Мережні засоби операційних систем

♦ Багаторівнева мережна архітектура і мережні протоколи

♦ Реалізація стека протоколів TCP/IP

♦ Система імен DNS

♦ Програмний інтерфейс сокетів Берклі

♦ Архітектура мережної підтримки Linux та Windows ХР

♦ Програмний інтерфейс Windows Sockets

 

У цьому розділі буде розглянуто базові принципи і приклади реалізації засобів мережної підтримки в сучасних ОС. Загальні питання організації мережного пе­редавання даних будуть порушені лише тією мірою, якою вони необхідні для ви­кладу основного матеріалу. Докладнішому вивченню цього матеріалу присвячено курс комп'ютерних мереж [13, 21, 28, 42-43].

Загальні принципи мережної підтримки

Під мережею розуміють набір комп'ютерів або апаратних пристроїв (вузлів, no­des), пов'язані між собою каналами зв'язку, які можуть передавати інформацію один одному. Мережа має конкретну фізичну структуру (спосіб з'єднання вузлів, топологію), усі вузли підключають до мережі із використанням апаратного забез­печення, яке відповідає цій структурі. Звичайно мережа об'єднує обмежену кіль­кість вузлів.

Під інтернетом (з малої літери) розуміють сукупність мереж, які використо­вують один і той самий набір мережиш протоколів — правил, що визначають формат даних для пересилання мережею. Фізична структура окремих мереж, які входять до складу інтернету, може різнитися. Такі різнорідні мережі пов'язують одну з одною маршрутизатори (routers), які переадресовують пакети з однієї ме­режі в іншу, залежно від їхньої адреси призначення (маршрутизують їх) і при цьому перетворюють пакети між форматами відповідних мереж. Маршрутизато­ри підтримують міжмережну взаємодію (internetworking).

Відомий усім Інтернет (з великої літери)- це, фактично, сукупність пов'яза­них між собою інтернетів, відкритих для публічного доступу, які використовують визначений набір протоколів (стек протоколів TCP/IP) і охоплюють увесь світ.

 

Рівні мережної архітектури і мережні сервіси

Функції забезпечення зв'язку між вузлами є досить складними. Для спрощення їхньої реалізації широко використовують багаторівневий підхід - вертикальний розподіл мережних функцій і можливостей. Він дає змогу приховувати складність реалізації функцій зв'язку: кожен рівень приховує від вищих рівнів деталі реалі­зації своїх функцій та функцій, реалізованих на нижчих рівнях.

У разі використання цього підходу для кожного типу мереж проектують ета­лонну модель протоколів, що описує функції окремих рівнів і зв'язки між рівня­ми. Фактично ця модель визначає мережну архітектуру, а рівні є її складовими частинами. Як приклад можна навести мережну архітектуру Інтернету, яку наве­дено у розділі 16.2.

Мережний сервіс — це набір операцій, які надає рівень мережної архітектури для використання її на вищих рівнях. Сервіси визначено як частину специфікації інтерфейсу рівня.

Розрізняють сервіси, орієнтовані на з'єднання (connection-oriented services), і без з'єднань, або дейтаграмні сервіси (connectionless services).

♦ Сервіси, орієнтовані на з'єднання, реалізують три фази взаємодії із верхнім рівнем: встановлення з'єднання, передавання даних і розрив з'єднання. При цьому передавання даних на верхніх рівнях здійснюють у вигляді неперервно­го потоку байтів.

♦ Дейтаграмні сервіси реалізують пересилання незалежних повідомлень, які мо­жуть переміщатися за своїми маршрутами і приходити у пункт призначення в іншому порядку.

Приклади реалізації сервісів різного типу опишемо нижче. Зазначимо, що реа­лізацію сервісу на рівні ОС або у вигляді прикладної програми, що надає доступ до деякої системної функціональності через мережу, називають [29] мережкою службою. Далі вживатимемо цей термін для позначення конкретної програмної реалізації сервісу.

 

Мережні протоколи

Визначення мережного сервісу для конкретного рівня мережної архітектури опи­сує функціональність цього рівня, але не задає її реалізацію. Реалізацію функціо­нальності для конкретного сервісу визначають мережні протоколи.

Мережний протокол — це набір правил, що задають формат повідомлень, по­рядок обміну повідомленнями між сторонами та дії, необхідні під час передаван­ня або приймання повідомлень.

Кажуть, що мережний протокол А працює поверх мережного протоколу В (А — протокол вищого рівня, а В - нижчого), коли пакети з інформацією, що від­повідають протоколу А, під час передавання мережею розміщені всередині паке­тів протоколу В. Процес розміщення одних пакетів усередині інших називають ін­капсуляцією пакетів (packet encapsulation). У разі приходу пакета за призначен­ням відповідне програмне забезпечення по черзі «знімає конверти», переглядаючи заголовки пакетів, приймаючи рішення на основі їхнього вмісту і вилучаючи їх. Процес визначення адресата пакета за інформацією із його заголовків називають демультиплексуванням пакетів буде розглянуто у розділі 16.2.5.

Мережний протокол надає два інтерфейси.

 

1. Однорівневий, або інтерфейс протоколу (peer-to-peer interface) призначений для організації взаємодії із реалізацією протоколу того самого рівня на відда­леному мережному вузлі. Це найважливіший інтерфейс протоколу, що реалі­зує безпосереднє передавання даних на віддалений вузол. Такий інтерфейс звичайно забезпечують заголовком пакета, який доповнюють реалізацією цього протоколу перед передаванням пакета мережею.

 

2. Інтерфейс сервісу (service interface) призначений для взаємодії із засобами ви­щого рівня; за його допомогою фактично реалізують мережний сервіс. Інтер­фейс сервісу забезпечують правилами інкапсуляції пакетів вищого рівня в па­кети цього протоколу.

Набір протоколів різного рівня, що забезпечують реалізацію певної мережної архітектури, називають стеком протоколів (protocol stack) або набором протоко­лів (protocol suite).