38.    В IP контрольная сумма покрывает только заголовок, но не данные. Почему, как вы полагаете, была выбрана подобная схема?

39.    Особа, живущая в Бостоне, едет в Миннеаполис и берет с собой свой персональный компьютер. К ее удивлению, локальная сеть в Миннеаполисе является беспроводной локальной сетью IP, поэтому ей нет необходимости подключать свой компьютер. Нужно ли, тем не менее, проходить процедуру с внутренним и внешним агентом, чтобы электронная почта и другой трафик прибывали правильно?

40.    Протокол IPv6 использует 16-байтовые адреса. На какое время хватит этих адресов, если каждую пикосекунду назначать блок в 1 млн адресов?

41.    Поле Протокол, используемое в заголовке IPv4, отсутствует в фиксированном заголовке IPv6. Почему?

42.    Должен ли протокол ARP быть изменен при переходе на шестую версию протокола IP? Если да, то являются ли эти изменения концептуальными или техническими?

43.    Напишите программу, моделирующую маршрутизацию методом заливки. Каждый пакет должен содержать счетчик, уменьшаемый на каждом маршрутизаторе. Когда счетчик уменьшается до нуля, пакет удаляется. Время дискретно, и каждая линия обрабатывает за один интервал времени один пакет. Создайте три версии этой программы: с заливкой по всем линиям; с заливкой по всем линиям, кроме входной линии; с заливкой только k лучших линий (выбираемых статически). Сравните заливку с детерминированной маршрутизацией (k = 1) с точки зрения задержки и использования пропускной способности.

44.    Напишите программу, моделирующую компьютерную сеть с дискретным временем. Первый пакет в очереди каждого маршрутизатора преодолевает по одному транзитному участку за интервал времени. Число буферов каждого маршрутизатора ограничено. Прибывший пакет, для которого нет свободного места, игнорируется и повторно не передается. Вместо этого используется сквозной протокол с тайм-аутами и пакетами подтверждения, который, в конце концов, вызывает повторную передачу пакета маршрутизатором-источником. Постройте график производительности сети как функции интервала сквозного времени ожидания при разных значениях частоты ошибок.

45.    Напишите функцию, осуществляющую пересылку в IP-маршрутизаторе. У процедуры должен быть один параметр — IP-адрес. Имеется доступ к глобальной таблице, представляющей собой массив из троек значений. Каждая тройка содержит следующие целочисленные значения: IP-адре^ маску подсети и исходящую линию. Функция ищет IP-адрес в таблице, используя CIDR, и возвращает номер исходящей линии.

46.    Используя программы traceroute (UNIX) или tracert (Windows), исследуйте маршрут от вашего компьютера до различных университетов мира. Составьте список трансокеанских линий. Вот некоторые адреса:

www.berkeley.edu (Калифорния) www.mit.edu (Массачусетс) www.vu.nl (Амстердам) www.ucl.ac.uk (Лондон) www.usyd.edu.au (Сидней) www.u-tokyo.ac.jp (Токио) www.uct.ac.za (Кейптаун)

Глава 6

Транспортный уровень

Вместе с сетевым уровнем транспортный уровень составляет сердцевину всей иерархии протоколов. Сетевой уровень обеспечивает сквозную доставку пакетов при помощи дейтаграмм и виртуальных каналов. Основанный на сетевом уровне транспортный уровень отвечает за передачу данных от процесса на машине-источнике до процесса на машине-адресате, предоставляя необходимый уровень надежности вне зависимости от физических характеристик использующихся сетей. Он создает абстракции, с помощью которых приложения могут работать в сети. Без транспортного уровня вся концепция многоуровневых протоколов потеряет смысл. В данной главе мы подробно рассмотрим транспортный уровень, включая его сервисы и выбор подходящей схемы API, позволяющей решить проблемы надежности, подключения и перегрузок, а также протоколы (такие как TCP и UDP) и производительность.

6.1.    Транспортный сервис

В следующих разделах мы познакомимся с транспортным сервисом. Мы рассмотрим виды сервисов, предоставляемых прикладному уровню. Чтобы наш разговор не был слишком абстрактным, мы разберем два набора базовых операций транспортного уровня. Сначала рассмотрим простой (но не применяемый на практике) набор, просто чтобы показать основные идеи, а затем — реально применяемый в Интернете интерфейс.

6.1.1.    Услуги, предоставляемые верхним уровням

Конечная цель транспортного уровня заключается в предоставлении эффективных, надежных и экономичных услуг (сервисов) передачи данных своим пользователям, которыми обычно являются процессы прикладного уровня. Для достижения этой цели транспортный уровень пользуется услугами, предоставляемыми сетевым уровнем. Программа и/или аппаратура, выполняющая работу транспортного уровня, называется транспортной подсистемой или транспортным объектом (transport entity). Транспортная подсистема может располагаться в ядре операционной системы, в библиотечном модуле, загруженном сетевым приложением, в отдельном пользовательском процессе или даже в сетевой интерфейсной плате. Первые два варианта чаще всего встречаются в сети Интернет. Логическая взаимосвязь сетевого, транспортного и прикладного уровней проиллюстрирована на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Сетевой, транспортный и прикладной уровни

Сервисы транспортного уровня, как и сервисы сетевого уровня, делятся на сервисы с установлением соединения и сервисы без установления соединения. Транспортный сервис с установлением соединения во многом похож на аналогичный сетевой сервис. В обоих случаях соединение проходит три этапа: установление соединения, передача данных и разъединение. Адресация и управление потоком на разных уровнях также схожи. Более того, похожи друг на друга и сервисы без установления соединения разных уровней. Однако следует обратить внимание на то, что реализовать комбинацию транспортного сервиса без установления соединения и сетевого сервиса с установлением соединения часто достаточно трудно, так как для этого придется разрывать только что созданное соединение сразу же после отправки пакета.

Возникает закономерный вопрос: если сервис транспортного уровня так схож с сервисом сетевого уровня, то зачем нужны два различных уровня? Почему не достаточно одного уровня? Это довольно тонкий, но очень важный вопрос. Программное обеспечение транспортного уровня запускается целиком на пользовательских машинах, а сетевой уровень запускается в основном на маршрутизаторах, которые управляются оператором связи (по крайней мере, в глобальных сетях). Что произойдет, если сетевой уровень будет предоставлять сервис с установлением соединения, но этот сервис будет ненадежным? Что если он часто будет терять пакеты? Что случится, если маршрутизаторы будут время от времени выходить из строя?

В этом случае пользователи столкнутся с большими проблемами. У них нет контроля над сетевым уровнем, поэтому они не смогут решить проблему плохого обслуживания, используя хорошие маршрутизаторы или совершенствуя обработку ошибок канального уровня (просто потому, что маршрутизаторы им не принадлежат). Единственная возможность заключается в использовании для улучшения качества обслуживания еще одного уровня, расположенного над сетевым. Если в сети без установления соединения пакеты теряются или передаются с искажениями, транспортная подсистема обнаруживает проблему и выполняет повторную передачу. Если в сети с установлением соединения транспортная подсистема узнает, что ее сетевое соединение было внезапно прервано, без каких-либо сведений о том, что случилось с передаваемыми в этот момент данными, она может установить новое соединение с удаленной транспортной подсистемой. С помощью нового сетевого соединения она может послать запрос к равноранговому объекту и узнать, какие данные дошли до адресата, а какие нет, после чего, зная, где это произошло, продолжить передачу данных.