Уильям Стивенс - UNIX: разработка сетевых приложений

• Название: UNIX: разработка сетевых приложений
• Автор: Уильям Стивенс
• Жанр: Программное обеспечение
• Год: 2007
• ISBN: 5-94723-991-4

Новое издание книги, посвященной созданию веб-серверов, клиент-серверных приложений или любого другого сетевого программного обеспечения в операционной системе UNIX, — классическое руководство по сетевым программным интерфейсам, в частности сокетам. Оно основано на трудах Уильяма Стивенса и полностью переработано и обновлено двумя ведущими экспертами по сетевому программированию. В книгу включено описание ключевых современных стандартов, реализаций и методов, она содержит большое количество иллюстрирующих примеров и может использоваться как учебник по программированию в сетях, так и в качестве справочника для опытных программистов.

---

Параметр сокета IPV6_USE_MIN_MTU

Установка этого параметра равным 1 указывает на то, что определять маршрутную MTU не следует, а пакеты должны отправляться с минимальным значением MTU для IPv6, что предотвращает их фрагментацию. Если же значение параметра равно 0, определение маршрутной MTU выполняется для всех адресов назначения. Значение -1 (установленное по умолчанию) указывает на необходимость определения маршрутной MTU для направленной передачи, но для многоадресной передачи в этом случае используется минимально возможная MTU. Подробнее об этом параметре рассказывается в разделе 22.9.

Параметр сокета IPV6_V6ONLY

Включение этого параметра для сокета семейства AF_INET6 ограничивает его использование исключительно протоколом IPv6. По умолчанию параметр отключен, хотя в некоторых системах существует возможность включить его по умолчанию. Взаимодействие по IPv4 и IPv6 через сокеты AF_INET6 будет описано в разделах 12.2 и 12.3.

Параметры сокета IPV6_XXX

Большинство параметров IPv6, предназначенных для изменения содержимого заголовка, предполагают, что приложение использует сокет UDP и взаимодействует с ядром при помощи функций recvmsg и sendmsg. Сокет TCP получает и устанавливает значения параметров при помощи специальных функций getsockopt и setsockopt. Параметр сокета TCP совпадает с типом вспомогательных данных для UDP, а в буфере после вызова функций getsockopt и setsockopt оказывается та же информация, что и во вспомогательных данных. Подробнее см. раздел 27.7.

7.9. Параметры сокетов TCP

Для сокетов TCP предусмотрены два специальных параметра. Для них необходимо указывать level IPPROTO_TCP.

Параметр сокета TCP_MAXSEG

Этот параметр сокета позволяет нам получать или устанавливать максимальный размер сегмента (maximum segment size, MSS) для соединения TCP. Возвращаемое значение — это количество данных, которые наш TCP будет отправлять на другой конец соединения. Часто это значение равно MSS, анонсируемому другим концом соединения в его сегменте SYN, если наш TCP не выбирает меньшее значение, чем объявленный MSS собеседника. Если это значение получено до того, как сокет присоединился, возвращаемым значением будет значение по умолчанию, которое используется в том случае, когда параметр MSS не получен с другого конца соединения. Также помните о том, что значение меньше возвращаемого действительно может использоваться для соединения, если, например, задействуется параметр отметки времени (timestamp), поскольку в каждом сегменте он занимает 12 байт области, отведенной под параметры TCP.

Максимальное количество данных, которые TCP отправляет в каждом сегменте, также может изменяться во время существования соединения, если TCP поддерживает определение транспортной MTU. Если маршрут к собеседнику изменяется, это значение может увеличиваться или уменьшаться.

В табл. 7.2 мы отметили, что этот параметр сокета может быть также установлен приложением. Это возможно не во всех системах: изначально параметр был доступен только для чтения. 4.4BSD позволяет приложению только лишь уменьшать это значение, но мы не можем его увеличивать [128, с. 1023]. Поскольку этот параметр управляет количеством данных, которое TCP посылает в каждом сегменте, имеет смысл запретить приложению увеличивать значение. После установления соединения это значение задается величиной MSS, которую объявил собеседник, и мы не можем превысить его. Однако наш TCP всегда может отправить меньше данных, чем было анонсировано собеседником.

Параметр сокета TCP_NODELAY

Если этот параметр установлен, он отключает алгоритм Нагла (Nagle algorithm) (см. раздел 19.4 [111] и с. 858–859 [128]). По умолчанию этот алгоритм включен.

Назначение алгоритма Нагла — сократить число небольших пакетов в глобальной сети. Согласно этому алгоритму, если у данного соединения имеются неподтвержденные (outstanding) данные (то есть данные, которые отправил наш TCP и подтверждения которых он ждет), то небольшие пакеты не будут отправляться через соединение до тех пор, пока существующие данные не будут подтверждены. Под «небольшим» пакетом понимается любой пакет, меньший MSS. TCP будет по возможности всегда отправлять пакеты нормального размера. Таким образом, назначение алгоритма Нагла — не допустить, чтобы у соединения было множество небольших пакетов, ожидающих подтверждения.

Два типичных генератора небольших пакетов — клиенты Rlogin и Telnet, поскольку обычно они посылают каждое нажатие клавиши в отдельном пакете. В быстрой локальной сети мы обычно не замечаем действия алгоритма Нагла с этими клиентами, потому что время, требуемое для подтверждения небольшого пакета, составляет несколько миллисекунд — намного меньше, чем промежуток между вводом двух последовательных символов. Но в глобальной сети, где для подтверждения небольшого пакета может потребоваться секунда, мы можем заметить задержку в отражении символов, и эта задержка часто увеличивается при включении алгоритма Нагла.

Рассмотрим следующий пример. Мы вводим строку из шести символов hello! либо клиенту Rlogin, либо клиенту Telnet, промежуток между вводом символов составляет точно 250 мс. Время обращения к серверу (RTT) составляет 600 мс и сервер немедленно отправляет обратно отражение символа. Мы считаем, что сегмент ACK, подтверждающий получение клиентского символа, отправляется обратно клиенту с отражением символа, а сегменты ACK, которые клиент отправляет для подтверждения приема отраженного сервером символа, мы игнорируем. (Мы поговорим о задержанных сегментах ACK далее.) Считая, что алгоритм Нагла отключен, получаем 12 пакетов, изображенных на рис. 7.7.

Рис. 7.7. Шесть символов, отраженных сервером при отключенном алгоритме Нагла

Каждый символ отправляется в индивидуальном пакете: сегменты данных слева направо, а сегменты ACK справа налево.

Но если алгоритм Нагла включен (по умолчанию), у нас имеется 8 пакетов, показанных на рис. 7.8. Первый символ посылается как пакет, но следующие два символа не отправляются, поскольку у соединения есть небольшой пакет, ожидающий подтверждения. Эти пакеты отправляются, когда прошло 600 мс, то есть когда прибывает сегмент ACK, подтверждающий прием первого пакета, вместе с отражением первого символа. Пока второй пакет не будет подтвержден сегментом ACK в момент времени 1200, не будет отправлен ни один небольшой пакет.

Рис. 7.8. Пакеты, отправляемые при включенном алгоритме Нагла

Алгоритм Нагла часто взаимодействует с другим алгоритмом TCP: алгоритмом задержанного сегмента ACK (delayed ACK). Этот алгоритм заставляет TCP не отправлять сегмент ACK сразу же при получении данных — вместо этого TCP ждет в течение небольшого количества времени (типичное значение 50-200 мс) и только после этого отправляет сегмент ACK. Здесь делается расчет на то, что в течение этого непродолжительного времени появятся данные для отправки собеседнику, и сегмент ACK может быть вложен в пакет с этими данными. Таким образом можно будет сэкономить на одном сегменте TCP. Это обычный случай с клиентами Rlogin и Telnet, поэтому сегмент ACK клиентского символа вкладывается в отражение символа сервером.

Проблема возникает с другими клиентами, серверы которых не генерируют трафика в обратном направлении, в который может быть вложен сегмент ACK. Эти клиенты могут обнаруживать значительные задержки, поскольку TCP клиента не будет посылать никаких данных серверу, пока не истечет время таймера для задержанных сегментов ACK сервера. Таким клиентам нужен способ отключения алгоритма Нагла. Осуществить это позволяет параметр TCP_NODELAY.

Другой тип клиента, для которого нежелательно использование алгоритма Нагла и задержанных ACK TCP, — это клиент, отправляющий одиночный логический запрос своему серверу небольшими порциями. Например, будем считать, что клиент отправляет своему серверу 400-байтовый запрос, состоящий из 4 байт, задающих тип запроса, за которыми следуют 396 байт данных. Если клиент выполняет функцию write, отправляя 4 байт, и затем функцию write, отправляя остальные 396 байт, вторая часть не будет отправлена со стороны клиента, пока TCP сервера не подтвердит получение первых 4 байт. Кроме того, поскольку сервер не может работать с 4 байтами данных, пока не получит оставшиеся 396 байт, TCP сервера задержит сегмент ACK, подтверждающий получение 4 байт данных (то есть не будет данных от сервера клиенту, в которые можно вложить сегмент ACK). Есть три способа решить проблему с таким клиентом.

1. Использовать функцию writev (раздел 14.4) вместо двух вызовов функции write. Один вызов функции writev приводит к отправке только одного сегмента TCP в нашем примере. Это предпочтительное решение.