Даны основы организации, идеологии и архитектуры, объединяющие различные версии UNIX. Рассматриваются: архитектура ядра (подсистемы ввода/вывода, управления памятью и процессами, а также файловая подсистема), программный интерфейс (системные вызовы и основные библиотечные функции), пользовательская среда (командный интерпретатор shell, основные команды и утилиты) и сетевая поддержка (протоколы семейства ТСР/IР, архитектура сетевой подсистемы, программные интерфейсы сокетов и TLI).
В книге подробно описана внутренняя структура операционной системы FreeBSD. В ней рассказывается об организации ядра FreeBSD и его службах, управлении процессами, потоками и памятью, сетевой и локальной файловых подсистемах и сетевых протоколах. Отражены вопросы межпроцессного взаимодействия и сетевой коммуникации. Рассматривается одна из последних версий FreeBSD - 5.2. Информация представлена в структурированном виде, поэтому книга может быть использована в качестве справочника.
Дерево объектов конфигурации представляет все прикладное решение в виде древовидной структуры, каждая ветвь которой описывает определенную составляющую конфигурации. Корневые ветви дерева объединяют объекты конфигурации, логически связанные между собой и имеющие общее назначение.
Объекты конфигурации в окне конфигурации представлены своими именами. Например, на ветви Планы видов характеристик располагаются объекты всех планов видов характеристик, используемые в конфигурации, а ветвь ДополнительныеРеквизитыИСведения описывает один план видов характеристик с таким именем.
Состав каждого объекта конфигурации также представляется в виде древовидной структуры, содержащей подчиненные объекты конфигурации.
Возможности дерева объектов конфигурации
Окно конфигурации позволяет:
создавать новые объекты конфигурации;
редактировать существующие объекты конфигурации;
удалять объекты конфигурации с контролем наличия ссылок на удаляемый объект;
располагать объекты конфигурации в требуемом порядке в пределах "своей" группы;
находить в дереве объект, данные которого в данный момент редактируются (в окне редактирования объекта, в редакторе формы, макета, модуля);
сортировать объекты конфигурации, подчиненные одному объекту конфигурации, по имени, синониму или комментарию;
искать ссылки на данный объект конфигурации в других объектах конфигурации;
искать ссылки на другие объекты конфигурации в данном объекте конфигурации;
отбирать объекты конфигурации по принадлежности к каким-либо подсистемам, определенным в конфигурации;
запускать конструкторы, связанные с объектом конфигурации.
В этом разделе вы создадите два новых приложения OLE. Первое - простая программа-сервер OLE, второе - пример простого контейнера OLE. Эти программы предназначены для демонстрации минимальных затрат программирования, необходимых для создания приложений OLE 2.
В любом случае, для создания оболочки программы следует воспользоваться приложением AppExpert. Сначала необходимо сгенерировать основу приложения в AppExpert, затем модифицировать созданные файлы для создания законченного рабочего примера.
При написании своих версий этих программ необходимо иметь в виду несколько моментов. Во-первых, в этой главе приводятся листинги только исходных, немодифицированных файлов.
Во-вторых, CLSID этих программ будет отличаться от CLSID программ, которые вы сгенерируете с помощью AppExpert. Это нормально и даже необходимо, поскольку с помощью CLSID одни серверные приложения в Windows отличаются от других.
В-третьих, эти примеры содержат минимум необходимых средств для того, чтобы начать программировать с OLE. Вы можете использовать эти примеры в качестве начального кода для создания своего действительно полезного сервера или контейнера. В этой главе просто не хватает места для описания реализации функциональных сервера и контейнера - в этом случае вам понадобился бы грузоподъемник, чтобы положить эту книгу на стол.
Создание сервера OLE
Первое приложение OLE в этой главе - сервер. В этом примере вы построите полный сервер - сервер, который может использоваться и как автономное приложение, и как сервер. Создавая автономный сервер (т.е. в виде исполняемой программы .ЕХЕ, а не в виде динамически подключаемой библиотеки DLL), вы упрощаете процесс регистрации сервера в Windows.
Начальный процесс разработки сервера прост. Сначала из интегрированной среды Borland C++ версии 4.5 запустите AppExpert. Задайте каталог и имя вашего проекта. Я поместил свой проект в каталог \BC45\SOURCE\OLESVR. Проект я назвал OLESVR (я всегда называю проекты и каталоги проектов одним и тем же именем, это облегчает запоминание). Ниже приводится последовательность действий, в результате которых был создан проект OLESVR.
Запустите AppExpert. В первом диалоговом окне следует задать имя и каталог проекта. Как уже отмечалось, я использовал OLESVR для задания обоих.
После выбора ОК в диалоговом окне имени и каталога проекта следующий раздел АррЕхреrt - диалоговое окно Application General Options (основные опции приложения). Это диалоговое окно позволяет задать конфигурацию приложения, генерируемого AppExpert. Вам придется модифицировать несколько опций для проекта OLESVR.
Первая опция, которую необходимо изменить, находится в блоке Application: Summary. Замените параметр по умолчанию Multiple document interface на Single document interface. Это изменение согласуется с призывом Microsoft делать ставку на однодокументные приложения для Windows. На рис. 21.1 демонстрируется модифицированный блок Application: Summary.
Второе изменение, которое необходимо внести, - указать AppExpert, что ваша программа будет сервером OLE. Это изменение вносится в пункт Application: OLE 2 Options, имеющий ряд опций OLE 2, которые можно задавать. Поскольку вы создаете сервер OLE, вы будете оперировать только элементами блока группы OLE 2 Server: (поищите его в правой верхней части диалога). Выберите кнопку ячейки пометки Server EXE. На рис. 21.2 демонстрируются изменения, проведенные в пункте Application:OLE 2 Options.
При желании вы можете заполнить элементы пункта Application: Admin Options блока диалога AppExpert. С его помощью вы можете задать в приложении заметку об авторском праве, имя и информацию о версии. Все элементы в Application: Admin Options необязательны, и вы можете их не задавать.
Подпункты пункта Main Window не нуждаются в модификациях, их следует оставить заданными значениями по умолчанию. Для данного приложения нет необходимости менять что-либо в этих подпунктах. Пункт MDI Child/View неприменим для этого проекта, поэтому нет нужды в нем что-нибудь менять.
После задания всех необходимых модификаций следует выбрать кнопку Generate в нижней части блока диалога AppExpert Application General Options. AppExpert запросит у вас подтверждение, действительно ли вы собираетесь создать проект; после принятия подтверждения AppExpert сгенерирует приложение. На рис. 21.3 приводится конечный проект, загруженный в интегрированную среду Borland C++ версии 4.5.
Теперь, когда программа сгенерирована, в нее следует добавить код, задающий функциональность сервера OLE. Необходимо включить код, рисующий изображение, а также провести другие незначительные изменения.
К счастью, помимо Borland C++ версии 4.5 можно воспользоваться программой ClassExpert, что облегчит внесение большей части изменений. Предположим, вы хотите сперва заняться вопросами отображения. Как и в любой созданной с помощью AppExpert программе, основная часть рисования выполняется классом отображения, производным от класса OWL TOleView. Файл, в котором содержится реализация отображения, имеет имя LSVROLVW.CPP. В листинге 21.1 приводится первоначальный файл OSROLVW.CPP.
Листинг (файл реализации класса отображения OLESVR, OSVROLVW.CPP)
Процесс загрузки компьютера казалось бы изучен нами до мелочей: кнопка - BIOS - операционная система - логин... А ты задумывался когда-нибудь о том что же на самом деле происходит в это время внутри твоего компьютера? Можешь по шагам рассказать как работает компьютер? Уверен, что нет. Поэтому сегодня проведем короткий ликбез - расскажем о том, как же на самом деле загружается компьютер. Эта статья рассматривает работу Windows XP, в остальных системах процесс, естественно, несколько отличается.
Включается тумблер питания. Блок питания проводит самодиагностику. Когда все электрические параметры в норме БП посылает сигнал Power Good процессору. Время между включением питания и уходом сигнала обычно 0.1-0.5 секунд.
Таймер микропроцессора получает сигнал Power Good. С получением этого сигнала таймер перестает посылать сигнал Reset процессору, позволяя тому включиться.
CPU начинает выполнять код ROM BIOS. Процессор загружает ROM BIOS начиная с адреса FFFF:0000. По этому адресу прописан только переход на адрес настоящего кода BIOS ROM.
Система выполняет начальный тест железа. Каждая ошибка, встречающаяся на этом этапе сообщается определенными звуковыми кодами (в прошлом биканьем, сейчас уже вероятно более современно - голосом), так как видео система еще не инициализирована.
BIOS ищет адаптеры, которые могут потребовать загрузки своего BIOS-а. Самым типичным случаем в этом случае является видео карта. Загрузочная процедура сканирует память с адреса C000:0000 по C780:0000 для поиска видео ROM. Таким образом загружаются системы всех адаптеров.
ROM BIOS проверяет выключение это или перезагрузка. Процедура два байта по адресу 0000:0472. Любое значение отличное от 1234h является свидетельством "холодного" старта.
Если это включение ROM BIOS запускает полный POST (Power On Self Test). Если это перезагрузка, то из POST процедуры исключается проверка памяти. Процедуру POST можно разделить на три компоненты:
* Видео тест инициализирует видео адаптер, тестирует карту и видео память, показывает конфигурацию или возникшие ошибки.
* Идентификация BIOS-а показывает версию прошивки, производителя и дату.
* Тест памяти проверяет чипы памяти и подсчитывает размер установленной памяти.
Ошибки, которые могут возникнуть в ходе POST проверки можно разделить на смертельные и не очень :). Во втором случае они показываются на экране, но позволяют продолжить процесс загрузки. Ясно, что в первом случае процесс загрузки останавливается, что обычно сопровождается серией бип-кодов.
BIOS читает конфигурационную информацию из CMOS. Небольшая область памяти (64 байт) питается от батарейки на материнской платы. Самое главное для загрузки в ней - порядок, в котором должны опрашиваться приводы, какой из них должен быть первым - дисковод, CD-ROM или винчестер.
Если первым является жесткий диск, BIOS проверяет самый первый сектор диска на наличие Master Boot Record (MBR). Для дисковода проверяется Boot Record в первом секторе. Master Boot Record - первый сектор на цилиндре 0, 0 головке, 512 байт размером. Если она находится, то загружается в память по адресу 0000:7C00, потом проверяется на правильную сигнатуру - два последних байта должны быть 55AAh. Отсутствие MBR или этих проверочных байт останавливает процесс загрузки и выдает предупреждение. Сама MBR состоит из двух частей - системного загрузчика (partition loader или Boot loader), программы, которая получает управление при загрузке с этого жесткого диска; таблицы разделов (партиций), которая содержит информацию о логических дисках, имеющихся на жестком диске.
Правильная MBR запись записывается в память и управление передается ее коду. Процесс установки нескольких операционных систем на один компьютер обычно заменяет оригинальный лоадер на свою программу, которая позволяет выбрать с какого диска производить остальную загрузку.
Дальше Boot Loader проверяет таблицу партиций в поисках активной. Загрузчик дальше ищет загрузочную запись (Boot Record) на самом первом секторе раздела. В данном случае Boot Record это еще 512 байт - таблица с описанием раздела (количество байт в секторе, количество секторов в кластере и т.п.) и переход на первый файл операционной системы (IO.SYS в DOS).
Операционная система.
Управление передается операционной системы. Как же она работает, как проходит процесс загрузки?
Boot Record проверяется на правильность и если код признается правильным то код загрузочного сектора исполняется как программа. Загрузка Windows XP контролируется файлом NTLDR, находящемся в корневой директории системного раздела. NTLDR работает в четыре приема:
1. Начальная фаза загрузки
2. Выбор системы
3. Определение железа
4. Выбор конфигурации
В начальной фазе NTLDR переключает процессор в защищенный режим. Затем загружает соответствующий драйвер файловой системы для работы с файлами любой файловой системы, поддерживаемой XP. Если кто забыл, то наша любимая ОСь может работать с FAT-16, FAT-32 и NTFS.
Если в корневой директории есть BOOT.INI, то его содержание загружается в память. Если в нем есть записи более чем об одной операционной системе, NTLDR останавливает работу - показывает меню с выбором и ожидает ввода от пользователя определенный период времени. Если такого файла нет, то NTLDR продолжает загрузку с первой партиции первого диска, обычно это C:\.
Если в процессе выбора пользователь выбрал Windows NT, 2000 или XP, то проверяется нажатие F8 и показ соответствующего меню с опциями загрузки. После каждой удачной загрузки XP создает копию текущей комбинации драйверов и системных настроек известную как Last Known Good Configuration. Этот коллекцию можно использовать для загрузки в случае если некое новое устройство внесло разлад в работу операционной системы.
Если выбранная операционная система XP, то NTLDR находит и загружает DOS-овскую программу NTDETECT.COM для определения железа, установленного в компьютере. NTDETECT.COM строит список компонентов, который потом используется в ключе HARDWARE ветки HKEY_LOCAL_MACHINE реестра.
Если компьютер имеет более одного профиля оборудования программа останавливается с меню выбора конфигурации.
После выбора конфигурации NTLDR начинает загрузку ядра XP (NTOSKRNK.EXE). В процессе загрузки ядра (но перед инициализацией) NTLDR остается главным в управлении компьютером. Экран очищается и внизу показывается анимация из белых прямоугольников. Кроме ядра загружается и Hardware Abstraction Layer (HAL.DLL), дабы ядро могло абстрагироваться от железа. Оба файла находятся в директории System32.
NTLDR загружает драйвера устройств, помеченные как загрузочные. Загрузив их NTLDR передает управление компьютером дальше. Каждый драйвер имеет ключ в HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\Services. Если значение Start равно SERVICE_BOOT_START, то устройство считается загрузочным. Для кажого такого устройства на экране печатается точка.
NTOSKRNL в процессе загрузки проходит через две фазы - так называемую фазу 0 и фазу 1. Первая фаза инициализирует лишь ту часть микроядра и исполнительные подсистемы, которая требуется для работы основных служб и продолжения загрузки. На этом этапе на экране показывается графический экран со статус баром. XP дизейблит прерывания в процессе фазы 0 и включает их только перед фазой 1. Вызывается HAL для подготовки контроллера прерываний. Инициализируются Memory Manager, Object Manager, Security Reference Monitor и Process Manager. Фаза 1 начинается когда HAL подготавливает систему для обработки прерываний устройств. Если на компьютере установлено более одного процессор они инициализируются. Все исполнительные подсистемы реинициализируются в следующем порядке:
Инициализация Менеджера ввода/Вывода начинает процесс загрузки всех системных драйверов. С того момента где остановился NTLDR загружаются драйвера по приоритету. Сбой в загрузке драйвера может заставить XP перезагрузиться и попытаться восстановить Last Known Good Configuration.
Последняя задача фазы 1 инициализации ядра - запуск Session Manager Subsystem (SMSS). Подсистема ответственна за создание пользовательского окружения, обеспечивающего интерфейс NT. SMSS работает в пользовательском режиме, но в отличии от других приложений SMSS считается доверенной частью операционной системы и "родным" приложением (использует только исполнительные функции), что позволяет ей запустить графическую подсистему и login.
SMSS загружает win32k.sys - графическую подсистему. Драйвер переключает компьютер в графический режим, SMSS стартует все сервисы, которые должны автоматически запускаться при старте. Если все устройства и сервисы стартовали удачно процесс загрузки считается удачным и создается Last Known Good Configuration.
Процесс загрузки не считается завершенным до тех пор, пока пользователь не залогинился в систему. Процесс инициализируется файлом WINLOGON.EXE, запускаемым как сервис и поддерживается Local Security Authority (LSASS.EXE), который и показывает диалог входа в систему. Это диалоговое окно показывается примерно тогда, когда Services Subsystem стартует сетевую службу.
Сетевой уровень в первую очередь должен предоставлять средства для решения следующих задач:
* доставки пакетов в сети с произвольной топологией,
* структуризации сети путем надежной локализации трафика,
* согласования различных протоколов канального уровня.
Локализация трафика и изоляция сетей
Трафик в сети складывается случайным образом, однако в нем отражены и некоторые закономерности. Как правило, некоторые пользователи, работающие над общей задачей, (например, сотрудники одного отдела) чаще всего обращаются с запросами либо друг к другу, либо к общему серверу, и только иногда они испытывают необходимость доступа к ресурсам компьютеров другого отдела.
Желательно, чтобы структура сети соответствовала структуре информационных потоков. В зависимости от сетевого трафика компьютеры в сети могут быть разделены на группы (сегменты сети). Компьютеры объединяются в группу, если большая часть порождаемых ими сообщений, адресована компьютерам этой же группы.
Для разделения сети на сегменты используются мосты и коммутаторы. Они экранируют локальный трафик внутри сегмента, не передавая за его пределы никаких кадров, кроме тех, которые адресованы компьютерам, находящимся в других сегментах. Тем самым, сеть распадается на отдельные подсети. Это позволяет более рационально выбирать пропускную способность имеющихся линий связи, учитывая интенсивность трафика внутри каждой группы, а также активность обмена данными между группами.
Однако локализация трафика средствами мостов и коммутаторов имеет существенные ограничения.
С одной стороны, логические сегменты сети, расположенные между мостами, недостаточно изолированы друг от друга, а именно, они не защищены от, так называемых, широковещательных штормов. Если какая-либо станция посылает широковещательное сообщение, то это сообщение передается всем станциям всех логических сегментов сети. Защита от широковещательных штормов в сетях, построенных на основе мостов, имеет количественный, а не качественный характер: администратор просто ограничивает количество широковещательных пакетов, которое разрешается генерировать некоторому узлу.
С другой стороны, использование механизма виртуальных сегментов, реализованного в коммутаторах локальных сетей, приводит к полной локализации трафика - такие сегменты полностью изолированы друг от друга, даже в отношении широковещательных кадров. Поэтому в сетях, построенных только на мостах и коммутаторах, компьютеры, принадлежащие разным виртуальным сегментам, не образуют единой сети.
Приведенные недостатки мостов и коммутаторов связаны с тем, что они работают по протоколам канального уровня, в которых в явном виде не определяется понятие части сети (или подсети, или сегмента), которое можно было бы использовать при структуризации большой сети. Вместо того, чтобы усовершенствовать канальный уровень, разработчики сетевых технологий решили поручить задачу построения составной сети новому уровню - сетевому.
Согласование протоколов канального уровня
Современные вычислительные сети часто строятся с использованием нескольких различных базовых технологий - Ethernet, Token Ring или FDDI. Такая неоднородность возникает либо при объединении уже существовавших ранее сетей, использующих в своих транспортных подсистемах различные протоколы канального уровня, либо при переходе к новым технологиям, таким, как Fast Ethernet или 100VG-AnyLAN.
Именно для образования единой транспортной системы, объединяющей несколько сетей с различными принципами передачи информации между конечными узлами, и служит сетевой уровень. Когда две или более сетей организуют совместную транспортную службу, то такой режим взаимодействия обычно называют межсетевым взаимодействием (internetworking). Для обозначения составной сети в англоязычной литературе часто также используется термин интерсеть (internetwork или internet).
Создание сложной структурированной сети, интегрирующей различные базовые технологии, может осуществляться и средствами канального уровня: для этого могут быть использованы некоторые типы мостов и коммутаторов. Однако возможностью трансляции протоколов канального уровня обладают далеко не все типы мостов и коммутаторов, к тому же возможности эти ограничены. В частности, в объединяемых сетях должны совпадать максимальные размеры полей данных в кадрах, так как канальные протоколы, как правило, не поддерживают функции фрагментации пакетов.
Маршрутизация в сетях с произвольной топологией
Среди протоколов канального уровня некоторые обеспечивают доставку данных в сетях с произвольной топологией, но только между парой соседних узлов (например, протокол PPP), а некоторые - между любыми узлами (например, Ethernet), но при этом сеть должна иметь топологию определенного и весьма простого типа, например, древовидную.
При объединении в сеть нескольких сегментов с помощью мотов или коммутаторов продолжают действовать ограничения на ее топологию: в получившейся сети должны отсутствовать петли. Действительно, мост или его функциональный аналог - коммутатор - могут решать задачу доставки пакета адресату только тогда, когда между отправителем и получателем существует единственный путь. В то же время наличие избыточных связей, которые и образуют петли, часто необходимо для лучшей балансировки нагрузки, а также для повышения надежности сети за счет существования альтернативного маршрута в дополнение к основному.
Сетевой уровень позволяет передавать данные между любыми, произвольно связанными узлами сети.
Реализация протокола сетевого уровня подразумевает наличие в сети специального устройства - маршрутизатора. Маршрутизаторы объединяют отдельные сети в общую составную сеть. Внутренняя структура каждой сети не показана, так как она не имеет значения при рассмотрении сетевого протокола. К каждому маршрутизатору могут быть присоединены несколько сетей (по крайней мере две).
В сложных составных сетях почти всегда существует несколько альтернативных маршрутов для передачи пакетов между двумя конечными узлами. Задачу выбора маршрутов из нескольких возможных решают маршрутизаторы, а также конечные узлы.
Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения.
Маршрутизатор выбирает маршрут на основании своего представления о текущей конфигурации сети и соответствующего критерия выбора маршрута. Обычно в качестве критерия выступает время прохождения маршрута, которое в локальных сетях совпадает с длиной маршрута, измеряемой в количестве пройденных узлов маршрутизации (в глобальных сетях принимается в расчет и время передачи пакета по каждой линии связи).
[pagebreak]
Сетевой уровень и модель OSI
В модели OSI, называемой также моделью взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection - OSI) и разработанной Международной Организацией по Стандартам (International Organization for Standardization - ISO), средства сетевого взаимодействия делятся на семь уровней, для которых определены стандартные названия и функции.
Сетевой уровень занимает в модели OSI промежуточное положение: к его услугам обращаются протоколы прикладного уровня, сеансового уровня и уровня представления. Для выполнения своих функций сетевой уровень вызывает функции канального уровня, который в свою очередь обращается к средствам физического уровня.
Рассмотрим коротко основные функции уровней модели OSI.
Физический уровень выполняет передачу битов по физическим каналам, таким, как коаксиальный кабель, витая пара или оптоволоконный кабель. На этом уровне определяются характеристики физических сред передачи данных и параметров электрических сигналов.
Канальный уровень обеспечивает передачу кадра данных между любыми узлами в сетях с типовой топологией либо между двумя соседними узлами в сетях с произвольной топологией. В протоколах канального уровня заложена определенная структура связей между компьютерами и способы их адресации. Адреса, используемые на канальном уровне в локальных сетях, часто называют МАС-адресами.
Сетевой уровень обеспечивает доставку данных между любыми двумя узлами в сети с произвольной топологией, при этом он не берет на себя никаких обязательств по надежности передачи данных.
Транспортный уровень обеспечивает передачу данных между любыми узлами сети с требуемым уровнем надежности. Для этого на транспортном уровне имеются средства установления соединения, нумерации, буферизации и упорядочивания пакетов.
Сеансовый уровень предоставляет средства управления диалогом, позволяющие фиксировать, какая из взаимодействующих сторон является активной в настоящий момент, а также предоставляет средства синхронизации в рамках процедуры обмена сообщениями.
Уровень представления. В отличии от нижележащих уровней, которые имеют дело с надежной и эффективной передачей битов от отправителя к получателю, уровень представления имеет дело с внешним представлением данных. На этом уровне могут выполняться различные виды преобразования данных, такие как компрессия и декомпрессия, шифровка и дешифровка данных.
Прикладной уровень - это в сущности набор разнообразных сетевых сервисов, предоставляемых конечным пользователям и приложениям. Примерами таких сервисов являются, например, электронная почта, передача файлов, подключение удаленных терминалов к компьютеру по сети.
При построении транспортной подсистемы наибольший интерес представляют функции физического, канального и сетевого уровней, тесно связанные с используемым в данной сети оборудованием: сетевыми адаптерами, концентраторами, мостами, коммутаторами, маршрутизаторами. Функции прикладного и сеансового уровней, а также уровня представления реализуются операционными системами и системными приложениями конечных узлов. Транспортный уровень выступает посредником между этими двумя группами протоколов.
Функции сетевого уровня
Протоколы канального уровня не позволяют строить сети с развитой структурой, например, сети, объединяющие несколько сетей предприятия в единую сеть, или высоконадежные сети, в которых существуют избыточные связи между узлами. Для того, чтобы, с одной стороны, сохранить простоту процедур передачи пакетов для типовых топологий, а с другой стороны, допустить использование произвольных топологий, вводится дополнительный сетевой уровень.
Прежде, чем приступить к рассмотрению функций сетевого уровня , уточним, что понимается под термином "сеть". В протоколах сетевого уровня термин "сеть" означает совокупность компьютеров, соединенных между собой в соответствии с одной из стандартных типовых топологий и использующих для передачи пакетов общую базовую сетевую технологию. Внутри сети сегменты не разделяются маршрутизаторами, иначе это была бы не одна сеть, а несколько сетей. Маршрутизатор соединят несколько сетей в интерсеть.
Основная идея введения сетевого уровня состоит в том, чтобы оставить технологии, используемые в объединяемых сетях в неизменном в виде, но добавить в кадры канального уровня дополнительную информацию - заголовок сетевого уровня, на основании которой можно было бы находить адресата в сети с любой базовой технологией. Заголовок пакета сетевого уровня имеет унифицированный формат, не зависящий от форматов кадров канального уровня тех сетей, которые могут входить в объединенную сеть.
Заголовок сетевого уровня должен содержать адрес назначения и другую информацию, необходимую для успешного перехода пакета из сети одного типа в сеть другого типа. К такой информации может относиться, например:
* номер фрагмента пакета, нужный для успешного проведения операций сборки-разборки фрагментов при соединении сетей с разными максимальными размерами кадров канального уровня,
* время жизни пакета, указывающее, как долго он путешествует по интерсети, это время может использоваться для уничтожения "заблудившихся" пакетов,
* информация о наличии и о состоянии связей между сетями, помогающая узлам сети и маршрутизаторам рационально выбирать межсетевые маршруты,
* информация о загруженности сетей, также помогающая согласовать темп посылки пакетов в сеть конечными узлами с реальными возможностями линий связи на пути следования пакетов,
* качество сервиса - критерий выбора маршрута при межсетевых передачах - например, узел-отправитель может потребовать передать пакет с максимальной надежностью, возможно в ущерб времени доставки.
В качестве адресов отправителя и получателя в составной сети используется не МАС-адрес, а пара чисел - номер сети и номер компьютера в данной сети. В канальных протоколах поле "номер сети" обычно отсутствует - предполагается, что все узлы принадлежат одной сети. Явная нумерация сетей позволяет протоколам сетевого уровня составлять точную карту межсетевых связей и выбирать рациональные маршруты при любой их топологии, используя альтернативные маршруты, если они имеются, что не умеют делать мосты.
Таким образом, внутри сети доставка сообщений регулируется канальным уровнем. А вот доставкой пакетов между сетями занимается сетевой уровень.
Существует два подхода к назначению номера узла в заголовке сетевого пакета. Первый основан на использовании для каждого узла нового адреса, отличного от того, который использовался на канальном уровне. Преимуществом такого подхода является его универсальность и гибкость - каков бы ни был формат адреса на канальном уровне, формат адреса узла на сетевом уровне выбирается единым. Однако, здесь имеются и некоторые неудобства, связанные с необходимостью заново нумеровать узлы, причем чаще всего вручную.
Второй подход состоит в использовании на сетевом уровне того же адреса узла, что был дан ему на канальном уровне. Это избавляет администратора от дополнительной работы по присвоению новых адресов, снимает необходимость в установлении соответствия между сетевым и канальным адресом одного и того же узла, но может породить сложную задачу интерпретации адреса узла при соединении сетей с разными форматами адресов.
Протоколы передачи данных и протоколы обмена маршрутной информацией
Для того, чтобы иметь информацию о текущей конфигурации сети, маршрутизаторы обмениваются маршрутной информацией между собой по специальному протоколу. Протоколы этого типа называются протоколами обмена маршрутной информацией (или протоколами маршрутизации). Протоколы обмена маршрутной информацией следует отличать от, собственно, протоколов сетевого уровня. В то время как первые несут чисто служебную информацию, вторые предназначены для передачи пользовательских данных, также, как это делают протоколы канального уровня.
Для того, чтобы доставить удаленному маршрутизатору пакет протокола обмена маршрутной информацией, используется протокол сетевого уровня, так как только он может передать информацию между маршрутизаторами, находящимися в разных сетях. Пакет протокола обмена маршрутной информацией помещается в поле данных пакета сетевого уровня, поэтому с точки зрения вложенности пакетов протоколы маршрутизации следует отнести к более высокому уровню, чем сетевой. Но функционально они решают общую задачу с пакетами сетевого уровня - доставляют кадры адресату через разнородную составную сеть.
С помощью протоколов обмена маршрутной информацией маршрутизаторы составляют карту межсетевых связей той или иной степени подробности и принимают решение о том, какому следующему маршрутизатору нужно передать пакет для образования рационального пути.
На сетевом уровне работают протоколы еще одного типа, которые отвечают за отображение адреса узла, используемого на сетевом уровне, в локальный адрес сети. Такие протоколы часто называют протоколами разрешения адресов - Address Resolution Protocol, ARP. Иногда их относят не к сетевому уровню, а к канальному, хотя тонкости классификации не изменяют их сути.
Поиск
