Сидни Фейт - TCP/IP Архитектура, протоколы, реализация (включая IP версии 6 и IP Security)

В 1986 г. компания AT&T предложила спецификацию протокола интерфейса транспортного уровня (Transport Layer Interface — TLI) для операционной системы Unix System V. Интерфейс TLI мог применяться для транспортного уровня OSI, TCP и других протоколов.

Еще одним важным событием в истории socket стал программный интерфейс socket для Windows (WinSock), позволивший приложениям Windows функционировать поверх стеков TCP/IP, созданных разными производителями. В Windows 95 обеспечивается поддержка многопротокольного интерфейса.

Интерфейс socket стал стандартом де-факто благодаря широкому распространению и универсальности доступа. В этой главе мы рассмотрим общие принципы работы этого интерфейса. На компьютерах могут существовать незначительные отличия в API, связанные с тем, что коммуникационные службы в операционных системах реализуются по-разному. Детальную информацию по программированию в конкретной системе можно найти в технических описаниях.

Исходный вариант интерфейса socket был разработан для Unix. Архитектура этой операционной системы позволяет единообразно обращаться к файлам, терминалам и вводу/выводу. Операции с файлами предполагают использование одного из следующих вызовов:

descriptor = open(filename, readwritemode)

read(descriptor, buffer, length)

write(descriptor, buffer, length)

close(descriptor)

Когда программа открывает файл, вызов создает в памяти область, называемую управляющим блоком файла (file control block) и содержащую сведения о данном файле (например, имя, атрибуты и место размещения).

Вызов возвращает небольшое целое число, именуемое дескриптором файла (file descriptor). Дескриптор используется в программе для идентификации файла в последующих операциях. При чтении или записи в файле специальный указатель из дескриптора отслеживает текущее положение внутри файла

Похожие методы используются в socket для TCP/IP. Главным отличием между программным интерфейсом socket и файловой системой Unix является то, что в socket применяется несколько дополнительных предварительных вызовов, необходимых для сбора всех сведений перед формированием соединения. Не считая дополнительной работы при запуске, для чтения или записи, в сети применяются те же самые операции.

Программный интерфейс socket обеспечивает работу трех служб TCP/IP: потокового обмена, обмена датаграммами в UDP и пересылки необработанных данных непосредственно на уровень IP. Все эти службы показаны на рис. 21.1.

Рис. 21.1.Программный интерфейс socket

Вспомним, что API интерфейса socket разрабатывался не только для TCP/IP. Исходная цель заключалась в создании единого интерфейса для различных коммуникационных протоколов, в том числе и для XNS (Xerox Network Systems).

Результат получился несколько странным. Например, некоторые вызовы socket содержат необязательные параметры, не имеющие никакого отношения к TCP/IP — они необходимы в других протоколах. Кроме того, иногда программист обязан указывать длину для параметров фиксированного размера, например для адресов IP версии 4. Смысл этого в том, что, хотя длина адреса в IP версии 4 всегда равна 4 байт, в программных интерфейсах для других протоколов могут использоваться адреса другой длины.

Когда программа читает данные из сетевого соединения, трудно предсказать заранее, как долго будет продолжаться эта операция. Программист может только дождаться полного завершения чтения или перейти на другое место в программе и периодически проверять значение переменной статуса соединения, либо разрешить программное прерывание по окончании операции.

■ Вызов с последующим ожиданием называется блокированным (blocking) или синхронным (synchronous).

■ Вызов с переходом на выполнение других операций называется неблокированным (nonblocking) или асинхронным (asynchronous).

В программном интерфейсе socket вызовы могут быть блокированными или неблокированными, а программист способен управлять поведением вызова.

Вызовы socket подготавливают сетевое взаимодействие путем создания блоков управления пересылкой (Transmission Control Block — TCB). В некоторых изданиях процесс создания TCB называется созданием socket. Вызов socket возвращает небольшое целое число, называемое дескриптором и используемое для идентификации соединения во всех последующих запросах.