Ji°φ Peterka: Co je Φφm ... v poΦφtaΦov²ch sφtφch (33):

Sφ¥ovß vrstva - II

P°ipome≥me si nejprve, ₧e spojovanß slu₧ba funguje obdobn∞ jako ve°ejnß telefonnφ sφ¥ - p°edpoklßdß nejprve navßzßnφ spojenφ mezi ob∞ma ·Φastnφky, pak vlastnφ p°enos dat prost°ednictvφm tohoto spojenφ, kterΘ se v jistΘm smyslu chovß jako roura, kterou se vlastnφ data "protlaΦujφ", a nakonec vy₧aduje ukonΦenφ (rozvßzßnφ) spojenφ. Naopak nespojovanß slu₧ba funguje obdobn∞ jako b∞₧nß listovnφ poÜta - ka₧d² jednotliv² paket (resp. datagram) doruΦuje samostatn∞ a nezßvisle na ostatnφch, bez toho, ₧e by se navazovalo spojenφ mezi p°φjemcem a odesilatelem. DalÜφ analogiφ s listovnφ poÜtou je rozdφl mezi spolehlivou a nespolehlivou nespojovanou slu₧bou - spolehlivß varianta je obdobou doporuΦenΘ zßsilky, kterß se nem∙₧e (alespo≥ teoreticky) ztratit, zatφmco nespolehlivß verze je obdobou obyΦejnΘ zßsilky, u kterΘ poÜta negarantuje jejφ doruΦenφ, a kterß se m∙₧e beze stopy ztratit.

Zastßnci spojovan²ch slu₧eb, rekrutujφcφ se p°edevÜφm z kruh∙ spojov²ch organizacφ, zastßvajφ nßzor, ₧e u₧ivatelΘ resp. vyÜÜφ vrstvy pot°ebujφ maximßln∞ spolehlivou a jednoduÜe pou₧itelnou slu₧bu pro p°enos dat, kterß by je zbavila vÜech starostφ se zabezpeΦenφm vlastnφho p°enosu dat (nap°. s pot°ebn²m °φzenφm toku, opravou chyb, zajiÜt∞nφm sprßvnΘho po°adφ jednotliv²ch doruΦovan²ch paket∙ atd.). Tedy spolehlivou spojovanou sφ¥ovou slu₧bu pro p°enos paket∙.

Druhß strana, reprezentovanß p°edevÜφm lidmi kolem sφt∞ Internet, argumentuje svou dlouhodobou zkuÜenostφ s provozovßnφm velkΘ poΦφtaΦovΘ sφt∞ v reßln²ch podmφnkßch. Podle nφ je nutnΘ pova₧ovat komunikaΦnφ infrastrukturu (podsφ¥, viz minul² dφl naÜeho serißlu) za nespolehlivou, bez ohledu na to, jak je navr₧ena (tedy i v p°φpad∞, ₧e se sama sna₧φ b²t spolehlivou). KoncovΘ systΘmy (hostitelskΘ poΦφtaΦe, viz minule) musφ poΦφtat s tφm, ₧e pakety se mohou v podsφti ztrßcet, a vÜe pot°ebnΘ k zajiÜt∞nφ spolehlivosti si tudφ₧ musφ realizovat sami - tedy detekci a opravu chyb, °φzenφ toku atd. To ovÜem vede na po₧adavek pou₧φvat na ·rovni sφ¥ovΘ vrstvy jen ty nejrychlejÜφ a nejjednoduÜÜφ slu₧by (na ·rovni operacφ typu "vyÜli paket" a "p°ijmi paket"), a spolehlivost zajistit a₧ v bezprost°edn∞ vyÜÜφ, transportnφ vrstv∞. Tato druhß strana tedy po₧aduje na ·rovni sφ¥ovΘ vrstvy jen jednoduchou nespolehlivou nespojovanou slu₧bu.

Na cel² spor mezi ob∞ma tßbory je mo₧nΘ se dφvat i z pon∞kud jinΘho ·hlu. SpojovΘ organizace jako zastßnci spojovan²ch slu₧eb cht∞jφ poskytovat u₧ivatel∙m co nejkomplexn∞jÜφ a nej·pln∞jÜφ slu₧by - je to asi p°irozenΘ, nebo¥ prßv∞ za n∞ jsou placeny. Druhß strana naopak tvrdφ, ₧e v²poΦetnφ kapacita je dnes tak lacinß, ₧e nenφ nejmenÜφ problΘm, aby si co nejvφce funkcφ zajiÜ¥ovaly a₧ jednotlivΘ hostitelskΘ poΦφtaΦe (obvykle ve vlastnictvφ u₧ivatel∙). DalÜφm siln²m argumentem tΘto skupiny je pak to, ₧e charakter n∞kter²ch sφ¥ov²ch aplikacφ (jako nap°. p°enos digitalizovanΘho zvuku a sb∞r dat v reßlnΘm Φase) up°ednost≥uje rychl² p°enos p°ed p°enosem spolehliv²m.

Rozpor mezi spojovan²mi a nespojovan²mi slu₧bami na ·rovni sφ¥ovΘ vrstvy je tedy ve svΘ podstat∞ sporem o to, kam umφstit veÜkerou slo₧itost - tedy funkce, spojenΘ se zajiÜt∞nφm spolehlivosti, kterΘ tak jako tak musφ b²t n∞kde realizovßny. Zastßnci spojovan²ch slu₧eb je cht∞jφ umφstit do sφ¥ovΘ vrstvy, zatφmco zastßnci nespojovan²ch slu₧eb po₧adujφ jejich umφst∞nφ a₧ do vrstvy transportnφ (zatφmco od vrstvy sφ¥ovΘ po₧adujφ jen nejjednoduÜÜφ nespolehlivou nespojovanou slu₧bu).

CONS i CLNS

Slu₧by vs. jejich realizace

Druhou alternativou je pak p°enos datagram∙, kter² mß nespojovan² charakter, ka₧d² jednotliv² paket (nynφ naz²van² datagram) doruΦuje samostatn∞, nezßvisle na ostatnφch paketech, a nep°edpoklßdß ₧ßdnΘ vytyΦenφ cesty od odesilatele k jejich p°φjemci.

Je jist∞ z°ejmΘ, ₧e spojovanΘ sφ¥ovΘ slu₧by (CONS) se obvykle realizujφ prost°ednictvφm komunikaΦnφ podsφt∞, kterß pou₧φvß mechanismus virtußlnφch okruh∙, zatφmco nespojovanΘ sφ¥ovΘ slu₧by (CLNS) se realizujφ prost°ednictvφm podsφt∞, kterΘ pracuje na bßzi p°enosu jednotliv²ch datagram∙. Nenφ to ale jedinß mo₧nost. SpojovanΘ sφ¥ovΘ slu₧by lze bez v∞tÜφch problΘm∙ poskytovat i pomocφ podsφt∞, kterß pracuje s p°enosem jednotliv²ch datagram∙ (jestli₧e se ka₧d² paket mφsto virtußlnφm okruhem ve skuteΦnosti p°enßÜφ samostatn∞ jako datagram). Teoreticky je mo₧nß i opaΦnß kombinace - nespojovanΘ slu₧by v podsφti, kterß pracuje s virtußlnφmi okruhy. P°φliÜ efektivnφ to ale nenφ - pro p°enos ka₧dΘho jednotlivΘho datagramu je nutnΘ nejprve z°φdit, a pak zase zruÜit pot°ebn² virtußlnφ okruh. Pokud je ale k dispozici jen podsφ¥ s virtußlnφmi okruhy, nic jinΘho nezb²vß.

NaznaΦme si nynφ pon∞kud podrobn∞ji, jak jsou implementovßny a jak fungujφ mechanismy virtußlnφch okruh∙ a p°enosu datagram∙. Pom∙₧e nßm to lΘpe pochopit podstatu sporu mezi zastßnci spojovan²ch a nespojovan²ch slu₧eb.

Virtußlnφ okruhy vs. datagramy

Obr. 33.1.: P°edstava implementace mechanismu virtußlnφch okruh∙
a/ topologie sφt∞
b/ tabulky sφ¥ovΘ vrstvy v jednotliv²ch uzlech

VytyΦit cestu ve skuteΦnosti znamenß, ₧e se prßv∞ jednou (v rßmci navazovßnφ spojenφ) najde takovß posloupnost mezilehl²ch uzl∙ (resp. uzl∙ IMP, viz minule), kterß vede od zdroje dat a₧ k jejich koncovΘmu p°φjemci, a je v dan² moment pova₧ovßna za optimßlnφ. ┌daje o tΘto cest∞ (virtußlnφm kanßlu) se pak uchovßvajφ v jednotliv²ch meziuzlech jako polo₧ky specißlnφ tabulky - viz obr. 33.1.b/.

JednotlivΘ datovΘ pakety, kterΘ jsou pak skuteΦn∞ p°enßÜeny, nejsou oznaΦeny adresou svΘho koneΦnΘho p°φjemce (kterß m∙₧e b²t relativn∞ dlouhß), ale pouze oznaΦenφm p°φsluÜnΘho virtußlnφho kanßlu. Sφ¥ovß vrstva v ka₧dΘm meziuzlu pak podle tohoto ·daje zjistφ ve svΘ tabulce, kter²m sm∞rem mß paket p°edat dßle, a uΦinφ tak.

Obr. 33.2.: P°edstava implementace mechanismu datagram∙
a/ topologie sφt∞
b/ tabulky sφ¥ovΘ vrstvy v jednotliv²ch uzlech

Naproti tomu p°i p°enosu datagram∙ se p°edpoklßdß, ₧e mezi zdrojem dat a jejich koncov²m p°φjemcem nenφ navazovßno p°φmΘ spojenφ, a jednotlivΘ datovΘ pakety (datagramy) jsou vysφlßny "naslepo", v dobrΘ vφ°e, ₧e jejich p°φjemce v∙bec existuje a bude schopen je p°ijmout. Ka₧d² datagram je p°itom doruΦovßn nezßvisle na ostatnφch (tak jako nap°. b∞₧n² dopis v p°φpad∞ listovnφ poÜty) - to znamenß, ₧e v ka₧dΘm meziuzlu musφ sφ¥ovß vrstva v₧dy znovu rozhodnout, kter²m sm∞rem mß b²t datagram poslßn dßle. V jednotliv²ch meziuzlech si proto sφ¥ovß vrstva nevytvß°φ obdobu tabulky, popisujφcφ virtußlnφ okruhy. Mφsto toho pracuje s tabulkou, ve kterΘ mß alespo≥ zßkladnφ informace o topologii sφt∞ (nap°φklad jako na obrßzku obr. 33.2.), a podle nφ p°ijφmß svß rozhodnutφ o nejvhodn∞jÜφm sm∞ru dalÜφho p°enosu ka₧dΘho jednotlivΘho datagramu.

Hlavnφ v²hodou virtußlnφch okruh∙ je skuteΦnost, ₧e rozhodovßnφ o dalÜφm sm∞ru p°enosu paket∙ se v ka₧dΘm meziuzlu p°ijφmß jen jednou, a nikoli poka₧dΘ znovu, jako je tomu v p°φpad∞ datagram∙. Nev²hodou je naopak statick² charakter tohoto rozhodnutφ (a tφm i zvolenΘ cesty resp. virtußlnφho okruhu), kterΘ nenφ mo₧nΘ dynamicky p°izp∙sobovat okam₧itΘmu stavu sφt∞ - co₧ je naopak mo₧nΘ v p°φpad∞ p°enosu datagram∙.

Virtußlnφ okruhy vykazujφ v∞tÜφ jednorßzovou poΦßteΦnφ re₧ii (na navßzßnφ spojenφ resp. vytvo°enφ logickΘho okruhu), a menÜφ relativnφ re₧ii na p°enos jednotliv²ch paket∙, zatφmco v p°φpad∞ datagram∙ je tomu p°esn∞ naopak. Srovnßnφ dalÜφch aspekt∙ nabφzφ takΘ tabulka 33.3.

Obecn∞ lze °φci, ₧e mechanismus virtußlnφch okruh∙ je v²hodn∞jÜφ v p°φpad∞ p°enosu menÜφch paket∙ (jako je tomu nap°. p°i interaktivnφch aplikacφch), zatφmco varianta s p°enosem datagram∙ je v²hodn∞jÜφ pro menÜφ poΦty relativn∞ v∞tÜφch paket∙, a ve verzi nespolehlivΘ (resp. nepotvrzovanΘ) datagramovΘ slu₧by takΘ tam, kde jde p°edevÜφm o rychlost.

Tabulka 33.3.: Srovnßnφ virtußlnφch okruh∙ a datagram∙

	virtußlnφ okruhy	datagramy
navazovßnφ a ukonΦovßnφ spojenφ	ano	ne
adresovßnφ	ka₧d² paket obsahuje jen Φφslo virtußlnφho okruhu	ka₧d² datagram obsahuje adresu zdroje i p°φjemce datagramu
sm∞rovßnφ	cesta volena jen jednou v rßmci navazovßnφ spojenφ, a vÜechny pakety jsou p°enßÜeny po tΘto jedinΘ cest∞	ka₧d² datagram je sm∞rovßn samostatn∞
detekce a oprava chyb	realizovßna v sφ¥ovΘ vrstv∞	realizovßna v transportnφ vrstv∞
sprßvnΘ po°adφ paket∙	zajiÜt∞no	nenφ zajiÜt∞no
°φzenφ toku dat mezi koncov²mi ·Φastnφky	ano	ne
efekt v²padku meziuzlu	zanikajφ vÜechny z°φzenΘ virtußlnφ okruhy	ztrßcφ se jen prßv∞ p°enßÜenΘ datagramy
slo₧itost soust°ed∞na do	sφ¥ovΘ vrstvy	transportnφ vrstvy
vhodnΘ pro realizaci	spojovan²ch sφ¥ov²ch slu₧eb (CONS)	spojovan²ch i nespojovan²ch sφ¥ov²ch slu₧eb (CONS i CLNS)