Операционная система UNIX

Данный аспект проиллюстрирован на рис. 6.26. Здесь мы рассмотрели процесс передачи IP-датаграммы хосту, расположенному в удаленном сетевом сегменте Ethernet. Поскольку доставка датаграммы предполагает использование промежуточного шлюза, передача данных на канальном уровне требует соответствующей адресации: на первом "перегоне" в качестве адреса получателя используется МАС-адрес шлюза, и только затем — МАС-адрес фактического адресата.

Рис. 6.26. Инкапсуляция пакетов для косвенных маршрутов

На то, что маршрут является косвенным, указывает флаг RTF_GATEWAY элемента таблицы маршрутов. В этом случае MAC-адрес получателя при формировании кадра канального уровня, будет определяться исходя из сетевого адреса шлюза, хранящегося в поле rt_gateway. [85]

Модуль протокола имеет возможность доступа к маршрутизационной информации с помощью трех функций: rtalloc для получения маршрута, rtfree для его освобождения и rtredirect для обработки управляющих сообщений о перенаправлении маршрута (ICMP REDIRECT).

85

Для определения соответствия между IP-адресами интерфейсов и их MAC-адресами используется протокол ARP (Address Resolution Protocol), позволяющий производить формирование адреса кадра уровня канала данных.

Функция rtalloc позволяет модулю протокола определить маршрут к требуемому адресату. В результате модуль размещает структуру route, имеющую следующие поля:

struct rtentry *ro_rt	Указатель на соответствующий элемент таблицы маршрутизации
struct sockaddr ro_dst	Адрес получателя данных

Возвращаемый функцией rtalloc маршрут может быть освобожден с помощью функции rtfree (это не означает, что маршрут будет удален из таблицы маршрутизации). Время жизни маршрута зависит от протокола верхнего уровня. Например, модуль протокола TCP хранит маршрут на протяжении жизни виртуального канала.

Функция rtredirect обычно вызывается модулем протокола в ответ на получение от соседних шлюзов управляющих сообщений о перенаправлении маршрута. [86] Шлюз генерирует такое сообщение в случае, когда обнаружен более предпочтительный маршрут для передаваемого пакета. Например, если хосты А и В находятся в одной и той же сети, и хост А направляет пакеты В через шлюз С, последний отправит А сообщение о перенаправлении маршрута, информирующее, что А в дальнейшем должен посылать данные В непосредственно. Этот процесс показан на рис. 6.27.

86

В семействе протоколов TCP/IP для этих целей служит протокол ICMP. Сообщения о перенаправлении маршрутов ICMP REDIRECT формируются IP-модулем шлюза и информируют IP-модули соседних хостов (шлюзов) о существовании более выгодного маршрута к данному адресату.

Рис. 6.27. Перенаправление маршрутов

Данная возможность может использоваться для упрощения процедуры формирования таблицы маршрутизации. Например, рабочие станции могут хранить только маршрут по умолчанию (в сеть 0), адресующий соседний шлюз. При передаче данных хостам той же сети, что и источник, шлюз будет информировать последний о перенаправлении маршрутов, позволяя тем самым заполнить элементы маршрутизационной таблицы.

Функция rtredirect вызывается с параметрами, указывающими на адрес получателя, новый адрес шлюза, который необходимо миновать для достижения адресата, а также источник перенаправления маршрута. Заметим, что сообщения о перенаправлении маршрута принимаются только от текущего шлюза для данного получателя. Если существует маршрут, отличный от маршрута по умолчанию, то для него изменяется поле rt_gateway согласно указанному в сообщении новому адресу шлюза. В противном случае создается новая запись таблицы маршрутизации.

Вопросы определения маршрутов в UNIX являются прерогативой специальных прикладных процессов, а не ядра операционной системы. Ядро размещает и хранит необходимую маршрутизационную информацию, а также обеспечивает интерфейс доступа к этой информации. Процесс имеет возможность добавить или удалить маршрут с помощью системного вызова ioctl(2). Для добавления маршрута используется команда SIOCADDRT, а для удаления — SIOCDELRT.

В качестве процессов, отвечающих за заполнение таблиц маршрутизации и ее динамическое обновление, можно назвать стандартный демон routed(1M), использующий протокол RIP (Routing Information Protocol) для динамического определения и обновления маршрутов, а также демон gated(1M), поддерживающий работу нескольких протоколов обмена маршрутизационной информацией (RIP, OSPF, BGP).

Текущую таблицу маршрутизации можно увидеть, воспользовавшись командой netstat(1M):

 $ netstat -rn
 Routing Table:
 Destination Gateway Flags Ref Use Interface
 – ----------- ------------- ----- --- ----- ---------
 127.0.0.1 127.0.0.1 UH 0 5054 lo0
 194.85.160.0 194.85.160.50 U 3 30926 le0
 default 194.85.160.1 UG 0 47150 le0

Первая запись таблицы показывает маршрут для псевдохоста (localhost) логической сети операционной системы. Следующий маршрут адресует непосредственно подключенную к интерфейсу (его адрес 194.85.160.50) сеть (194.85.160.0). Наконец, последняя запись определяет маршрут по умолчанию, направляя все пакеты, адресованные получателям "внешнего мира", для которых наш хост не знает конкретных маршрутов, на шлюз с адресом 194.85.160.1, который обладает большей информацией о возможных маршрутах.

Реализация TCP/IP

Прежде чем перейти к описанию функционирования модулей протоколов TCP/IP, рассмотрим еще одну структуру данных, называемую управляющим блоком протокола (Protocol Control Block, PCB), который в случае TCP/IP называется Internet PCB, и представлен структурой inpcb, определенной в файле <netinet/in_pcb.h>. Вид структуры inpcb показан на рис. 6.28.

Рис. 6.28. Структуры данных протоколов TCP/IP

Эта структура создается для каждого активного сокета TCP или UDP и содержит информацию, необходимую для текущих транзакций протокола, такую как IP-адреса источника и получателя (inp_laddr и inp_faddr), номера портов (inp_lport и inp_fport), маршрутизационной информации (inp_route). TCP создает дополнительный управляющий блок, где хранятся данные, необходимые для работы этого протокола (такие как порядковые номера, номера подтверждений и т.д.)

Управляющие блоки размещаются в виде связанного списка, отдельного для TCP и UDP. Модули протокола имеют в своем распоряжении набор функций для создания, поиска и удаления управляющего блока. Модуль IP демультиплексирует сообщения на основании номера протокола, указанного в заголовке датаграммы, а протокол транспортного уровня, в свою очередь, производит поиск требуемого управляющего блока для доставки данных протоколам более высокого уровня (приложений).

Перейдем теперь к описанию взаимодействия рассмотренных модулей в сетевой подсистеме BSD UNIX (рис. 6.29).