Учебно-методическии комплекс дисциплины «Компьютерные сети» для специальности 6М011100 — «Информатика» (стр. 10 )

7. Службы, необходимые приложению.

Вспомним, что сокет является интерфейсом между прикладным процессом и протоколом транспортного уровня. На передающей стороне сообщения через сокет оказываются на транспортном уровне, где получают возможность перемещаться внутри сети. Сетевые службы обеспечивают доставку сообщения на транспортный уровень адресата, где оно через сокет попадает в нужное приложение и обрабатывается им. Многие компьютерные сети, включая Интернет, используют более одного транспортного протокола. При разработке приложения необходимо выбрать один из транспортных протоколов, к службам которого оно будет обращаться. Как сделать выбор? Нужно изучить перечень служб, поддерживаемых каждым из протоколов, и выбрать тот, который способен обслужить ваше приложение наилучшим способом. Какие службы могут понадобиться приложению? Выделяются три основных требования, предъявляемых приложениями к транспортному уровню: надежная передача данных, гарантированная скорость передачи и обеспечение доставки данных за определенное время.

Надежная передача данных

Некоторые приложения, например приложения электронной почты, обмена сообщениями в реальном времени, передачи файлов, просмотра web-документов, финансовых операций и т. д., требуют надежной передачи данных, то есть исключения вероятности потерь данных при передаче. Как правило, потери данных приводят к крайне нежелательным для пользователей последствиям (представьте обмен между банком или его клиентом!). Тем не менее существует вид приложений, толерантных к потерям данных. К нему относится большинство мультимедийных приложений, например аудио и видео реального времени. Небольшие потери данных в таких приложениях оборачиваются помехами (звуковые щелчки и «дергающееся» изображение), не приводящими к сбоям или серьезным потерям качества. Степень толерантности приложения к потере данных определяет максимальную долю данных, которая может быть потеряна, и, как правило, зависит от назначения приложения и использующейся схемы кодирования.

Скорость передачи

Для эффективной работы некоторым приложениям необходимо осуществлять передачу данных с определенной скоростью. Например, если приложение Интернет-телефонии кодирует аналоговые голосовые сообщения в цифровые с интенсивностью 32 Кбит/с, то для успешного функционирования необходимо обеспечить передачу данных этого приложения со скоростью 32 Кбит/с. В противном случае между фразами пользователей будут ощущаться задержки. Для избежания таких ситуаций приложение должно либо снизить интенсивность кодирования до величины, согласующейся со скоростью передачи, либо завершить свою работу. Приложения, эффективность которых зависит от скорости передачи данных, называют чувствительными к скорости передачи данных. На сегодняшний день многие мультимедиа-приложения являются чувствительными к скорости передачи, однако в будущем ожидается кардинальное усовершенствование систем кодирования, которые позволят приложениям адаптироваться к используемому каналу связи. Такой способностью обладают приложения электронной почты, web-приложения и приложения для передачи файлов, относящиеся к классу эластичных приложений. Разумеется, наличие высокоскоростного канала связи никогда не повредит работе сети; здесь весьма актуально утверждение о том, что полоса пропускания никогда не бывает слишком широкой.

Время передачи

Последнее требование приложений к транспортному уровню заключается в гарантированном времени доставки данных. Интерактивные приложения реального времени, такие как Интернет-телефония, виртуальные миры, телеконференции и многопользовательские компьютерные игры, накладывают жесткие временные ограничения на время доставки данных (сотни миллисекунд и менее). Невыполнение временных ограничений в Интернет-телефонии приводит к длительным паузам в разговоре, а в компьютерных играх – к задержке реакции окружения и, следовательно, к потере реалистичности. В приложениях, не относящихся к приложениям реального времени, временные ограничения на доставку данных не являются столь принципиальными, однако меньшая задержка всегда предпочтительней, чем большая.

В табл. 3.1 суммируются требования различных видов приложений к качеству передачи данных. Разумеется, не следует воспринимать эти данные как строгую классификацию; напротив, они отражают лишь тенденции, характерные для того или иного класса приложений.

Таблица 3.1 Требования прилодений к качеству передачи данных

8. Службы протоколов транспортного уровня

В Интернете и других сетях, использующих семейство протоколов TCP/IP, существуют два транспортных протокола: TCP (Transmission Control Protocol — протокол управления передачей) и UDP (User Datagram Protocol — протокол пользовательских дейтаграмм). При создании нового Интернет-приложения разработчику необходимо выбрать, каким из двух протоколов, TCP или UDP, будет пользоваться его продукт. Эти протоколы предлагают приложениям принципиально разные модели обслуживания.

Протокол TCP

Модель обслуживания протокола TCP опирается на установление логического соединения и надежную передачу данных. Поясним, что означают эти два термина.

□ Установление логического соединения. Протокол TCP обеспечивает обмен управляющей информацией между клиентом и сервером до начала передачи «полезных» данных. Этот предварительный обмен, называемый процедурой рукопожатия, предназначен для подготовки обеих сторон к передаче серии пакетов. После удачного завершения процедуры рукопожатия между соке-тами клиента и сервера устанавливается TCP-соединение. ТСР-соединение является дуплексным, то есть стороны могут осуществлять передачу информации друг другу одновременно. После окончания обмена соединение должно быть автоматически разорвано. ТСР-соединение называется логическим потому, что представляет собой совокупность информационных единиц (переменных).

□ Надежная передача данных. Взаимодействующие процессы получают гарантию, что все переданные данные будут доставлены адресату без ошибок, потерь и в правильном порядке. Выходной поток байтов передающей стороны в точности соответствует входному потоку байтов принимающей стороны.

TCP также включает механизм контроля перегрузки, который предназначен скорее для сети, нежели для обеспечения качества обслуживания взаимодействующих процессов. Если сеть перегружена, происходит автоматическое снижение скорости обмена данными. Как мы увидим в главе 3, средства контроля перегрузки стремятся поровну разделить пропускную способность сети между всеми ТСР-соеди-нениями.

Принудительное снижение скорости обмена может весьма неблагоприятно сказаться на функционировании мультимедиа-приложений, особенно связанных с реальным временем. Поскольку мультимедиа-приложения толерантны к потерям данных, служба надежной передачи является для них избыточной, и в большинстве случаев разработчики выбирают для мультимедийных целей протокол UDP.

Рассмотрев услуги, предлагаемые протоколом TCP, скажем несколько слов о том, чего он не может. Во-первых, TCP не обеспечивает гарантированную скорость передачи данных. Скорость передачи данных приложением устанавливается самим протоколом и не обязательно соответствует требованию приложения. Более того, TCP принудительно снижает скорость передачи при наличии перегрузок в сети. Во-вторых, TCP не дает никаких гарантий относительно времени доставки сообщений. Доставка большинства сообщений происходит успешно, однако может потребовать неопределенных и трудно прогнозируемых временных затрат, иногда достигающих десятков секунд или даже нескольких минут.

Протокол UDP

Протокол UDP предоставляет приложению весьма простую и бесхитростную модель обслуживания. Логическое соединение между сокетами не устанавливается, следовательно, процедура рукопожатия в протоколе отсутствует. UDP обеспечивает ненадежную передачу данных, означающую отсутствие приложения, посылающего пакет гарантии того, что этот пакет будет получен адресатом. Более того, протокол не гарантирует, что порядок получения информации будет соответствовать порядку ее отправления.

Протокол UDP не предусматривает контроля перегрузок, и приложение может осуществлять передачу данных с той скоростью, которая ему необходима. Поскольку приложения реального времени обычно толерантны к потерям данных и в то же время требуют наличия некой минимальной скорости передачи, протокол UDP для них предпочтительнее, чем TCP. Тем не менее UDP, как и TCP, не гарантирует время доставки данных.

9. Webи HTTP

До 1990-х годов пользователями ресурсов Интернета были исследователи, ученые и студенты, которые подключались к удаленным хостам, обменивались с ними файлами, получали сообщения из групп новостей и пользовались услугами электронной почты. Несмотря на то что Интернет-приложения уже тогда обладали огромной потенциальной пользой, Интернет еще был мало распространен среди широких масс. Ситуация резко изменилась в начале 1990-х годов с появлением Всемирной паутины (WorldWideWeb, WWW, или web). Без преувеличения можно сказать, что именно Всемирная паутина изменила взаимодействие между людьми, выделила Интернет из множества других компьютерных сетей (Prodigy, AmericaOnline, Compuserve, Minitel) и сделала слово «Интернет» синонимом термина «компьютерная сеть».

Главной особенностью web, отличающей ее от других информационных технологий, является ее активация по запросу. Пользователи получают ту информацию, которая им нужна, и в то время, когда она им нужна. Радио и телевидение, к примеру, лишены этой возможности, поскольку зрители и слушатели не имеют контроля над информационным потоком. Кроме того, в web механизм получения информации и ее размещения предельно прост. Каждый может за небольшую плату разместить в Сети массу сведений. Гиперссылки и поисковые системы позволяют не «утонуть» в океане разнообразных web-сайтов. Высококачественная графика увеличивает наглядность представляемой информации, а формы, скрипты, апплеты, элементы ActiveX и прочие средства позволяют сделать общение пользователя с сетью интерактивным. Кроме того, все большую мощь в Интернете набирают новые формы представления аудио - и видеоинформации, а скоро пользователи получат еще более широкий спектр средств мультимедиа.