Существуют два незначительно отличающихся варианта надежных служб с установлением соединения: последовательность сообщений (message sequences) и байтовые потоки (byte streams). В первом варианте сохраняются границы сообщений. Если было отправлено два сообщения по 1024 байта, они прибудут в место назначения в виде двух сообщений по 1024 байта, а не одного сообщения в 2048 байт. Во втором варианте соединение представляет собой просто поток байтов, без каких-либо границ сообщений. Когда в приемник поступает 2048 байт, нет никакой возможности определить, представляли ли они собой при отправке одно сообщение из 2048 байт, два сообщения по 1024 байта или 2048 сообщений по 1 байту. При отправке по сети страниц книги для фотонабора в виде отдельных сообщений сохранение границ может играть важную роль. С другой стороны, для скачивания фильма байтовый поток с сервера на компьютер пользователя — как раз то, что нужно. Границы сообщений (отдельных кадров) внутри фильма не имеют значения.

В некоторых случаях неудобно создавать соединение для отправки одного-единственного сообщения, но важна надежность. Для подобных сценариев подойдет служба отправки дейтаграмм с подтверждением получения (acknowledged datagram service). Она напоминает отправку заказного письма с уведомлением о вручении. Получив уведомление, отправитель может быть полностью уверен в том, что письмо было доставлено по адресу и не потерялось по дороге. Один из примеров такой службы — доставка текстовых сообщений на мобильных телефонах.

Сама идея использования ненадежных коммуникаций может сначала привести в недоумение. В конце концов, как можно предпочесть ненадежную связь надежной? Прежде всего, надежная связь (в нашем понимании — с подтверждением получения) может оказаться недоступной на конкретном уровне. Например, Ethernet не обеспечивает надежного обмена данными. Пакеты периодически могут повреждаться в пути, а обеспечить их восстановление должны протоколы более высоких уровней. В частности, многие надежные службы строятся поверх ненадежных служб отправки дейтаграмм. Кроме того, присущие надежным службам задержки могут оказаться неприемлемыми, особенно для работающих в режиме реального времени приложений (например, мультимедийных). Поэтому и надежные, и ненадежные виды коммуникаций существуют параллельно.

Для некоторых приложений неприемлемы транзитные задержки, возникающие вследствие подтверждения получения. Одно из этих приложений — цифровой голосовой трафик (VoIP). Возникающий время от времени небольшой шум на линии не так раздражает пользователей, как зависание разговора в ожидании подтверждений. Аналогично и при видеосвязи: небольшое число неправильно переданных пикселей не представляет собой проблемы, а вот подергивание изображения, когда поток данных останавливается для исправления ошибок, или долгое ожидание поступления идеального видеопотока раздражает пользователей.

Еще один вид служб — запрос/ответ (request-reply). Отправитель передает одну дейтаграмму с запросом и получает дейтаграмму с ответом. С помощью схемы «запрос/ответ» часто реализуется связь в клиент-серверной модели: клиент отправляет запрос, а сервер на него реагирует. Например, клиент с мобильного телефона отправляет запрос картографическому серверу, чтобы получить список ближайших китайских ресторанов, а сервер присылает ему этот список.

На илл. 1.28 приведена краткая сводка представленных выше типов служб.

Илл. 1.28. Шесть различных типов служб

1.5.4. Примитивы служб

Службы формально описываются набором примитивов (primitives), то есть операций, доступных обращающимся к ним пользовательским процессам. С помощью этих примитивов можно указать службе выполнить какое-либо действие или сообщить о действии, которое совершил объект на том же уровне. Если стек протоколов располагается в операционной системе (как это обычно и бывает), примитивы представляют собой системные вызовы. Такой вызов приводит к системному прерыванию в привилегированном режиме. Далее управление компьютером передается операционной системе для отправки нужных пакетов.

Набор доступных примитивов зависит от вида предоставляемой службы. Примитивы для ориентированных на соединения служб отличаются от примитивов служб без установления соединений. В качестве минимального набора примитивов, способного выдавать надежный байтовый поток, рассмотрим примитивы на илл. 1.29. Они хорошо знакомы всем приверженцам интерфейса сокетов Беркли, поскольку представляют собой его упрощенный вариант.

Примитив

Значение

LISTEN (прослушивать)

Блокирующее ожидание входящего соединения

CONNECT (подключиться)

Установка соединения с находящимся в состоянии ожидания одноранговым процессом

ACCEPT (согласиться)

Принятие входящего соединения от однорангового процесса

RECEIVE (принять)

Блокирующее ожидание входящего сообщения

SEND (отправить)

Отправка сообщения одноранговому процессу

DISCONNECT (отключиться)

Завершение соединения

Илл. 1.29. Простая, ориентированная на установление соединения служба с шестью примитивами

Эти примитивы можно использовать для механизма «запрос/ответ» в клиент-серверной среде. Для иллюстрации их работы покажем схему работы простого протокола, реализующего службу получения дейтаграмм с подтверждением.

Прежде всего сервер выполняет примитив LISTEN, чтобы оповестить о готовности к приему входящих соединений. Примитив LISTEN обычно реализуют при помощи блокирующего системного вызова. После выполнения этого примитива серверный процесс блокируется (приостанавливается) до тех пор, пока не появится запрос на соединение.

Далее клиентский процесс выполняет CONNECT, чтобы установить соединение с сервером. В вызове CONNECT должно быть указано, с кем соединяться, поэтому у него может быть параметр для адреса сервера. После этого операционная система отправляет пакет одноуровневому процессу с запросом на соединение, как показано в (1) на илл. 1.30. Клиентский процесс приостанавливается до получения ответа.

Илл. 1.30. Простое взаимодействие типа «клиент-сервер» получения дейтаграмм с подтверждением

Когда пакет прибывает на сервер, операционная система видит, что он запрашивает соединение. Она проверяет наличие прослушивающего процесса и разблокирует его, если он есть. Далее серверный процесс может устанавливать соединение при помощи вызова ACCEPT, в результате которого клиентскому процессу отправляется ответ (2) с согласием на соединение. Поступление этого ответа приводит к снятию блокировки с клиента. И сервер, и клиент в этот момент уже работают, и между ними установлено соединение.

Очевидна аналогия между этим протоколом и звонком покупателя в службу поддержки какой-либо компании. В начале дня менеджер по работе с клиентами сидит возле своего телефона в ожидании звонков. Затем звонит клиент. Когда менеджер поднимает трубку — устанавливается соединение.

Следующий шаг: выполнение сервером операции RECEIVE для подготовки к получению первого запроса. Обычно сервер делает это сразу же после снятия блокировки примитивом LISTEN, прежде чем клиент получит подтверждение. Вызов RECEIVE блокирует сервер.

Далее клиент выполняет примитив SEND для передачи своего запроса (3) с последующим RECEIVE для получения ответа. Поступление пакета с запросом разблокирует сервер, и он может обработать запрос. После завершения необходимых действий сервер отправляет ответ клиенту (4) с помощью примитива SEND. Получение этого пакета разблокирует клиента, который теперь может обработать ответ и отправить дополнительные запросы, если таковые у него есть.

По окончании работы с сервером клиент выполняет DISCONNECT для