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 компьютере-получателе 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 неизвестно, 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 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@local_id

В качестве идентификатора компьютера machine_id . наиболее употребительным на сегодня является использование IP-адреса, который представляет собой 32-разрядное 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 случае применяется числовой идентификатор local_id, имеющий уникальное в пределах узла machine_id значение. 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, когда используется адрес службы, которой пересылается сообщение, при этом идентификатор принимает вид service_id. Последний вариант удобнее 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). Примерами 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. Помимо хорошо известных номеров портов, которым отводится диапазон от 1 до 1023, существуют и динамически используемые порты с большими 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, FTP-клиент всегда начинает взаимодействие с FTP-сервером 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 IP- и IPX-сетях (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, откажет, то программа, выполняющая все обращения к данной службе 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 сообщении указан адрес ftp://arc.bestcompany.ru, 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 единственным компьютером, так как символьное имя перед отправкой сообщения в сеть заменяется числовым, например, IP-адресом. Этап замены позволяет сопостав­лять с символьным именем различные числовые адреса и выбирать тот компь­ютер, который в данный момент в наибольшей степени подходит для выполнения запроса, содержащегося в сообщении. Например, отправляя запрос на получение услуг службы WWW от компании Microsoft по адресу http://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, вам ответит.

Для замены символьных адресов числовыми применяются две схемы:

• широковещание;

• 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 при обслуживании таких запросов для сравнительно 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 числовым адресом 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 система доменных имен Интернета (Domain Name System, DNS). Эта служба позволяет обрабатывать в реальном масштабе времени многочисленные запросы пользователей Интернета, обращающихся к ресурсам серверов по составным именам, таким как www.microsoft.com или www.gazeta.ru. Другими примерами могут служить справочные службы NDS (NetWare Directory Sevices) компании Novell и Activ Directory компании Microsoft, которые выполняют в крупных корпоративных сетях более общие функции, предоставляя справочную информацию по любым сетевым ресурсам, но в том числе 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 перспективы дальнейшего повышения прозрачности адресации сетевых ресурсов, когда имя ресурса будет полностью независимо от компьютера, предоставляющего этот ресурс в общее пользование. Современные справочные службы уже сегодня позволяют пользователям обращаться к любым сетевым ресурсам по условным именам или атрибутам, никак не связанным с местом их расположения. Пользователь может задействовать, например 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 данных справочной службы, 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.