API-интерфейс сокетов Беркли был сконструирован в виде шлюза для нескольких протоколов. Хотя это и приводит к дополнительным сложностям в интерфейсе, это все- таки гораздо легче, чем создавать (или изучать) новый интерфейс для каждого нового протокола, который встречается в работе. В Linux используется интерфейс сокетов для многих протоколов, включая TCP/IP (версии 4 и 6), AppleTalk и IPX.

Мы обсудим применение сокетов для двух протоколов, доступных через реализацию сокетов Linux. Наиболее важным протоколом, поддерживаемым системой Linux, является TCP/IP [115] (Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей/протокол Internet), поскольку именно он управляет всем Internet. Мы также обратим внимание на сокеты домена Unix — механизм IPC, ограниченный одним компьютером. Хотя они и не работают через сеть, сокеты домена Unix широко применяются для приложений, работающих на одном компьютере.

Протоколы, как правило, используются группами, или семействами протоколов. Общераспространенное семейство протоколов TCP/IP среди прочих включает в себя протоколы TCP и UDP (User Datagram Protocol — протокол передачи дейтаграмм пользователя). Для того чтобы хорошо ориентироваться в различных протоколах, потребуется овладеть некоторой терминологией.

Большинство пользователей ожидают от сетевых протоколов обеспечения эквивалента каналов Unix между компьютерами. Если байт (или последовательность байтов) поступает в один конец соединения, он обязательно выйдет из другого конца. Причем должен быть гарантирован не просто выход байта из другого конца, а выход непосредственно после того байта, который был отправлен перед ним, и перед байтом, посланным следующим. Конечно, все байты должны быть доставлены в первозданном виде без каких-либо изменений. Никакой другой процесс не может прерывать передачу дополнительными байтами; соединение ограничивается только двумя исходными сторонами.

Хорошей визуализацией этой идеи является телефон. При разговоре предполагается, что собеседник слышит те же самые слова и в том же порядке, что вы произносите.

Хотя все это кажется достаточно базовым, основные компьютерные сети работают далеко не так. Сеты склонны быть хаотическими и случайными. Представьте себе школьников на перемене, которым не только нельзя разговаривать, но и нужно находиться на расстоянии не менее пяти метров друг от друга. При этом они должны найти способ пообщаться — хотя бы с помощью бумажных самолетиков!

Предположим, что всякий раз, когда школьники хотят кому-нибудь передать информацию, они просто записывают ее на листах бумаги, вкладывают в самолетики, подписывают снаружи имя получателя и бросают их тому, кто расположен ближе к конечному адресату. Посредник смотрит на самолетик, видит назначенную цель и передает письмо следующему лицу. В конечном счете, адресат, которому предназначено сообщение, получит (точнее, может быть, получит) самолетик, развернет его и прочтет письмо.

Хотите верьте, хотите нет, но такая схема практически точно отображает процесс функционирования компьютерных сетей [116] . Посредники здесь носят название маршрутизаторов, а самолетики называются пакетами, но в остальном все происходит именно так. Как и в жизни, некоторые из отправленных самолетиков (или пакетов) теряются. Если сообщение слишком длинное для одного пакета, его нужно распределить по нескольким пакетам (для каждого из которых есть шанс потеряться). Все школьники-посредники могут прочесть пакеты, если им захочется [117] , и даже просто выбросить их вместо того, чтобы попытаться доставить их по адресу. При этом кто угодно может прервать ваш диалог, направив в него новые пакеты.

Встречаясь лицом к лицу с реальностью (миллионами бумажных самолетиков), разработчики протоколов прилагают все усилия для того, чтобы представлять сети по аналогии с телефонными линиями, а не со школьниками. Для описания сетевых протоколов установились разнообразные термины.

• Протоколы на основе логических соединений имеют две конечные точки подобно телефонным разговорам. Соединение должно быть установлено до начала передачи информации (ведь вы отвечаете на звонок словом "Алло!", а не начинаете сразу же разговаривать). Остальные пользователи не могут (и даже не должны иметь возможности) вторгаться в соединение. Протоколы, не имеющие таких характеристик, называются протоколами без установления соединения.

• Говорят, что протоколы обеспечивают упорядочение, если они гарантируют доставку данных в том же порядке, в котором они были отправлены.

• Протоколы предоставляют защиту от ошибок в том случае, если они автоматически отбрасывают поврежденные сообщения и подготавливаются к повторной передаче данных.

• Потоковые протоколы распознают только байтовые границы. Последовательности байтов могут разделяться и доставляться адресату по мере появления данных.

• Пакетные протоколы обрабатывают пакеты данных, сохраняя границы пакета и доставляя полные пакеты получателям. Пакетные протоколы, как правило, требуют определенного максимального размера пакета.

Хотя каждый из перечисленных атрибутов не зависит от остальных, в приложениях употребляются только два основных типа протоколов. Дейтаграммные протоколы являются механизмами пакетной передачи, не предоставляя при этом ни упорядочения, ни защиты от ошибок. Широко используется дейтаграммный протокол UDP, являющийся представителем семейства протоколов TCP/IP. Потоковые протоколы (такие как TCP из TCP/IP) — это протоколы потоковой передачи, которые обеспечивают и упорядочение, и защиту от ошибок.