Способы адресации

Для того чтобы послать сообщение, необходимо указать адрес получателя. В очень простой сети адрес может задаваться в виде константы, но в сложных сетях ну­жен более гибкий способ адресации.

Одним, из вариантов адресации является использование аппаратных адресов сете­вых адаптеров. Если в получающем компьютере выполняется только один процесс, то ядро ОС будет знать, что делать с поступившим сообщением — передать его это­му процессу. Однако если на машине выполняется несколько процессов, то ядру не известно, какому из них предназначено сообщение, поэтому использование сетевого адреса адаптера в качестве адреса получателя приводит к очень серьезному ограни­чению — на каждой машине должен выполняться только один процесс. Кроме того, на основе аппаратного адреса сетевого адаптера сообщения можно передавать толь­ко в пределах одной локальной сети, в более сложных сетях, состоящих из несколь­ких подсетей, в том числе и глобальных, для передачи данных между узлами тре­буются числовые адреса, несущие информацию как о номере узла, так и о номере подсети, например IP-адреса.

Наибольшее распространение получила система адресации, в которой адрес со­стоит из двух частей, определяющих компьютер и процесс, которому предна­значено сообщение, то есть адрес имеет вид пары числовых идентификаторов: machine_id@loca1_id. В качестве идентификатора компьютера machinejd наиболее употребительным на сегодня является использование IP-адреса, который пред­ставляет собой 32-битовое число, условно записываемое в виде четырех деся­тичных чисел, разделенных точками, например 185.23.123.26. Идентификатором компьютера может служить любой другой тип адреса узла, который воспринимается транспортными средствами сети, например IPX-адрес, ATM-адрес или уже упоминавшийся аппаратный адрес сетевого адаптера, если система передачи сообщений ОС работает только в пределах одной локальной сети.

Для адресации процесса в этом способе применяется числовой идентификатор local_id, имеющий уникальное в" пределах узла machine_idзначение. Этот иден­тификатор может однозначно указывать на конкретный процесс, работающий на данном компьютере, то есть являться идентификатором типа process_id. Однако существует и другой подход, функциональный, при котором используется адрес службы, которой пересылается сообщение, при этом идентификатор принимает вид service_id. Последний вариант более удобен для отправителя, так как служ­бы, поддерживаемые сетевыми операционными системами, представляют собой достаточно устойчивый набор (в него входят, как правило, наиболее популяр­ные службы FTP, SMB, NFS, SMTP, HTTP, SNMP) и этим службам можно дать вполне определенные адреса, заранее известные всем отправителям. Такие адре­са называют «хорошо известными» (well-known). Примером хорошо известных адресов служб являются номера портов в протоколах TCP и UDP. Отправитель всегда знает, что, посылая с помощью этих протоколов сообщение на порт 21 не­которого компьютера, он посылает его службе FTP, то есть службе передачи файлов. При этом отправителя не интересует, какой именно процесс (с каким локальным идентификатором) реализует в настоящий момент времени услуги FTP на данном компьютере.

Ввиду повсеместного применения стека протоколов TCP/IP номера портов яв­ляются на сегодня наиболее популярными адресами служб в системах обмена сообщениями сетевых ОС. Порт TCP/UDP является не только абстрактным ад­ресом службы, но и представляет собой нечто более конкретное — для каждого порта операционная система поддерживает буфер в системной памяти, куда по­мещаются отправляемые и получаемые сообщения, адресуемые данному порту. Порт задается в протоколах TCP/UDP двухбайтным адресом, поэтому ОС мо­жет поддерживать до 65 535 портов. Кроме хорошо известных номеров портов, которым отводится диапазон от 1 до 1023, существуют и динамически исполь­зуемые порты со старшими номерами. Значения этих портов не закрепляются за определенными службами, поэтому они часто дополняют хорошо известные порты для обмена в рамках обслуживания некоторой службы сообщениями спе­цифического назначения. Например, клиент FTP всегда начинает взаимодейст­вие с сервером FTP отправкой сообщения на порт 21, а после установления сеан­са обмен данными между клиентом и сервером выполняется уже по порту, номер которого динамически выбирается в процессе установления сеанса.

Описанная схема адресации типа «машина-процесс» или «машина-служба» хо­рошо зарекомендовала себя, работая уже на протяжении многих лет в Интерне­те, а также в корпоративных сетях IP и IPX (в этих сетях также используется адресация службы, а не процесса). Однако эта схема имеет один существенный недостаток — она не гибка и не прозрачна, так как пользователь должен явно указывать адрес машины-получателя. В этом случае, если в один прекрасный день машина, на которой работает некоторая служба, отказывает, то программа, в ко­торой все обращения к данной службе выполняются по жестко заданному адресу, не сможет использовать аналогичную службу, установленную на другой ма­шине.

Основным способом повышения степени прозрачности адресации является исполь­зование символьных имен вместо числовых. Примером такого подхода является характерная для сегодняшнего Интернета нотация URL (Universal Resource Loca­tor, универсальный указатель ресурса), в соответствии с которой адрес состоит из символьного имени узла и символьного имени службы. Например, если в сообщения указан адресftp: //arc.bestcompany.ru/, то это означает, что оно отправ­лено службе ftp, работающей на компьютере arc.bestcompany.ru.

Использование символьных имен требует создания в сети службы оперативного отображения символьных имен на числовые идентификаторы, поскольку имен­но в таком виде адреса распознаются сетевым оборудованием. Применение сим­вольного имени позволяет разорвать жесткую связь адреса с одним-единственным компьютером, так как символьное имя перед отправкой сообщения в сеть заменяется на числовое, например на IP-адрес. Этап замены позволяет сопоста­вить с символьным именем различные числовые адреса и выбрать тот компью­тер, который в данный момент в наибольшей степени подходит для выполнения запроса, содержащегося в сообщении. Например, отправляя запрос на получение услуг службы Web от компании Microsoft по адресу https://www.microsoft.com/, вы точно не знаете, какой из нескольких серверов этой компании, предоставляющих данный вид услуг и обслуживающих один и тот же символьный адрес, ответит вам.

Для замены символьных адресов на числовые применяются две схемы: широко­вещание и централизованная служба имен. Широковещание удобно в локальных сетях, в которых все сетевые технологии нижнего уровня, такие как Ethernet, Token Ring, FDDI, поддерживают широковещательные адреса в пределах всей сети, а пропускной способности каналов связи достаточно для обслуживания та­ких запросов для сравнительного небольшого количества клиентов и серверов. На широковещании были построены все службы ОС NetWare (до версии 4), став­шие в свое время эталоном прозрачности для пользователей. В этой схеме сервер периодически широковещательно рассылает по сети сообщения о соответствии числовым адресам его имени и имен служб, которые он поддерживает. Клиент также может сделать широковещательный запрос о наличии в сети сервера, под­держивающего определенную службу, и если такой сервер в сети есть, то он от­ветит на запрос своим числовым адресом. После обмена подобными сообщения­ми пользователь должен явно указать в своем запросе имя сервера, к ресурсам которого он обращается, а клиентская ОС заменит это имя на числовой адрес в соответствии с информацией, широковещательно распространенной сервером.

Однако широковещательный механизм разрешения адресов плохо работает в территориальных сетях, так как наличие большого числа клиентов и серверов, а также использование менее скоростных по сравнению с локальными сетями каналов делают широковещательный трафик слишком интенсивным, практиче­ски не оставляющим пропускной способности для передачи пользовательских данных. В территориальных сетях для разрешения символьных имен компьюте­ров применяется другой подход, основанный на специализированных серверах, хранящих базу данных соответствия между символьными именами и числовыми адресами. Эти серверы образуют распределенную службу имен, обрабатывающую запросы многочисленных клиентов. Хорошо известным примером такой службы является служба доменных имен Интернета (Domain NameService, DNS). Эта служба позволяет обрабатывать в реальном масштабе времени многочисленные запросы пользователей Интернета, обращающихся к ресурсам серверов по составным име­нам, таким как https://www.microsoft.com/ или https://www.gazeta.ru/. Другим при­мером может служить служба каталогов (NetWare Directory Sevices, NDS) ком­пании Novell, которая выполняет в крупной корпоративной сети более общие функции, предоставляя справочную информацию по любым сетевым ресурсам, в том числе и по соответствию символьных имен компьютеров их числовым ад­ресам.

Централизованная служба имен на сегодня считается наиболее перспективным средством повышения прозрачности услуг для пользователей сетей. С такой службой связывают и перспективы дальнейшего повышения прозрачности адре­сации сетевых ресурсов, когда имя ресурса будет полностью независимо от ком­пьютера, предоставляющего этот ресурс в общее пользование. Например, в службе NDS уже сегодня можно использовать такие имена, как имена томов, не указы­вая их точного расположения на том или ином компьютере. При перемещении тома с одного компьютера на другой изменение связи тома с компьютером реги­стрируется в базе службы NDS, так что все обращения к тому после его переме­щения разрешаются корректно путем замены имени адресом нового компьютера.

По пути применения централизованной службы-посредника между клиентами и ресурсами идут и разработчики распределенных приложений, например разра­ботчики технологии CORBA, в которой запросы к программным модулям при­ложений обрабатывает специальный элемент — брокер запросов.

Использование символьных имен вместо числовых адресов несколько повышает прозрачность, но не до той степени, которой хотелось бы достичь приверженцам идеи распределенных операционных систем, главным отличием которых от сете­вых ОС является именно полная прозрачность адресации разделяемых ресурсов. Тем не менее символьные имена — это значительный шаг вперед по сравнению с числовыми.