1 Операционные системы и оболочки Одинцов Игорь Олегович ст. преподаватель кафедры информатики весна 2006 Слайды можно взять на сайтах: и Салищев Сергей Игоревич ст. преподаватель кафедры информатики

2 Лекция 6 Процессы и алгоритмы работы с ними в сетевых и распределенных ОС

3 Что надо знать о процессах? Средства коммуникации Средства синхронизации Проблема тупиков Планирование ИзучилиБудем изучать Переходим к сетевым и распределенным ОС

4 План лекции Коммуникация процессов: низкоуровневые средства (роль уровневых протоколов и семиуровневой модели, стек TCP/IP, адресация и маршрутизация) Коммуникация процессов: высокоуровневые средства (удаленный вызов процедуры, коммуникации в группах) Синхронизация процессов: низкоуровневые средства (роль координатора, централизованный алгоритм, алгоритм с круговым маркером) Синхронизация процессов: высокоуровневые средства (атомарные транзакции и двухфазный протокол утверждения) Процессы и ресурсы: проблема тупиков Планирование и диспетчеризация процессов Сетевые и распределенные ОС

5 Механизмы обеспечения коммуникации Средства коммуникации Низкоуровневые Создание коммуникационных узлов Высокоуровневые Удаленный вызов процедуры Коммуникации в группах Сетевые и распределенные ОС

6 Уровневые протоколы Протокол это совокупность синтаксических и семантических правил, которые определяют поведение функциональных блоков при передаче данных. Уровень компонент иерархической структуры. Назначение уровневых протоколов таково: обеспечение логической декомпозиции сложной сети на меньшие (и более понятные) части и уровни; обеспечение симметрии в отношении функций, которые реализуются в каждом узле сети; обеспечение стандартного интерфейса между сетевыми функциями. Уровень является поставщиком сервиса и может состоять из нескольких сервисных функций. Каждый уровень преобразует полученную информацию. Верхний уровень обеспечен полным набором услуг, предлагаемых всеми нижними уровнями. Было на предыдущей лекции

7 Семиуровневая модель протоколов Взаимосвязи Открытых Систем 1. Пользовательский уровень (уровень приложения). Предоставляет услуги конечному пользователю. 2. Уровень представления. Выполняет интерпретацию данных (например, определение кодировки). 3. Сеансовый уровень. Осуществляет проверку полномочий (аутентификацию). 4. Транспортный уровень. Обеспечивает корректную сквозную передачу данных. 5. Сетевой уровень. Выполняет маршрутизацию и ведение учета. 6. Канальный уровень. Обеспечивает прием и передачу пакетов, определение аппаратных адресов. 7. Физический уровень. Отвечает за передачу неструктурированного потока данных по физической среде.

8 Протоколы TCP/IP Уровень приложений (эквивалентен 5, 6 и 7-му уровням в модели ВОС) FTP, SMTP, TELNET, NFS (перечень файлов, электронная почта, терминал) Транспортный уровень (эквивалентен 4-му уровню в модели ВОС) ТСР, UDP Уровень Интернета (эквивалентен 3-му уровню в модели ВОС) IP Уровень сетевого протокола (эквивалентен 1 и 2 уровням в модели ВОС) Ethernet, Token ring

9 Основные протоколы стека TCP/IP

10 Обмен данными между коммуникационными узлами Для того чтобы однозначно передать сообщение, отправитель должен знать: способ соединения. Для стека протоколов TCP/IP это протокол, определяемый транспортным уровнем; адрес узла-адресата. Для стека протоколов TCP/IP это IP-адрес; номер порта. Прикладной процесс, предоставляющий некоторые услуги другим прикладным процессам, ожидает поступления сообщений в порт, специально выделенный для этих услуг.

11 Адресация в сетях TCP/IP Верхний уровень адресации использует номера портов, служащие для определения процесса, которому адресованы данные и который выполняется на данном узле. Следующий уровень использует IP-адресацию. Каждому включенному в сеть узлу присваивается уникальный четырехбайтный IP-адрес. Этот адрес глобален, уникален и не зависит от аппаратных средств. Основное назначение этих адресов заключается в содействии маршрутизации пакетов из одной физической сети в другую. Можно задать соответствие между IP-адресами и аппаратными адресами, реализуемое на канальном уровне модели TCP/IP. Преобразованием адресов занимаются протоколы ARP (Address Resolution Protocol) и RARP (Reverse Address Resolution Protocol). Нижний уровень адресации задается сетевыми аппаратными средствами. Сетевым картам Ethernet при их изготовлении задаются уникальные 6-байтные аппаратные адреса.

12 IP-адресация IP-адрес это уникальный адрес, идентифицирующий узлы или компьютеры в сети, управляемой протоколами TCP/IP. Он состоит из следующих частей: сетевой части, обозначающей логическую сеть, к которой относится адрес. На основе этой части принимается решение о маршрутизации; машинной части, характеризующей конкретную машину в сети. IP-адреса могут быть записаны как десятичные числа, разделенные точками. Существует несколько классов IP- адресов. Их отличие заключается в распределении байтов между сетевой и машинной частью. Класс адреса можно определить по его первому байту: класс A: 1126 (крупная сеть); класс B: (большие сети с подсетями); класс C: (сети не более чем из 254 компьютеров).

13 Номера портов НомерИмя и описание сервиса, использующего данный порт 7ECHO пересылка пакетов обратно отправителю 20FTP (File Transfer Protocol (Default Data)) передача данных по протоколу передачи файлов 21FTP (File Transfer Protocol (Control)) управляющие команды протокола передачи файлов 23TELNET удаленный доступ 25SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) электронная почта 53DNS (Domain Name Server) сервер доменных имен 79FINGER возвращение информации об одном или нескольких пользователях на указанном компьютере 111RPC (Remote Procedure Call) удаленный вызов процедур 115SFTP (Simple File Transfer Protocol) простой протокол передачи файлов 123NTP (Network Time Protocol) протокол синхронизации времени 161SNMP (Simple Network Management Protocol) простой протокол управления сетью

14 Транспортные протоколы Протокол UDP обеспечивает пакетную передачу данных между источником и получателем без предварительного установления связи (т. е. сообщения, обрабатываемые протоколом, не имеют друг к другу никакого отношения с точки зрения UDP). Для доставки сообщений используется протокол IP. Надежность в протоколе UDP отсутствует, и должна быть выполнена ее поддержка на уровне приложений. Данный протокол требует меньше накладных расходов, чем TCP. Обычно UDP используют такие протоколы верхнего уровня, как DNS и NTP. Протокол TCP поддерживает надежную передачу потока данных с предварительной установкой связи между источником информации и ее получателем. Он используется такими протоколами верхнего уровня, как TELNET и FTP.

15 Маршрутизация в сетях TCP/IP Маршрутизация это алгоритм выбора маршрута следования информации от отправителя к получателям через объединенную коммуникационную сеть. Маршрутизацию можно рассматривать как поиск маршрута в ориентированном графе, нагруженном по дугам. Маршрут это ориентированный ациклический граф (DAG) с источником, соответствующим отправителю и стоками, соответствующими получателям, по которому движется сообщение (в простейшем случае, путь). Оптимальный маршрут это маршрут, имеющий наименьшую стоимость (например, сумма весов всех дуг, его составляющих). Оптимальная маршрутизация – алгоритм выбора оптимального маршрута. Для обеспечения оптимальной (или хотя бы работающей) маршрутизации в сети с динамически изменяющейся топологией созданы протоколы маршрутизации. Данные маршрутизации сохраняются ОС в специальной таблице. Каждая строка этой таблицы обычно содержит следующие данные: IP-адрес сети назначения; IP-адрес следующего узла (обычно называемого шлюзом или маршрутизатором), через который нужно посылать пакеты, чтобы достигнуть сети назначения; стоимость пути до назначения. Протокол маршрутизации - алгоритм взаимодействия узлов сети для оптимальной динамической подстройки таблиц маршрутизации.

16 Классификация алгоритмов маршрутизации Внутреннего или внешнего шлюза Статические или динамические Одномаршрутные или многомаршрутные Одноуровневые или иерархические Централизованные, распределенные или локализованные Одноадресные или групповые

17 Классификация протоколов маршрутизации Векторные протоколы (известны также как алгоритмы Бэллмана-Форда) Протоколы состояния связей (канала) (впервые были предложены в 1970 году Дейкстрой) Протоколы политики (правил) маршрутизации

18 Спасибо! Вопросы?

19 P.S. Экзаменационные вопросы: Коммуникация процессов: низкоуровневые средства (роль уровневых протоколов и семиуровневой модели, стек TCP/IP) Коммуникация процессов: низкоуровневые средства (адресация в сетях TCP/IP) Коммуникация процессов: низкоуровневые средства (маршрутизация в сетях TCP/IP)