Встроенная сетевая поддержка

В отличие от большинства других операционных систем, Windows NT изначально разрабатывалась с учетом возможности работы в сети. В результате этого функции совместного использования файлов, устройств и объектов встроены в интерфейс с пользователем. Администраторы могут централизовано управлять и контролировать работу сетей в масштабах крупных предприятий.

Сетевые функции Windows NT реализуются многими программными компонентами, и две наиболее важные из них имеют самую долгую историю в сетях Microsoft: редиректор и сетевой сервер. Как и в сети MS-NET, редиректор переправляет локальные запросы ввода-вывода на удаленный сервер, а сервер принимает и обрабатывает эти запросы.

Первые варианты редиректора и сервера Microsoft были написаны на ассемблере и располагались над существующим системным программным обеспечением MS-DOS. Новые редиректор и сервер встроены в Windows NT, они не зависят от архитектуры аппаратных средств, на которых работает ОС. Они написаны на С и выполнены как загружаемые драйверы файловой системы, которые могут загружаться или выгружаться в любое время. Они также могут сосуществовать с редиректорами и серверами других производителей.

Сетевой редиректор обеспечивает средства, необходимые одному компьютеру Windows NT для доступа к ресурсам другого компьютера по сети. Редиректор Windows NT обеспечивает доступ к удаленным файлам, именованным конвейерам и принтерам. Так как он поддерживает SMB-протокол, то он работает с существующими серверами MSNET и LAN Manager, обеспечивая доступ к системам MS-DOS, Windows и OS/2 из Windows NT.

Основная задача редиректора - поддержка распределенной файловой системы, которая ведет себя подобно локальной файловой системе, хотя она и работает через ненадежную среду (сеть). Когда связь отказывает, редиректор ответственен за восстановление соединения, если это возможно, или же за возврат кода ошибки, чтобы приложение смогло повторить операцию.

Как и редиректор, сервер Windows NT на 100% совместим с существующими SMB-протоколами MS-NET и LAN Manager. Эта полная совместимость позволяет серверу обрабатывать запросы, исходящие не только от систем Windows NT, но и от других систем, работающих с программным обеспечением LAN Manager. Как и редиректор, сервер выполнен в виде драйвера файловой системы.

Может показаться странным, что сервер не реализован как серверный процесс пользовательского режима. Было бы логично ожидать, что сетевой сервер будет функционировать как защищенная подсистема - процесс, чьи нити ожидают поступления запросов по сети, выполняют их, а затем возвращают результаты по сети. Этот подход как наиболее естественный был тщательно рассмотрен при проектировании Windows NT, однако, учитывая опыт построения сетей VAX/VMS и опыт использования RPC, было решено для повышения производительности выполнить сервер как драйвер файловой системы. Хотя сервер и не является драйвером в обычном смысле, и он не управляет файловой системой на самом деле, использование модели драйвера обеспечивает некоторые преимущества.

Главное из них состоит в том, что драйвер реализован в среде NT executive и может вызывать кэш-менеджер NT непосредственно, что повышает скорость передачи данных. Например, когда сервер получает запрос на чтение большого количества данных, он вызывает кэш-менеджер для определения места расположения этих данных в кэше (или для загрузки этих данных в кэш, если их там нет) и для фиксации данных в памяти. Затем сервер передает данные непосредственно из кэша в сеть, исключая ненужные доступ к диску или копирование данных. Аналогично, при запросе на запись данных сервер вызывает кэш-менеджер для резервирования места для поступающих данных. Затем сервер пишет данные непосредственно в кэш. Записывая данные в кэш, сервер возвращает управление клиенту гораздо быстрее; затем кэш-менеджер записывает данные на диск в фоновом режиме (используя страничные средства менеджера виртуальной памяти).

Windows NT поддерживает не только сети Microsoft, но и другие за счет использования следующих средств:

Доступ к файловым системам, не совместимым с Microsoft, для подключения к ресурсам, удаленным файлам и устройствам ввода-вывода через общий интерфейс Win32 API (WNet API).
Несколько драйверов сетевого транспортного протокола могут быть загружены в одно и то же время, редиректоры для доступа к ним используют общий интерфейс.
Windows NT обеспечивает интерфейс и среду NDIS 3.0 для драйверов сетевых адаптеров для доступа к транспортным драйверам Windows NT.

За последние десятилетия получили распространение различные протоколы передачи информации по сети. Хотя Windows NT и не поддерживает все транспортные протоколы, она, по крайней мере, разрешает включать их поддержку, если есть их реализации третьими фирмами.

В Windows NT транспортные протоколы реализованы в виде драйверов, которые подобно редиректорам могут загружаться и выгружаться из системы. В традиционной сетевой модели редиректор, который использует конкретный транспортный протокол, должен знать, какого типа сообщение ожидает драйвер этого протокола, и посылать ему запросы в его формате. Нижние уровни редиректора должны быть переписаны для поддержки механизма передачи данных для каждого транспортного протокола.

Windows NT решает эту проблему использованием единого программного интерфейса, называемого transport driver interface (TDI) - интерфейс транспортных драйверов для редиректоров и других высокоуровневых сетевых драйверов. TDI позволяет редиректорам и драйверам оставаться независимым от транспорта. Таким образом, одна версия редиректора или сервера может пользоваться любым транспортным механизмом, как показано на рисунке 1.12.

Рис. 1.12. Интерфейс транспортных драйверов

TDI обеспечивает набор функций, которые редиректоры могут использовать для пересылки любых типов данных с помощью транспортного уровня. TDI поддерживает как связи с установлением соединения (виртуальные связи), так и связи без установления соединения (датаграммные связи). Microsoft Windows NT обеспечивает следующие транспорты:

NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface) - это транспортный протокол локальной сети, рассчитанный на односегментные сети.
TCP/IP - транспорт, используемый в Internet и ОС Unix.
IPX/SPX - набор транспортных протоколов, используемых Novell в сетях NetWare.
DECnet транспорт - это протокол, используемый корпорацией DEC, который позволяет Windows NT связываться с сетями DECnet.
AppleTalk - протокол, разработанный фирмой Apple Computer, который позволяет системам Apple Macintosh взаимодействовать с Windows NT.
XNX - это протокол Xerox Corporation, который использовался в ранних сетях Ethernet.
VINES - протокол сетей Banyan VINES.

Сетевые адаптеры поставляются вместе с сетевыми драйверами, которые раньше часто писались в расчете на взаимодействие с определенным транспортным протоколом - например, XNS или TCP/IP. Так как Windows NT позволяет загружать драйверы различных транспортных протоколов, то производители сетевых адаптеров, использующие такой подход, должны были бы писать для одного сетевого адаптера несколько сетевых драйверов, поддерживающих несколько транспортных протоколов. Чтобы помочь производителям избежать этого, Windows NT обеспечивает интерфейс и среду, называемые "спецификация интерфейса сетевого драйвера" (NDIS - Network Driver Interface Specification), которые экранируют сетевые драйверы от деталей различных транспортных протоколов (рисунок 1.13).

Вместо написания транспортно-зависимого драйвера для Windows NT, сетевые производители придерживаются интерфейса NDIS. Таким образом, пользователь может работать с сетью TCP/IP и сетью NetBEUI (или DECnet, NetWare, VINES и т.п.), используя один сетевой адаптер и один сетевой драйвер. Каждый драйвер NDIS ответственен за посылку и прием пакетов через свое сетевое соединение, а также за управление сетевым адаптером.

Рис. 1.13. NDIS-интерфейс

Windows NT обладает средствами для создания и выполнения распределенных приложений. Под распределенной обработкой раньше обычно понимали файловый и принтерный сервис.

Теперь под распределенной обработкой понимают более сложные механизмы модели клиент-сервер. Вместо хранения больших файлов баз данных на удаленной машине и копирования их для обработки на локальную машину каждый раз, когда пользователь хочет сделать запрос к базе данных, программное обеспечение, такое как Microsoft SQL Server, позволяет пользователю передать запрос на поиск в базе данных на удаленной машине. После завершения обработки операций поиска и сортировки на удаленной машине на пользовательскую машину возвращаются только результаты поиска. Такие вычисления по схеме клиент-сервер минимизируют нагрузку на сеть и загружают удаленный процессор, оставляя локальный процессор свободным. Преимущество подобных приложений состоит в том, что они используют процессорные циклы удаленных, часто более мощных компьютеров.

ОС должна обеспечивать средства для успешной реализации сетевых вычислений по схеме клиент-сервер. Вызов удаленных процедур (Remote Procedure Call - RPC) - является одним из таких средств, которое позволяет программисту создавать приложение, состоящее из любого количества процедур, некоторые из которых выполняются локально, а некоторые - выполняются на удаленных компьютерах через сеть.

Идея вызова удаленных процедур состоит в расширении хорошо известного и понятного механизма передачи управления и данных внутри программы, выполняющейся на одной машине, на передачу управления и данных через сеть. Средства удаленного вызова процедур предназначены для облегчения организации распределенных вычислений.

Содержание раздела