Сетевое ПО Лекция 9 (Электронные лекции), страница 3

TCP/IP был разработан DARPA (DefenseAdvanced Research Projects Agency) в 19б9 году как фундамент Интернета,поэтому характеристики TCP/IP (поддержка маршрутизации и хорошаяпроизводительностьвWAN)благоприятствуютегоиспользованиювглобальных сетях. TCP/IP — единственный стек протоколов, устанавливаемыйв Windows по умолчанию.Соответствие протокола TCP/IP эталонной модели(рис. 11)NWLink состоит из протоколов Novell IPX и SPX. NWLink включенСетевое ПО.

Лекция 9 (2014 г.)11в Windows для взаимодействия с серверами Novell NetWare.4.2 Реализация транспортов TDIВ Windows транспорты TDI в общем случае реализуют всепротоколы, сопоставленные с основным стеком протоколов.Например, драйвер TCP/IP реализует протоколы TCP, UDP, IP, ARP,ICMP и IGMP.Для представления конкретных протоколов транспорт TDI обычносоздает объекты «устройство», что позволяет клиентам получать объект«файл», представляющий нужный протокол, и выдавать ему запросы на сетевойввод-вывод с использованием IRP.Драйвер TCP/IP создает три объекта «устройство» для представленияразличных протоколов, доступных клиентам TDI:\Device\ Тcр,\Device\Udp\Device\Ip.Microsoft определила стандарт TDI (Transport Driver Interface), чтобыдрайверам сетевых API не приходилось использовать отдельные интерфейсыдля каждого необходимого им транспортного протокола.Интерфейс TDI представляет собой правила форматирования сетевыхзапросов в IRP, а также выделения сетевых адресов и коммуникационныхсоединений..Транспортные протоколы, отвечающие стандарту TDI, экспортируютинтерфейс TDI своим клиентам, в число которых входят драйверы сетевых API.Транспортный протокол, реализованный в виде драйвера устройстваWindows, называется транспортом TDI.

Поскольку транспорты TDI являютсядрайверами устройств, они преобразуют получаемые от клиентов запросы вформат IRP.Модель программирования TDI очень напоминает таковую в Winsock.Устанавливая соединение с удаленным сервером, клиент TDI выполняетследующие действия.12Сетевое ПО. Лекция 9 (2014 г.)1. Чтобы выделить адрес, клиент создает и форматирует TDI IRP-пакетaddress open. Транспорт TDI возвращает объект «файл», который представляетадрес и называется объектом адреса (address object).

Эта операция эквивалентнавызову Winsock-функции bind.2. Далее клиент создает и форматирует TDI IRP-пакет connection open, атранспорт TDI возвращает объект «файл», который представляет соединение иназываетсяобъектомсоединения(connectionobject).Этаоперацияэквивалентна вызову Winsock-функции socket.3. Клиент сопоставляет объект соединения с объектом адреса с помощьюTDI IRP-пакета associate address (для этой операции эквивалентных функцийWinsock нет).4.

Клиент TDI, соглашающийся установить удаленное соединение, выдаетTDI IRP-пакет listen, указывая для объекта соединения максимальное числоподключений. После этого он выдает TDI IRP-пакет accept, обработка которогозаканчивается либо установлением соединения с удаленной системой, либоошибкой. Эти операции эквивалентны вызову Winsock-функций listen и accept.5. Клиент TDI, которому нужно установить соединение с удаленнымсервером, выдает TDI IRP-пакет connect, указывая объект соединения,выполняемый транспортом TDI после установления соединения или появленияошибки.

Выдача TDI IRP-пакета connect эквивалентна вызову Winsockфункций connect.TDI также поддерживает коммуникационную связь, не требующуюлогических соединений, для протоколов соответствующего типа, например дляUDP.Кроме того, TDI предоставляет клиенту TDI средства для регистрации втранспортах TDI своих функций обратного вызова по событиям (eventcallbacks) (т. е. функций, вызываемых напрямую).Например, при получении данных через сеть транспорт TDI можетвызвать зарегистрированную клиентом функцию обратного вызова для приемаданных. Поддержка функций обратного вызова на основе событий позволяет13Сетевое ПО.

Лекция 9 (2014 г.)транспорту TDI уведомлять своих клиентов о сетевых событиях, а клиенты,использующие такие функции, могут не выделять ресурсы для приема данныхиз сети, поскольку им доступно содержимое буферов, предоставляемыхдрайвером протокола TDI.5 Драйверы сетевых адаптеров(библиотека драйверовNDIS(Network Driver Interface Specification)5.1 Компоненты NDISКогда драйверу протокола требуется получить или отправить сообщениев формате своего протокола, он должен сделать это с помощью сетевогоадаптера.Производители сетевых адаптеров предоставляют драйверы устройств,которые принимают сетевые сообщения и передают их через свои устройства.В 1989 году компании Microsoft и 3Com совместно разработалиспецификациюNetworkDriverInterfaceSpecification(NDIS),котораяопределяет аппаратно-независимое взаимодействие драйверов протоколов сдрайверами сетевых адаптеров.Драйверы сетевых адаптеров, соответствующие NDIS, называютсядрайверами NDIS или мини-порт-драйверами NDIS.Windows поддерживает NDIS версии 5.В Windows библиотека NDIS (\Winnt\System32\Drivers\Ndis.sys) реализуетпограничный уровень между транспортами TDI (в типичном случае) идрайверами NDIS.Как и Tdi.sys, библиотека NDIS является вспомогательной и используетсяклиентами драйверов NDIS для форматирования команд, посылаемых этимдрайверам.

Драйверы NDIS взаимодействуют с библиотекой, чтобы получатьзапросы и отвечать на них.Взаимосвязи между компонентами, имеющими отношение к NDIS,показаны на рис. 12Одна из целей Microsoft при разработке сетевой архитектуры состояла втом, чтобы производителям сетевых адаптеров было легче разрабатыватьСетевое ПО. Лекция 9 (2014 г.)14драйверы NDIS и переносить их код между потребительскими версиямиWindows.Таким образом, библиотека NDIS предоставляет драйверам не простовспомогательные пограничные процедуры NDIS, а целую среду выполнениядрайверов NDIS.

Последние не являются истинными драйверами Windowsпоскольку не могут функционировать без инкапсулирующей их библиотекиNDIS. Этот инкапсулирующий уровень является настолько плотной оболочкойдрайверов NDIS, что они не принимают и не обрабатывают IRP.Библиотека NDIS сама принимает IRP от серверов TDI и преобразует ихв вызовы драйверов NDIS. Драйверам NDIS также не приходится заботиться ореентерабельности, когда библиотека NDIS вызывает драйвер с новымзапросом до того, как он успел обработать предыдущий запрос. Освобождениеот поддержки реентерабельности кода означает, что создатели драйверов NDISмогут не думать о сложных проблемах синхронизации, которые еще большеусложняются в многопроцессорных системах.Библиотека NDIS скрывает от транспортов TDI и мини-порт-драйверовNDIS тот факт, что она использует IRP для представления сетевых запросов.

Сэтой целью она требует от транспортов TDI создания пакета NDIS вызовомNdisAUocatePacket, после чего пакет передается минипорт-драйверу NDISвызовом одной из функций библиотеки NDIS (например, NdisSend). В Windowsбиблиотека NDIS реализует пакеты NDIS на основе IRP.NDIS 5 также обеспечивает следующие преимущества.Драйверы NDIS могут сообщать, активна ли несущая сетевая среда,что позволяет Windows 2000 выводить на панель задач значок, показывающий,подключен ли компьютер к сети. Эта функция также позволяет протоколам идругим приложениям быть в курсе этого состояния и соответствующимобразом реагировать. Например, транспорт TCP/IP будет использовать этуинформацию, чтобы определять, когда нужно заново оценивать информациюоб адресах, получаемую им от DHCP.Аппаратное ускорение TCP/IP-операций (TCP/IP task offload)15Сетевое ПО.

Лекция 9 (2014 г.)позволяет минипорту пользоваться аппаратными функциями сетевого адаптерадля выполнения таких операций, как расчет контрольных сумм пакетов и всевычисления, связанные с IP-безопасностью (IPSec). Аппаратное ускорение этихоперацийсредствамисетевогоадаптераповышаетпроизводительностьсистемы, освобождая центральный процессор от выполнения этих задач.Быстрая пересылка пакетов (fast packet forwarding) позволяетсетевому адаптеру перенаправлять пакеты, не предназначенные данномукомпьютеру, на удаленные системы без участия центрального процессора.Функция Wake-On-LAN дает возможность сетевому адаптеру ссоответствующей поддержкой выводить систему Windows 2000 из состояния снизким энергопотреблением при каких-либо событиях в сети.

Сигналпробуждения может быть инициирован сетевым адаптером при одном изследующих событий: подключении к несущей среде (например, подключениисетевого кабеляк адаптеру) и приемеспецифичных дляпротоколапоследовательностей байтов (в случае адаптеров Ethernet — при полученииволшебного пакета, т. е. сетевого пакета с 16 копиями Ethernet-адреса адаптераподряд).драйверамNDIS, ориентированная на логические соединения, позволяетNDISуправлятьнесущейсредой,требующейлогическихсоединений, например устройствами ATM (Asynchronous Transfer Mode).Интерфейсы, предоставляемые библиотекой NDIS драйверам NDIS длявзаимодействия с сетевыми адаптерами, доступны через функции, вызовыкоторых транслируются непосредственно в вызовы соответствующих HALфункций.5.2 Разновидности минипорт-драйверов NDISМодель NDIS также поддерживает гибридные NDIS-драйверы транспортаTDI, называемые промежуточными драйверами NDIS (NDIS intermediatedrivers).Эти драйверы размещаются между транспортами TDI и драйверамиNDIS.