Операционная система UNIX

Робачевский Андрей Михайлович

Итак, IP-модуль направляет датаграмму модулю UDP, вызывая функцию

udp_input

, адрес которой был получен из соответствующего коммутатора протокола. Сначала функция

udp_input

проверяет правильность контрольной суммы и допустимость установленных полей заголовка. Если указанные проверки закончились неудачно, пакет "молчаливо" уничтожается. Далее определяется получатель пакета. Для этого на основании адресов и номеров портов отправителя и получателя производится поиск соответствующего управляющего блока протокола. [89] В системе могут существовать несколько управляющих блоков с одинаковым номером локального порта, но с различными адресами и/или номерами портов отправителя. В этом случае выбирается блок, для которого найдено лучшее совпадение по всем четырем параметрам. Конечно, лучшим является точное совпадение, но если такового не найдено, будет выбран блок с совпадающим номером локального порта, но неуказанным адресом и/или номером порта отправителя. Таким

образом, управляющий блок, у которого не указаны часть или все четыре параметра, является получателем всех пакетов, для которых не найдено лучшего совпадения. [90]

89

Функции

udp_input

передается целиком датаграмма, включающая заголовок IP, заголовок UDP и данные протоколов верхнего уровня (приложений). Помимо того что эта информация необходима для определения адресата, по заголовку IP вычисляется контрольная сумма UDP. Такой подход гарантирует максимальную точность доставки данных нужному приложению.

90

Возможность создания таких получателей "по умолчанию" используется в сетевом суперсервере inetd, который прослушивает все запросы и при необходимости запускает требуемый сервис (например FTP или Telnet). Это позволяет избежать запуска серверов без необходимости и тем самым сократить потребление ресурсов.

Если управляющий блок найден, данные и адрес отправителя помещаются в буфер приема сокета, связанного с управляющим блоком. В противном случае генерируется сообщение ICMP

PORT UNREACHABLE

.

Передача данных от приложения инициируется системным вызовом sendto(2), который на уровне сокета преобразуется в вызов функции

udp_usrreq

с запросом

PRU_SEND

. Если передача инициирована системным вызовом sendto, то вместе с данными передается адрес получателя. Если же данные были переданы с помощью системного вызова send(2), то адрес получателя определяется из управляющего блока, где он был сохранен предшествующим вызовом connect(2). [91]

91

Протокол UDP не предусматривает предварительного установления связи с получателем данных. Поэтому, в отличие от TCP, вызов connect(2) не приводит к формированию управляющих сообщений и обмену ими между сторонами. В данном случае он служит лишь для сохранения адреса получателя в управляющем блоке.

Фактическая передача осуществляется функцией

udp_output

, которая формирует заголовок пакета, устанавливает значения его полей и вычисляет контрольную сумму. После этого производится вызов уже рассмотренной ранее функции

ip_output

.

Модуль TCP

Как следует из предшествующего описания TCP, этот транспортный протокол обеспечивает гораздо более высокое качество передачи, чем UDP. Соответственно, его реализация также является гораздо более сложной. В предыдущих разделах уже встречались различные алгоритмы, используемые при реализации протокола. В этом разделе мы остановимся на одном важном механизме TCP — его таймерах.

Поскольку корректное функционирование протокола во многом зависит от порядка обмена управляющими сегментами, каждый канал обслуживается набором таймеров, позволяющих восстановить работу по тайм-ауту в случае потери управляющих пакетов. Эти таймеры хранятся в соответствующем управляющем блоке протокола TCP и, при их установке, обслуживаются [92] каждые 500 миллисекунд функцией

tcp_slowtimo

.

Для обеспечения передачи данных используются два таймера. Первый из них — таймер повторной передачи (retransmit timer). Этот таймер запускается при передаче сегмента, если он уже не был запущен. Если подтверждение получено, и отсутствуют неподтвержденные данные — таймер останавливается. Если же такие данные существуют, значение таймера присваивается равным начальному, и таймер запускается снова. Если значение таймера становится равным нулю, наиболее старые неподтвержденные данные передаются повторно (как минимум один полный сегмент), а таймер запускается снова, но уже с большим значением. Скорость увеличения значения таймера (timer backoff) определяется по специальной таблице и имеет экспоненциальный характер.

92

Обслуживание таймера заключается в уменьшении установленного значения и уведомлении модуля, когда значение таймера становится равным нулю.

Второй таймер — это persist-таймер (таймер сохранения). Этот таймер обеспечивает защиту от потери управляющих сообщений, содержащих значения окна. В случае, если отправитель готов передать данные, но анонсированное получателем окно слишком мало (равно нулю или меньше определенного значения), и отсутствуют неподтвержденные данные (т. е. таймер повторной передачи не включен), включается таймер сохранения. Если таймер срабатывает (его значение становится равным нулю), а обновленное значение так и не получено, отправитель передает максимально допустимый объем данных, определяемый текущим окном. Если же в этом случае значение текущего окна равно нулю (нулевое окно), то передается пробный сегмент (window probe), содержащий один октет данных, и таймер запускается снова. Если сообщение с обновленным значением окна было утеряно, или получатель по-прежнему отказывается изменить его размер, будет получено подтверждение, содержащее текущее значение окна. Такая ситуация, когда получатель не может принимать дополнительные данные, может продлиться достаточно долго. Например, пользователь может приостановить терминальный вывод и уйти на обед. В этом случае отправитель будет периодически посылать пробные сегменты, а его окно будет по-прежнему закрыто.

Следующий таймер, который мы рассмотрим, — keepalive-таймер. Этот таймер предназначен для мониторинга каналов, по которым не передаются данные, и которые возможно в действительности прекратили свое существование, например, из-за аварийного останова одной из систем. Если за определенный промежуток времени данные по каналу переданы не были, модуль TCP отправляет пробный сегмент keepalive, ожидая в ответ либо подтверждения (это означает, что задержка в передаче данных временная), либо сообщения сброса канала (

RST

). Если получен сегмент

RST

, канал будет закрыт. Если после нескольких попыток, не будет получен отклик, канал будет уничтожен.

Последний таймер из рассматриваемых, это 2MSL-таймер (2MSL — двойное максимальное время жизни сегмента в сети). Модуль TCP запускает этот таймер, когда производится завершение связи, и уже отправлено подтверждение полученному сегменту

FIN

. При этом отправитель не знает, получено ли его подтверждение. Поэтому он некоторое время ждет возможного повторного получения сегмента

FIN

, чтобы в свою очередь повторить подтверждение. Таймер запускается при переходе коммуникационного узла канала в состояние TIME-WAIT, и после его срабатывания соответствующий управляющий блок удаляется. Заметим, что это ожидание не блокирует процесс, выполнивший системный вызов close(2) сокета, отвечающего за данный канал. Другими словами, управляющий блок может существовать еще некоторое время после закрытия дескриптора сокета.

Поддержка сети в UNIX System V

Многие из аспектов реализации поддержки сети в BSD UNIX справедливы и для архитектуры сетевых протоколов UNIX System V. Однако сам механизм обеспечения взаимодействия модулей существенно отличается. Для поддержки сети в UNIX System V используется подсистема STREAMS, рассмотренная в главе 5.

Подсистема ввода/вывода, основанная на архитектуре STREAMS, позволяет в полной мере отразить уровневую структуру коммуникационных протоколов, когда каждый уровень имеет стандартные интерфейсы взаимодействия с другими (верхним и нижним) уровнями, и может работать независимо от конкретной реализации протоколов на соседних уровнях. Архитектура STREAMS полностью соответствует этой модели, позволяя создавать драйверы, которые являются объединениями независимых модулей.

Обмен данными между модулями STREAMS также соответствует характеру взаимодействия отдельных протоколов: данные передаются в виде сообщений, а каждый модуль выполняет требуемую их обработку. На рис. 6.30 приведена схема реализации протоколов TCP/IP в UNIX System V. Используя терминологию предыдущей главы, можно отметить, что модуль IP является гибридным мультиплексором, позволяя обслуживать несколько потоков, приходящих от драйверов сетевых адаптеров (в данном случае Ethernet и FDDI), и несколько потоков к модулям транспортных протоколов (TCP и UDP), а модули TCP и UDP — верхними мультиплексорами, обслуживающими прикладные программы, такие как сервер маршрутизации routed(1M), сервер удаленного терминального доступа telnetd(1M), сервер FTP ftpd(1M), а также программы-клиенты пользователей (например talk(1)).

Рис. 6.30. Реализация протоколов TCP/IP на основе архитектуры STREAMS

Анализ программного обеспечения сетевой поддержки показывает, что как правило сетевые и транспортные протоколы, составляющие базовый стек TCP/IP, поставляются одним производителем, в то время как поддержка уровней сетевого интерфейса и приложений может осуществляться продуктами различных разработчиков. Соответственно, можно выделить два основных интерфейса взаимодействия, стандартизация которых позволяет обеспечить совместную работу различных компонентов программного обеспечения. Первый интерфейс определяет взаимодействие транспортного уровня и уровня приложений и называется интерфейсом поставщика транспортных услуг (Transport Provider Interface, TPI). Второй интерфейс устанавливает правила и формат сообщений, передаваемых между сетевым уровнем и уровнем сетевого интерфейса, и называется интерфейсом поставщика услуг канала данных (Data Link Provider Interface, DLPI).