1 / 33

מערכות הפעלה

מערכות הפעלה. תרגול 14 – תקשורת, מנגנוני תקשורת ב- Linux. תוכן התרגול. מודל השכבות מודל כללי שכבה פיזית שכבת רשת ( IP ) שכבת Transport שכבת אפליקציה סיכום מודל השכבות מושג ה- socket מנגנון תקשורת ב- Linux API Network מבנה שרת מבנה לקוח מדריך מועיל בנושא נמצא ב- URL :

micah
Télécharger la présentation

מערכות הפעלה

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. מערכות הפעלה תרגול 14 – תקשורת, מנגנוני תקשורת ב-Linux

  2. תוכן התרגול • מודל השכבות • מודל כללי • שכבה פיזית • שכבת רשת (IP) • שכבת Transport • שכבת אפליקציה • סיכום מודל השכבות • מושג ה-socket • מנגנון תקשורת ב-Linux • APINetwork • מבנה שרת • מבנה לקוח • מדריך מועיל בנושא נמצא ב-URL: http://www.ecst.csuchico.edu/~beej/guide/net/html/ מערכות הפעלה - תרגול 13

  3. הקדמה • בצורה המופשטת ביותר רשת תקשורת היא אוסף חיבורים, המאפשר תקשורת בין המחשבים. • העברת נתונים ברשת תקשורת מבוצעת באמצעות פרוטוקולי תקשורת. • הפרוטוקולים פועלים בשכבות שונות, כשלכל שכבה תפקיד משלה. • אוסף פרוטוקולי תקשורת הנפוץ ביותר נקרא TCP/IP. • נלמד את חלוקה לשכבות של TCP/IP ואת הפרוטוקולים הפועלים בשכבות השונות. מערכות הפעלה - תרגול 13

  4. מודל השכבות (1) • מודל השכבות הוא מודל סטנדרטי המאפשר לחלק את פרוטוקולי התקשורת לקבוצות או שכבות, כאשר לכל שכבה תפקיד משלה. • מודל השכבות של TCP/IP מכיל 4 שכבות מערכות הפעלה - תרגול 13

  5. Source Destination Application Application Transport Transport Internet Internet Net. Access Net. Access מודל השכבות (2) • כל שכבה מקבלת שירותים מהשכבה שמתחתיה, מספקת שירותים לשכבה שמעליה, ו"מדברת" עם השכבה המקבילה במחשב השני. מערכות הפעלה - תרגול 13

  6. שכבת גישה לרשת -Network Access • תפקידה להעביר חבילה מתחנה נוכחית לתחנה שכנה באותה רשת. • השכבה מטפלת בכל הפרטים הקשורים בחומרה ובממשק עם הרשת הפיסית. • הפרוטוקול בשכבה זו שונה מרשת לרשת ותלוי בחומרה של הרשת הפיסית. מערכות הפעלה - תרגול 13

  7. שכבת Internet - פרוטוקול IP • שכבת Internet אחראית על ניתוב חבילות מתחנת המקור לתחנת היעד. • הפרוטוקול בשכבה זו נקרא- Internet Protocol IP. • פרוטוקול IP מאפשר ניתוב חבילות בין רשתות שונות, באמצעות Gateways. • Gateways הם מחשבים מיוחדים שמחברים בין רשתות שונות ומאפשרים העברת חבילות בין הרשתות • הפרוטוקול לא מבטיח שחבילה תגיע אל יעדה, הוא רק מחליט איך לנתב כל חבילה. • פרוטוקול IP הוא connectionless, מכיוון שכל חבילה מנותבת בנפרד, ללא קשר לחבילות אחרות. מערכות הפעלה - תרגול 13

  8. כתובת IP • פרוטוקול IP מבצע את הניתוב על סמך כתובת IP • כתובת IP היא מספר המזהה בצורה חד-ערכית כל ממשק תקשורת שמחובר לרשת. • למחשב אחד יכולים להיות מספר כתובות IP, לדוגמה אם יש לו מספר כרטיסי רשת. • גודל של כתובת IP הוא 32 סיביות. • מקובל לייצג כתובת IP ע“י 4 מספרים עשרוניים • לדוגמה : 132.68.37.66 מערכות הפעלה - תרגול 13

  9. טבלאות ניתוב • ההחלטה איך לנתב חבילה מתקבלת על סמך טבלאות ניתוב מיוחדות(routing tables) , הקיימות בכל מחשב שיכול לשמש כ-router • router הינו מחשב שדרכו עוברות חבילות שלא מיועדות למחשב עצמו. • ל – router יהיו בד"כ מספר ממשקי תקשורת. • טבלאות הניתוב מאפשרות להחליט לאן לשלוח את החבילה לפי כתובת ה-IP שלה. • אתם יכולים לגלות כמה ממשקי תקשורת יש למחשב ומה כתובות ה-IP שלהם ע"י שימוש בפקודה ifconfigבתוך shell של Linux. מערכות הפעלה - תרגול 13

  10. שכבת Transport • מאפשרת תקשורת ברמה של תהליכים (להבדיל משכבת IP שמאפשרת תקשורת בין מחשבים בלבד) • בשכבה זו שני פרוטוקולים עיקריים : UDP ו- TCP (בו נתמקד) • TCP הוא connection oriented , הוא יוצר session בין שני תהליכים. • TCP מבטיח: • סדר - החבילות יגיעו ליעדן בסדר שבו נשלחו • אמינות - כל החבילות יגיעו (חבילה שהולכת לאיבוד משודרת מחדש) מערכות הפעלה - תרגול 13

  11. מהו port • כפי שנאמר, כתובת IP מזהה מחשב בצורה חד משמעית. • אבל, מחשב יכול להריץ מספר אפליקציות המעבירות מידע דרך הרשת. איך מזהים חבילות השייכות לאפליקציה מסוימת? • port הינו מושג וירטואלי המאפשר שימוש ברשת ע“י מספר אפליקציות במקביל. • עבור כל אחד מהפרוטוקוליםUDP ו-TCP מוגדרת סדרה של פורטים במספרים 0 עד 65535. • חלק מהפורטים שמורים לאפליקציות מסוימות: • telnet – port 23, ftp – port 21 , http – port 80. • יישומי משתמש יכולים להשתמש רק במספרי פורטים הגדולים מ – 1023. מערכות הפעלה - תרגול 13

  12. שימוש בפורטים • תהליך שמעוניין לאפשר לתהליכים מרוחקים להתחבר אליו, מגדיר מספר פורט שעליו הוא "מקשיב". • רק תהליך אחד יכול "להקשיב" על כל פורט. • תהליך שרוצה להתחבר לתהליך שמקשיב, שולח חבילה שכתובת היעד שלה היא כתובת ה- IP של המחשב עליו רץ המקשיב, ומספר פורט היעד הוא מספר הפורט עליו התהליך "מקשיב". • שכבת ה- transport שמקבלת חבילה מזהה לפי כתובת ה – IP ומספר הפורט לאיזה תהליך להעביר את החבילה. מערכות הפעלה - תרגול 13

  13. שכבת האפליקציה • מכילה פרוטוקולים של אפליקציות כגון: • telnet, ftp, http ואחרות. • אפליקציות אלה משתמשות בפרוטוקולי transport לתקשורת עם מחשבים מרוחקים. מערכות הפעלה - תרגול 13

  14. Source Destination Application Application Transport Transport Internet Internet Internet Internet Net. Access Net. Access Net. Access Net. Access מודל השכבות - סיכום מערכות הפעלה - תרגול 13

  15. מושג ה - socket • ניקח לדוגמה שרת telnet, השרת הנ"ל "מקשיב" על פורט 23 לבקשות התחברות. • כשמתקבלת בקשת התחברות נוצר telnet session בין השרת ללקוח שהתחבר. • נרצה לאפשר למספר לקוחות להתחבר לאותו שרת telnet בו זמנית. • על-מנת שניתן יהיה לנהל מספר sessions במקביל, משתמשים ב-sockets. • socket מוגדר ברמה של אפליקציה (ולא ברמת המערכת כמו port) והוא מאפשר לאפליקציה להבדיל בין sessions שונים. • לכל session מתאים זוג sockets בשרת ובלקוח. מערכות הפעלה - תרגול 13

  16. מימוש של תקשורת ב- Linux • Linux תומכת במספר רב של ארכיטקטורות רשת. • נתמקד על התמיכה ש-Linux מספקת לארכיטקטורת TCP/IP: • קריאות מערכת המאפשרות יצירת תקשורת עם תהליכים מרוחקים. • מבני נתונים המשמשים את קריאות המערכת הנ"ל • כל קריאות המערכת שנראה משתמשות ב-sockets. • תחילה נגדיר את ה-socket, ואח"כ נחבר אותו לפורט המתאים מערכות הפעלה - תרגול 13

  17. Networking API של Linux • עבור כל הקריאות יש צורך להוסיף : #include <sys/types.h> #include<sys/socket.h> • יצירת socket חדש : int socket(int family, int type, int protocol) • ערך חזרה : במקרה של הצלחה – מחזיר descriptor המצביע ל-socket החדש • ה-descriptor שמוקצה שייך ל-PDT של התהליך כמו descriptors אחרים המצביעים על קבצים פתוחים, pipes, ... . מערכות הפעלה - תרגול 13

  18. Networking API של Linux פרמטרים: • family - מגדיר את ארכיטקטורת הרשת שדרכה תתבצע תקשורת. נשתמש תמיד ב-AF_INET. • type – מגדיר את מודל התקשורת ברשת. • SOCK_STREAM עבור תקשורת connection oriented , מבוססת stream ואמינה. • ממומשת ע"י TCP • protocol - מגדיר את פרוטוקול התקשורת של שכבת Transport. • העברת 0 בתור פרמטר יגרום לבחירת הפרוטוקול ברירת מחדל • TCP עבור SOCK_STREAM מערכות הפעלה - תרגול 13

  19. Networking API של Linux קישור של socket ל – port : int bind(int sockfd, struct sockaddr * my_addr, int addrlen) פרמטרים: • sockfd – ה-descriptor של ה-socket אותו מחברים. • my_addr – כתובת אליה מקשרים. הכתובת מכילה את כתובת ה-IP של המחשב ואת מספר ה-port אליו יקושר ה-socket • יש להכניס תמיד את ה-IP של המחשב המקומי • addrlen – אורך של my_addr בבתים. ערך חזרה: מוחזר 0 במקרה של הצלחה, 1- במקרה של כישלון. מערכות הפעלה - תרגול 13

  20. Networking API של Linux פקודת listen(): int listen(int sockfd, int num) פעולה: הצהרת כוונה לקבל בקשות תקשורת והגדרת אורך תור מקסימלי של בקשות ממתינות. פרמטרים: • sockfd – ה-descriptor של ה-socket • num – מספר מקסימלי של בקשות התחברות ממתינות ערך חזרה:מוחזר 0 במקרה של הצלחה, 1- במקרה של כישלון. מערכות הפעלה - תרגול 13

  21. Networking API של Linux קריאת accept(): int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen) פעולה: מחכה על ה-socket הנתון לבקשות תקשורת. כשיש בקשות בתור הבקשות הממתינות: • מוציא בקשה מהתור • יוצר socket חדש ומקצה לו descriptor חדש. • ה-socket החדש ישמש לתקשורת עם שולח הבקשה • ה-socket ה"ישן" לא מושפע ע"י הקריאה הנ"ל מערכות הפעלה - תרגול 13

  22. Networking API של Linux פרמטרים: • sockfd – ה-descriptor של ה-socket עליו מחכים לבקשות תקשורת • addr – כתובת של שולח של בקשת תקשורת שהתקבלה. • מוחזר כתוצאה מהקריאה. • addrlen – אורך של הכתובת בבתים. ערך חזרה: במקרה של הצלחה מוחזר ה-descriptor של ה-socket החדש שנוצר, אחרת מוחזר 1-. מערכות הפעלה - תרגול 13

  23. Networking API של Linux קריאת connect(): int connect(int sockfd, const struct sockaddr* serv_addr, socklen_t addrlen) פעולה: מנסה ליצור תקשורת עם תהליך שמקשיב על הכתובת serv_addr. • זכרו שכתובת מורכבת מכתובת IP ומספר port. פרמטרים: • sockfd – ה-descriptor של socket • serv_addr – הכתובת שעליה התהליך איתו מנסים ליצור תקשורת מקשיב. • addrlen – אורך של כתובת בבתים. ערך חזרה: במקרה של הצלחה מוחזר 0, במקרה של כשלון 1-. מערכות הפעלה - תרגול 13

  24. Networking API של Linux כתיבה ל-socket : • ניתן לכתוב ל-socket באמצעות קריאת write שלמדנו לכתיבה לקבצים. כאשר ה-descriptor שמועבר הוא descriptor של ה-socket השולח, וההודעה תועבר ל-socket אליו מקשיב התהליך השני. קריאת send() : int send(int sockfd,const void *msg, size_t len, int flags) פעולה: כמו write, למעט אפשרות שימוש בדגלים לפעולות שליחה מיוחדות. ערך חזרה: במקרה של הצלחה מספר הבתים שנשלחו, אחרת 1-. מערכות הפעלה - תרגול 13

  25. Networking API של Linux קריאה מה-socket: • ניתן לקרוא מה-socket באמצעות קריאת read שלמדנו לקריאה מקבצים. • ה-descriptor שמועבר הוא descriptor של ה-socket הקורא. • ה-socket חייב להיות מחובר (connected) ל- socket אחר. קריאת recv() : int recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags) פעולה: כמו read, למעט אפשרות שימוש בדגלים לפעולות קריאה מיוחדות. ערך חזרה: במקרה של הצלחה מספר הבתים שנקראו, אחרת 1-. מערכות הפעלה - תרגול 13

  26. Networking API של Linux סגירת socket : הפקודה המשמשת לסגירת socket היא intclose (int sockfd) פעולה:סוגרת את התקשורת עם המחשב המרוחק ומשחררת את ה-descriptor שהצביע על ה-socket. פרמטר: • sockfd – ה-descriptor של ה- socket לסגירה. ערך חזרה: במקרה של הצלחה 0, אחרת 1- מערכות הפעלה - תרגול 13

  27. מודל שרת לקוח (client/server) • מודל שרת/לקוח מתאר מצב שבו תהליך אחד, שהוא הלקוח, מבקש שירות מתהליך אחר, שהוא השרת. • תהליך השרת נותן שירות לתהליך הלקוח. • קיים מגוון רב של שרתים. השרתים המוכרים הם: שרתי telnet , שרתי web , שרתי ftp. • השרת בד"כ יודע לטפל בבקשות של מספר לקוחות בו זמנית. • נראה דוגמה של מימוש של שרת ולקוח פשוטים. מערכות הפעלה - תרגול 13

  28. מימוש של שרת(1) #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> void error(char *msg) { perror(msg); exit(1); } int main(int argc, char *argv[]) { int sockfd, newsockfd, portno, clilen; char buffer[256]; struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr; int n; if (argc < 2) { fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n"); exit(1); } מערכות הפעלה - תרגול 13

  29. מימוש של שרת (2) sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if (sockfd < 0) error("ERROR opening socket"); bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)); portno = atoi(argv[1]); serv_addr.sin_family = AF_INET; serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; serv_addr.sin_port = htons(portno); if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) error("ERROR on binding"); listen(sockfd,5); clilen = sizeof(cli_addr); מערכות הפעלה - תרגול 13

  30. מימוש של שרת (3) newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *) &cli_addr, &clilen); if (newsockfd < 0) error("ERROR on accept"); bzero(buffer,256); n = read(newsockfd,buffer,255); if (n < 0) error("ERROR reading from socket"); printf("Here is the message: %s\n",buffer); n = write(newsockfd,"I got your message",18); if (n < 0) error("ERROR writing to socket"); return 0; האם הקוד הנ"ל תמיד יעבוד נכון? מערכות הפעלה - תרגול 13

  31. מימוש של הלקוח (1) #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <netdb.h> void error(char *msg) { perror(msg); exit(0); } int main(int argc, char *argv[]) { int sockfd, portno, n; struct sockaddr_in serv_addr; struct hostent *server; char buffer[256]; מערכות הפעלה - תרגול 13

  32. מימוש של הלקוח (2) if (argc < 3) { fprintf(stderr,"usage %s hostname port\n", argv[0]); exit(0); } portno = atoi(argv[2]); sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd < 0) error("ERROR opening socket"); server = gethostbyname(argv[1]); if (server == NULL) { fprintf(stderr,"ERROR, no such host\n"); exit(0); } bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)); serv_addr.sin_family = AF_INET; מערכות הפעלה - תרגול 13

  33. מימוש של הלקוח (3) bcopy((char *)server->h_addr, (char *) &serv_addr.sin_addr.s_addr, server->h_length); serv_addr.sin_port = htons(portno); if (connect(sockfd,&serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0)( error("ERROR connecting"); n = write(sockfd,”HELLO THERE”,sizeof(“HELLO THERE”)); if (n < 0) error("ERROR writing to socket"); bzero(buffer,256); n = read(sockfd,buffer,255); if (n < 0) error("ERROR reading from socket"); printf("%s\n",buffer); return 0; } האם הקוד הנ"ל תמיד יעבוד נכון? מערכות הפעלה - תרגול 13

More Related