевой уровень на передающей и приемной стороне находится в состоянии постоянной готовности. Временем обработки можно пренебречь. Размер буфера неограничен. И что лучше всего, канал связи между канальными уровнями никогда не теряет и не искажает кадры. Этот совершенно нереальный протокол, который мы назовем «Утопия», показан в листинге 3.2. Он всего лишь демонстрирует базовую структуру, необходимую для построения настоящего протокола.

Протокол состоит из двух процедур, senderl (отправитель) и receiverl (получатель). Процедура senderl работает на канальном уровне посылающей машины, а процедура receiverl — на канальном уровне принимающей машины. Ни последовательные номера, ни подтверждения не используются, поэтому MAX_SEQ не требуется. Единственным возможным событием является frame_arrival (то есть прибытие неповрежденного кадра).

Процедура sender1 представляет собой бесконечный цикл, начинающийся с оператора while, посылающий данные на линию с максимально возможной скоростью. Тело цикла состоит из трех действий: получения пакета (всегда обязательное) с сетевого уровня, формирования исходящего пакета с помощью переменной s и отсылки пакета адресату. Из служебных полей кадра данный протокол использует только поле info, поскольку другие поля относятся к обработке ошибок и управлению потоком, которые в данном протоколе не применяются.

Процедура принимающей стороны ничуть не сложнее. Вначале она ожидает, пока что-нибудь произойдет, причем единственно возможным событием в данном протоколе может быть получение неповрежденного пакета. Когда пакет появляется, процедура wait_for_event возвращает управление, при этом переменной event присваивается значение frame_arrival (которое все равно игнорируется). Обращение к процедуре from_physical_layer удаляет вновь прибывший кадр из аппаратного буфера и помещает его в переменную r. Наконец, порция данных передается сетевому уровню, а канальный уровень отправляется ждать следующий кадр.

Листинг 3.2.Неограниченный симплексный протокол «Утопия»

Протокол «Утопия» абсолютно нереалистичен, так как он не умеет ни управлять потоком данных, ни исправлять ошибки. Принцип его работы схож с сервисом без подтверждения и без установки соединения, который надеется, что все эти проблемы решаются на более высоких уровнях. Однако даже такой сервис все же обладает некоторыми способностями распознавать ошибки.

3.3.2. Симплексный протокол с ожиданием для канала без ошибок

Теперь мы отбросим самое нереальное предположение, использованное в протоколе 1, — способность получающего сетевого уровня мгновенно обрабатывать приходящие данные. Очень часто возникают ситуации, когда отправитель посылает данные слишком быстро, и получатель не успевает обработать их. Следовательно, очень важно предотвращать такие заторы. Сохраняется предположение о том, что в канале связи нет ошибок. Линия связи остается симплексной.