UNIX: разработка сетевых приложений

Эта глава описывает дополнительные элементарные функции сокетов, которые могут использоваться с SCTP. Сначала мы опишем две модели интерфейса, доступные разработчику приложения. В главе 10 мы разработаем новую версию эхо-сервера, использующую модель «один-ко-многим». Кроме того, мы опишем новые функции, которые предназначены только для SCTP. Особое внимание будет уделено функции shutdown и отличиям процедуры завершения ассоциации SCTP от процедуры завершения соединения TCP. В разделе 23.4 мы рассмотрим пример использования уведомлений для оповещения приложения о важных событиях, связанных с протоколом (помимо прибытия новых пользовательских данных).

Интерфейс функций SCTP еще не стабилизировался полностью, что объясняется молодостью этого протокола. На момент написания этой книги описываемые в ней интерфейсы считались стабилизировавшимися, однако они еще не были распространены так широко, как остальные части API сокетов. Те, кто работает с приложениями, ориентированными исключительно на SCTP, должны быть готовы устанавливать обновления для ядра или для операционной системы в целом, а приложения, рассчитанные на повсеместное использование, должны уметь работать с TCP, потому что протокол SCTP пока что доступен далеко не на всех системах.

9.2. Модели интерфейса

Сокеты SCTP бывают двух типов: «один-к-одному» и «один-ко-многим». Сокету типа «один-к-одному» всегда сопоставляется ровно одна ассоциация SCTP. Вспомните, что в разделе 2.5 мы отмечали, что ассоциация является соединением между двумя системами, которое может задействовать более двух IP-адресов, если хотя бы одна из систем имеет несколько интерфейсов. Связь между сокетом и ассоциацией SCTP такая же, как между сокетом и соединением TCP. Сокету типа «один-ко-многим» может сопоставляться одновременно несколько активных ассоциаций. То же самое имеет место и в UDP, где сокет, привязанный к конкретному порту, может получать дейтаграммы от нескольких конечных точек UDP, передающих данные одновременно.

Выбор интерфейса при разработке приложения должен осуществляться с учетом нескольких факторов:

тип сервера (последовательный или параллельный);

количество дескрипторов сокетов, с которыми должен работать сервер;

важно ли оптимизировать работу приложения, разрешив передачу данных в третьем (и, возможно, четвертом) пакете четырехэтапного рукопожатия;

для какого количества соединений существует необходимость хранить информацию о состоянии.

ПРИМЕЧАНИЕ

Когда API сокетов для протокола SCTP еще только разрабатывался, сокеты разных типов назывались по-разному. Читатели до сих пор могут столкнуться со старой терминологией в документации или исходном коде. Изначально сокет типа «один-к-одному» назывался сокетом типа TCP (TCP-style socket), а сокет типа «один-ко-многим» — сокетом типа UDP (UDP-style socket).

Впоследствии от этих терминов пришлось отказаться, так как они создавали впечатление, что SCTP будет вести себя, как TCP или UDP, при использовании сокетов соответствующих типов. На самом деле имелось в виду только одно различие между TCP и UDP: возможность одновременной работы с несколькими адресатами на транспортном уровне. Современные термины («один-к-одному» и «один-ко-многим») фокусируют наше внимание на главном отличии двух типов сокетов.

Наконец, обратите внимание, что некоторые авторы используют термин «несколько-к-одному» вместо «один-ко-многим». Эти термины взаимозаменяемы.

Сокет типа «один-к-одному»

Данный тип сокета был разработан специально для облегчения переноса существующих приложений с TCP на SCTP. Его модель практически идентична описанной в главе 4. Существуют, конечно, некоторые отличия, о которых следует помнить (в особенности, при переносе приложений):

1. Все параметры сокетов должны быть преобразованы к соответствующим эквивалентам SCTP. Чаще всего используются параметры TCP_NODELAY и TCP_MAXSEG, вместо которых следует задавать SCTP_NODELAY и SCTP_MAXSEG.

2. Протокол SCTP сохраняет границы сообщений, поэтому приложению не приходится кодировать их самостоятельно. Например, приложение, основанное на TCP, может отправлять записи, чередуя двухбайтовые поля длины с полями данных переменной длины (каждое поле записывается в буфер отправки отдельным вызовом write). Если так поступить с SCTP, адресат получит два отдельных сообщения, то есть функция read возвратится дважды: один раз с двухбайтовым сообщением (поле длины), а второй — с сообщением неопределенной длины.

3. Некоторые TCP-приложения используют половинное закрытие для извещения собеседника о конце считываемых данных. Для переноса таких приложений на SCTP потребуется переписать их таким образом, чтобы сигнал о конце данных передавался в обычном потоке.

4. Функция send может использоваться обычным образом. Функции sendto и sendmsg трактуют информацию об адресе получателя как приоритетную перед основным адресом собеседника (см. раздел 2.8).

Типичное приложение, работающее в стиле «один-к-одному», будет вести себя так, как показано на временной диаграмме рис. 9.1. Запущенный сервер открывает сокет, привязывается к адресу, после чего ожидает подсоединения клиента в системном вызове accept. Через некоторое время запускается клиент, который открывает свой сокет и инициирует установление ассоциации с сервером. Предполагается, что клиент отправляет серверу запрос, сервер обрабатывает этот запрос и отправляет свой ответ обратно клиенту. Взаимодействие продолжается до тех пор, пока клиент не начнет процедуру завершения ассоциации. После закрытия ассоциации сервер либо завершает работу, либо ожидает установления новой ассоциации. Из сравнения с временной диаграммой TCP (см. рис. 4.1) становится ясно, что обмен пакетами через сокет SCTP типа «один-к-одному» осуществляется приблизительно так же.

Рис. 9.1. Временная диаграмма для сокета SCTP типа «один-к-одному»

Сокет SCTP типа «один-к-одному» является IP-сокетом (семейство AF_INET или AF_INET6) со значением типа SOCK_STREAM и значением протокола IPPROTO_SCTP.

Сокет типа «один-ко-многим»

Сокет типа «один-ко-многим» дает разработчику приложения возможность написать сервер, не использующий большого количества дескрипторов сокетов. Один дескриптор для такого сервера будет представлять несколько ассоциаций, подобно сокету UDP, способному принимать дейтаграммы от множества клиентов. Для обращения к конкретной ассоциации, установленной для сокета типа «один-ко-многим», используется идентификатор. Идентификатор ассоциации представляет собой значение типа sctp_assoc_t(обычно это целое число). Значение идентификатора скрывается от приложения, то есть оно не должно использовать идентификатор, если тот еще не был предоставлен приложению ядром.

При написании приложения, использующего сокеты данного типа, рекомендуется помнить о следующих важных моментах:

1. Когда клиент закрывает ассоциацию, она автоматически закрывается и на стороне сервера. При этом удаляются все сведения о состоянии ассоциации в ядре.

2. Только при использовании типа «один-ко-многим» возможна передача данных в третьем и четвертом пакетах четырехэтапного рукопожатия (см. упражнение 9.3).

3. Вызов sendto, sendmsg или sctp_sendmsg для адресата, с которым еще не установлена ассоциация, приведет к попытке активного открытия, в результате чего будет создана новая ассоциация с указанным адресом. Это происходит даже в том случае, если приложение, вызвавшее send, перед этим вызвало для того же сокета функцию listen, запросив пассивное открытие.