UNIX: разработка сетевых приложений

Изначально протокол SCTP разрабатывался для управления сигналами и реализации интернет-телефонии. Однако в процессе разработки область применения этого протокола значительно расширилась. Фактически он превратился в общецелевой транспортный протокол. SCTP поддерживает почти все функции TCP и значительно расширяет их новыми сервисами транспортного уровня. Маловероятно, чтобы сетевое приложение ничего не выиграло от перехода на SCTP. Так в каких же случаях следует использовать этот протокол? Начнем с перечисления его достоинств.

1. Протокол SCTP обеспечивает явную поддержку многоинтерфейсных узлов. Конечная точка может передавать данные по нескольким сетям для повышения надежности. Никаких особых действий, кроме перехода на SCTP, для использования новых сервисов SCTP предпринимать не требуется. Подробнее об SCTP для многоинтерфейсных узлов читайте в [117, раздел 7.4].

2. Протокол SCTP устраняет блокирование очереди. Приложение может передавать данные параллельно по нескольким потокам одной ассоциации. Потеря пакета в одном потоке не приведет к задержке передачи по другим потокам той же ассоциации (см. раздел 10.5 настоящей книги).

3. Границы сообщений уровня приложения сохраняются протоколом SCTP. Многие приложения не нуждаются в отправке потока байтов. Им удобнее работать с сообщениями. SCTP сохраняет границы сообщений и тем самым упрощает задачу программисту-разработчику, которому больше не приходится отмечать границы сообщений внутри потока байтов и писать специальные функции для реконструкции сообщений из этого потока.

4. SCTP предоставляет сервис неупорядоченной доставки. Некоторые приложения не нуждаются в сохранении порядка сообщений при передаче их по сети. Раньше такому приложению, использующему TCP для обеспечения надежности, приходилось мириться с задержками, вызванными блокированием очереди и необходимостью упорядоченной доставки (хотя само приложение в ней не нуждалось). SCTP предоставляет таким приложениям именно тот тип сервиса, который им нужен.

5. Некоторые реализации SCTP предоставляют сервис частичной надежности. Отправитель получает возможность указывать время жизни каждого сообщения в поле sinfo_timetolive структуры sctp_sndrcvinfo. (Это время жизни отличается от TTL IPv4 и ограничения на количество прыжков IPv6 тем, что оно на самом деле измеряется в единицах времени.) Если частичная надежность поддерживается обоими узлами, не доставленные вовремя данные могут сбрасываться транспортным уровнем, а не приложением, даже если они были переданы и утеряны. Таким образом оптимизируется передача данных в условиях загруженных линий.

6. Легкость перехода с TCP на SCTP обеспечивается сокетами типа «один-к-одному». Сокеты этого типа предоставляют типичный для TCP интерфейс, так что приложение может быть перенесено на новый протокол с самыми незначительными изменениями.

7. Многие функции TCP поддерживаются и SCTP: уведомление о приеме, повторная передача утерянных данных, сохранение последовательности данных, оконное управление передачей, медленное начало и алгоритмы предотвращения перегрузки линий, а также выборочные уведомления. Есть и два исключения: состояние неполного закрытия и срочные данные.

8. SCTP позволяет приложению настраивать транспортный уровень по своим потребностям, причем настройка выполняется для каждой ассоциации в отдельности. Эта гибкость в сочетании с универсальным набором значений по умолчанию (для приложений, не нуждающихся в тонкой настройке транспортного уровня) дает приложению нечто большее, нежели оно могло получить при работе с TCP.

SCTP лишен двух особенностей TCP. Одной из них является состояние неполного (половинного) закрытия соединения. Это состояние возникает, когда приложение закрывает свой конец соединения, но разрешает собеседнику отправлять данные, а само принимает их (мы обсуждали это состояние в разделе 6.6). Приложение входит в это состояние для того, чтобы сообщить собеседнику, что отправка данных завершена. Приложения очень редко используют эту возможность, поэтому при разработке SCTP решено было не заботиться об ее поддержке. Приложениям, которым нужна эта функция, с переходом на SCTP придется изменять протокол уровня приложения, чтобы отправлять сигнал в потоке данных. В некоторых случаях изменения могут быть далеко не тривиальными.

SCTP не поддерживает и такую функцию TCP, как обработка внеочередных данных (urgent data). Для доставки срочных данных в SCTP можно использовать отдельный поток, однако это не позволяет в точности воспроизвести поведение TCP.

Для приложений, ориентированных на передачу потока байтов, переход на SCTP может оказаться невыгодным. К таким приложениям относятся telnet, rlogin, rsh и ssh. TCP сегментирует поток байтов на пакеты IP более эффективно, чем SCPT, который пытается сохранять границы сообщений, из-за чего могут получаться блоки, не помещающиеся целиком в IP-дейтаграммы и вызывающие избыточные накладные расходы на передачу.

В заключение следует сказать, что многим программистам стоит задуматься о переносе своих приложений на SCTP, когда этот протокол станет доступен на их Unix-платформе. Однако чтобы эффективно использовать специальные функции SCTP, нужно хорошо разбираться в них. Пока этот протокол не будет распространен повсеместно, вам может быть выгоднее не уходить от TCP.

23.13. Резюме

В этой главе мы изучили функцию автоматического закрытия ассоциации SCTP и исследовали, каким образом она может быть использована для ограничения неактивных соединений через сокет типа «один-ко-многим». Мы написали простую функцию, при помощи которой приложение может получать большие сообщения, используя механизм частичной доставки. Мы узнали, каким образом приложение может декодировать уведомления о событиях, происходящих на транспортном уровне. Мы достаточно коротко рассказали о том, как процесс может отправлять неупорядоченные данные, связывать сокет с подмножеством адресов, получать адреса собеседника и свои собственные, а также преобразовывать IP-адрес в идентификатор ассоциации.

Периодическая проверка соединения для ассоциаций SCTP включена по умолчанию. Мы научились управлять этой функцией посредством простой подпрограммы, которую сами же написали. Мы научились отделять ассоциацию при помощи системного вызова sctp_peeloff и написали параллельно-последовательный сервер, использующий эту возможность. Мы обсудили проблему настройки тайм-аутов повторной передачи SCTP, а также раскрыли преимущества и недостатки перехода на SCTP.

Упражнения

1. Напишите клиент для тестирования интерфейса частичной доставки из раздела 23.3.

2. Каким образом можно задействовать механизм частичной доставки, если не отправлять очень больших сообщений?

3. Перепишите сервер, использующий механизм частичной доставки, таким образом, чтобы он умел обрабатывать соответствующие уведомления.

4. Каким приложениям пригодится механизм передачи неупорядоченных данных? А каким он не нужен? Поясните.

5. Каким образом можно протестировать сервер, связывающийся с подмножеством IP-адресов узла?

6. Предположим, ваше приложение работает в частной сети, причем конечные точки находятся в одной локальной сети. Все серверы и клиенты являются многоинтерфейсными узлами. Каким образом следует настроить параметры повторной передачи, чтобы обнаруживать отказ узла не более, чем за 2 с?

Глава 24 Внеполосные данные