Транспортный уровень

Протоколы транспортного уровня могут решать проблему негарантированной доставки сообщений («дошло ли сообщение до адресата?»), а также гарантировать правильную последовательность прихода данных. В стеке TCP/IP транспортные протоколы определяют, для какого именно приложения предназначены эти данные.

Протоколы автоматической маршрутизации, логически представленные на этом уровне (поскольку работают поверх IP), на самом деле являются частью протоколов сетевого уровня; например OSPF (IP идентификатор 89).

TCP (IP идентификатор 6) — «гарантированный» транспортный механизм с предварительным установлением соединения, предоставляющий приложению надёжный поток данных, дающий уверенность в безошибочности получаемых данных, перезапрашивающий данные в случае потери и устраняющий дублирование данных. TCP позволяет регулировать нагрузку на сеть, а также уменьшать время ожидания данных при передаче на большие расстояния. Более того, TCP гарантирует, что полученные данные были отправлены точно в такой же последовательности. В этом его главное отличие от UDP.

UDP (IP идентификатор 17) протокол передачи датаграмм без установления соединения. Также его называют протоколом «ненадёжной» передачи, в смысле невозможности удостовериться в доставке сообщения адресату, а также возможного перемешивания пакетов. В приложениях, требующих гарантированной передачи данных, используется протоколTCP.

UDP обычно используется в таких приложениях, как потоковое видео и компьютерные игры, где допускается потеря пакетов, а повторный запрос затруднён или не оправдан, либо в приложениях вида запрос-ответ (например, запросы к DNS), где создание соединения занимает больше ресурсов, чем повторная отправка.

И TCP, и UDP используют для определения протокола верхнего уровня число, называемое портом.

Примитивы транспортного уровня

Примитивы транспортного уровня позволяют пользователя получить доступ к транспортному сервису. Транспортный сервис аналогичен сетевому. Между ними существует одна большая разница - сетевой сервис по природе своей не надежен. Задача транспортного сервиса, как раз, обеспечить надежную доставку сообщений. Два процесса, соединенные между собой ничего не должны знать о том как физически они соединены. Один помещает данные на вход другого, другой получает их. Задача транспортного уровня спрятать от них все детали передачи, исправления ошибок и т.п.

Транспортный сервис может быть как ориентированный на соединения, так и нет. Дейтаграммный транспортный сервис возможен, но это редкость, поэтому мы будем рассматривать транспортный сервис, ориентированный на соединения.

Другое важное отличие между сетевым и транспортным сервисами - кто их использует. Сетевой - использует транспортный, а вот транспортный - использует пользователь, прикладные программы. Поэтому он должен быть ориентирован на пользователя: удобен, прост в использовании.

Общее представление о примитивах транспортного сервиса дает рис.6-3. 

Сокеты Беркли — интерфейс программирования приложений (API), представляющий собой библиотеку для разработки приложений на языке Си с поддержкой межпроцессного взаимодействия (IPC), часто применяемый в компьютерных сетях.

Функции [править] socket() [править]

socket() создаёт конечную точку соединения и возвращает дескриптор. Функция возвращает −1 в случае ошибки. Иначе, она возвращает целое число, представляющее присвоенный дескриптор.

Connect() [править]

connect() Возвращает целое число, представляющее код ошибки: 0 означает успешное выполнение, а −1 свидетельствует об ошибке.

Некоторые типы сокетов работают без установления соединения, это в основном касается UDP-сокетов. Для них соединение приобретает особое значение: цель по умолчанию для посылки и получения данных присваивается переданному адресу, позволяя использовать такие функции как send() и recv() на сокетах без установления соединения.

Загруженный сервер может отвергнуть попытку соединения, поэтому в некоторых видах программ необходимо предусмотреть повторные попытки соединения.

Bind() [править]

bind() связывает сокет с конкретным адресом. Когда сокет создается при помощи socket(), он ассоциируется с некоторым семейством адресов, но не с конкретным адресом. До того как сокет сможет принять входящие соединения, он должен быть связан с адресом. bind() принимает три аргумента:

• sockfd — дескриптор, представляющий сокет при привязке

• serv_addr — указатель на структуру sockaddr, представляющую адрес, к которому привязываем.

• addrlen — поле socklen_t, представляющее длину структуры sockaddr.

Возвращает 0 при успехе и −1 при возникновении ошибки.

listen() [править]

listen() подготавливает привязываемый сокет к принятию входящих соединений. Данная функция применима только к типам сокетов SOCK_STREAM и SOCK_SEQPACKET. Принимает два аргумента:

• sockfd — корректный дескриптор сокета.

• backlog — целое число, означающее число установленных соединений, которые могут быть обработаны в любой момент времени. Операционная система обычно ставит его равным максимальному значению.

После принятия соединения оно выводится из очереди. В случае успеха возвращается 0, в случае возникновения ошибки возвращается −1.

accept() [править]

accept() используется для принятия запроса на установление соединения от удаленного хоста. Принимает следующие аргументы:

• sockfd — дескриптор слушающего сокета на принятие соединения.

• cliaddr — указатель на структуру sockaddr, для принятия информации об адресе клиента.

• addrlen — указатель на socklen_t, определяющее размер структуры, содержащей клиентский адрес и переданной в accept(). Когда accept() возвращает некоторое значение, socklen_t указывает сколько байт структуры cliaddr использовано в данный момент.

Функция возвращает дескриптор сокета, связанный с принятым соединением, или −1 в случае возникновения ошибки.

Передача данных [править]

Для передачи данных можно пользоваться стандартными функциями чтения/записи файлов read и write, но есть специальные функции для передачи данных через сокеты:

• send

• recv

Высвобождение ресурсов [править]

Система не освобождает ресурсы, выделенные при вызове socket(), пока не произойдет вызова close(). Это особенно важно в случае, если вызов connect() прошёл неудачно и может быть повторен. Каждый вызов socket() должен иметь соответствующий вызов close() во всех возможных путях исполнения. Необходимо добавлять заголовочный файл <unistd.h> для поддержки функции закрытия.

Результатом выполнения системного вызова close() является только обращение к интерфейсу для закрытия сокета, а не закрытие самого сокета. Это является командой для ядра закрыть сокет. Иногда, на серверной стороне сокет может перейти в режим ожидания TIME_WAIT до 4 минут.[2]

Transmission Control Protocol (TCP) (протокол управления передачей) — один из основных протоколов передачи данных Интернета, предназначенный для управления передачей данных в сетях и подсетях TCP/IP.

Выполняет функции протокола транспортного уровня модели OSI.

TCP — это транспортный механизм, предоставляющий поток данных, с предварительной установкой соединения, за счёт этого дающий уверенность в достоверности получаемых данных, осуществляет повторный запрос данных в случае потери данных и устраняет дублирование при получении двух копий одного пакета. В отличие от UDP гарантирует целостность передаваемых данных и уведомление отправителя о результатах передачи.

Реализация TCP, как правило, встроена в ядро ОС, хотя есть и реализации TCP в контексте приложения.

Когда осуществляется передача от компьютера к компьютеру через Интернет, TCP работает на верхнем уровне между двумя конечными системами, например, браузером и веб-сервером. Также TCP осуществляет надежную передачу потока байтов от одной программы на некотором компьютере к другой программе на другом компьютере. Программы для электронной почты и обмена файлами используют TCP. TCP контролирует длину сообщения, скорость обмена сообщениями, сетевой трафик.