分布式系统的通信课件

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1、1,第二章 分布式系统的通信,分布式系统和单机系统最重要的区别在于进程间的通信，分布式操作系统中进程间的通信包括： 分层协议 异步传输模式网(ATM网) 客户服务器模式 远程过程调用 组通信,2,1 分层协议,分布式系统中，所有通信都是基于消息传递 (1) A在自己的地址空间建立消息 (2) 执行系统调用，让操作系统取出消息,通过网络传送给B 通信需要多种不同的协议 用多少电压表示“0”或“1” 接收者如何知道消息的最后一位 怎样判定消息是否被损坏或丢失；发现了应该做什么？ 数字、字符串和其它数据项需要有多长，如何表示 开放系统互连参考模型(ISO OSI或OSI) 为了便于处理通信中的层次问

2、题，ISO开发了一个参考模型，定义了所涉及的各层，它们的标准名称、功能,3,1 分层协议,OSI模型允许开放系统间进行通信 一个开放系统就是可以与任何其它开放系统进行通信的系统 它通过使用标准规则，管理消息的格式、内容和意义。这些规则的正式名称就是协议 协议就是通信各方就如何进行通信所需遵守的规则,4,1 分层协议,为了允许一组计算机通过网络进行通信，必须有网络协议。OSI模型区分了两种类型的协议: 面向连接的协议：交换数据之前，发送者和接收者必须明确地建立连接，并且协商可能使用的协议。完成数据交换后必须断开连接。电话 无连接的协议：无需预先建立连接，发送者只要将准备好的报文直接发送出去即可。

3、投信到邮箱 在OSI模型中，通信分为7层。每层处理有关通信的一个特定方面。如此，可以将一个问题分解为几个易于处理的子问题，每个子问题都可以单独解决。每层都为上一层提供接口。接口由一组操作组成，它定义了该层向用户提供的服务,5,1 分层协议,6,1 分层协议,在OSI模型中，当机器1上的进程A想和机器2上的进程B通信时， 它创建一条消息，将消息传送到本机的应用层。这一层可以是个库过程，也可以用其它方法实现(操作系统中或外部协处理器) 应用层软件在该报文前加上报头，通过第6、7层间的接口传给表示层 表示层加上自己的报头，将结果传送给会话层， 一些层中不仅要在报文前加报头，还要在报文后加上报尾。当消

4、息到达最低部时，由物理层实际传输报文,7,1 分层协议,报文到达机器2时，它向上传递，每一层都剥掉并检查自己的报头，最后报文到达接收者-进程B，它以相反的路径应答。第n层的报头信息就用n层协议,8,1 分层协议,考虑两个公司间的通信，即Zippy Airlines和它的配套公司Mushy Meals有限公司间的通信。Zippy公司旅客服务经理让他的秘书每月与Mushy公司销售经理的秘书联系订购100,000盒鸡肉。两个秘书用FAX联系 旅客服务经理可以决定退掉鸡肉，而要Mushy公司的新款羊排，该决定不会影响秘书的工作。要注意这件事有两层：老板和秘书。每一层都有自己的协议，而各自的改变可以独立

5、于其它层。这种独立性使得分层协议颇具吸引力 OSI模型共有七层。特定系统所使用的一组协议称作协议组或协议栈,9,1 分层协议-物理层,物理层负责传输0/1串。它规定多少伏电压表示0和1、每秒传输多少比特,是否能够同时进行双向传输等。物理层还要考虑网络连接器的大小、形状、引脚数及其每个引脚的含义 物理层协议讨论电气、机械、信号接口标准化问题，以便一台机器发送0，实际接收到的也是0，而不是1。现在已经有了很多物理层标准，如RS-232-C是串行口通信线的标准,10,1 分层协议-数据链路层,物理层只负责传送比特。然而实际的网络通信是很容易出错的，因此需要一些校验和纠错的机制 数据校验是数据链路层的

6、主要任务，它将一些位组织成数据单元(帧)，并且检查每帧是否被正确接收 在每帧的开头或结尾处添加特殊的位来标识该帧，并且将该帧中所有字节按某种方式相加，计算其校验和 将校验和添加到帧中 当该帧到达时，接收者重新计算校验和并与帧后的校验和相比较。如果一致，则认为该帧是正确的并接受，否则接收者请求重发 每帧在报头中赋予一个序列号，因此可以确定不同帧,11,1 分层协议-数据链路层,数据链路层上的发送者和接收者之间的对话,12,1 分层协议-网络层,局域网中，发送者通常不把消息直接传送给接收者，只需将消息发送到网络上，接收者从网上取走消息。 一个广域网就像一张连接主要城市道路的交通图。一个消息从发送者

7、到达接收者，也许经过若干转发点，在每个转发点，都要选择一个输出线将消息发出。 怎样选择最佳路径的问题就叫路由，它是网络层的主要任务。 由于最短路径不一定是最佳路径，这就使问题变得非常复杂。在给定路由上的延迟量，与传输量以及在不同线路上等待发送的消息数有关。延迟可能对整个传输时间起决定性作用。一些路由算法试图适应动态的负载，而其它路由算法则基于长期的平均性能。,13,1 分层协议-网络层,目前广泛使用以下两个网络层协议 面向连接：面向连接的协议称作X.25，多用于公共网络，如电话公司和欧洲的PTT。X.25用户首先向目的方发送连接请求，请求可以被接受或被拒绝。如果该连接请求被接受，呼叫方将收到一

8、个用于后续请求的连接标识。在多数情况下，网络在建立连接期间，从发送者到接收者之间选择一条路由，并在以后的传输中使用该路径。 无连接：无连接的协议称作IP，是DoD协议包的一部分。IP包无需建立连接就可以发送。每一个IP包独立路由。没有路径的选中和标记，与X.25不同。,14,1 分层协议-传输层,包可能在由发送者到接收者的路途中丢失。尽管一些应用自行进行错误恢复，但一般应用更愿意依赖于可靠的连接。传输层的任务就是提供可靠服务。思想：会话层应该能将报文传递给传输层，并希望在传输中不会丢失报文。 从对话层接收到报文后，传输层将其分成包，给每个包分配一个序列号，并把这些包发送出去。传输层头信息中的层

9、间协商信息表示：哪个包已被发送，哪个包已被接收，接收者还有多少空间可使用等类似问题。,15,1 分层协议-传输层,可靠的传输连接可以建立在x.25或IP上 对于前者，所有包将按正确的顺序到达(如果全部到达) 对于后者，每个包都可能采用不同的路由，后发送的包可能先到达目的地。传输层软件将所有包重组，目的是维持一个假像：传输连接像一个大管道你放进报文，它们被无损传送，并按进入时的次序出来。 正式的ISO传输协议有五个变种，TP0TP4。差别在于错误处理和在单个x.25连接上建立多个传输连接的能力。选择使用哪种协议，取决于网络层的特性 DoD传输协议称作TCP，类似于TP4，TCP/IP的结合广泛应

10、用于大学校园和多数Unix系统中。DoD协议包也支持无连接传输协议UDP(通用数据报协议)，它本质上就是IP的扩充。不需要面向连接协议的用户程序常使用UDP。,16,1 分层协议-会话层,会话层本质上是传输层的增强版，它提供对话控制、跟踪正在讲话者以及同步功能。同步允许用户在较长的传输中插入检查点，以便在发生错误时，仅仅需要从最后一个检查点重来，而无需从头开始重发。实际上，很少有应用对会话层感兴趣，它几乎不被支持，甚至在DoD协议集中也不存在。,17,1 分层协议-表示层,低层关心的是把位可靠有效地由发送者传送到接收者。和低层不同的是，表示层关心的是位的含义。大多数报文不是由随机位串组成的，更

11、多的是由结构化信息，如人名、地址和钱数等组成。在表示层可以定义一些特殊的记录，它包含这些域，然后发送者提醒接收者报文以某种格式包含特定记录。这使得内部表示方法不同的机器间的相互通信变得很容易。,18,1 分层协议-应用层,应用层实际上只是公共事务遵循的各种协议的组合，如电子邮件、文件传输及在网络上连接远程终端等。其中最为人所熟知的是X.400电子邮件协议和X.500目录服务器。,19,2 异步传输模式网(ATM网),最近30年，计算机性能提高几个数量级，网络性能却没有提高 69年ARPANET创始时，结点间用56KB/s的通信线路 70年代末80年代初，多数被1.5Mb/s的T1线路取代 最终

12、，主干网发展成45Mb/s的T3网络，但Internet上的大多数传输线仍是T1或更慢的线路 新发展：通信速率突然以大约155Mb/s为最低标准，主干网以1GMb/s以上速度运行。这个变化给分布式系统带来巨大的冲击、新挑战,20,2 异步传输模式网-异步传输模式,80年代末以来，电话公司意识到：除以4KHZ模拟信道传输语音外，电信业务有更多的作为。数字网如x.25存在多年，但不受重视、常以56K或64Kbps的速度运行 电话公司决定建造21世纪网络时，进退两难： 声音传输是平滑的，需要低但连续的带宽 数字传输是突发性的，常常不需要带宽，但有时在很短的时间内又需高带宽 无论传统的线路交换和分组交

13、换都不能同时适应这两种传输,21,2 异步传输模式网-异步传输模式,经过研究，形成混合方案：在虚电路上传输固定大小的块。这个折衷方案对两种类型的传输都有很好的性能。称为ATM的这一方案，已成为国际标准，并可能在分布式系统中起重要作用 ATM模型 发送者建立到接收者的连接：连接过程中，从发送者到接收者之间建立路由，并将路由信息存放在沿途的交换机上 系统可以利用这个连接发送包：包先被硬件拆成固定大小的单元，称作信元（cell） 指定虚电路上的信元，沿着交换机中保存的路径流动 无需连接时，释放此连接，并从交换机中删除该路由信息,22,2 异步传输模式网-异步传输模式,与分组交换和线路交换相比，具有以

14、下优点： 网络可以混合传输语音、数据、广播电视、视频录像、无线电和其它信息 网络看到的是信元，不关心内容：节省开支和简化工作，每个家庭或商务活动只要接入一条信号线，就可满足所有信息和通信的需要，还可带来新应用，如视频点播、视频会议和远程数据库访问 信元交换适用于多波传输(到多目的地) 信元交换的优点 有效地处理点-点传输+多波传输(广播),23,2 异步传输模式网-异步传输模式,固定大小信元允许快速交换，消除小包被大包阻塞所需线路而被延迟的危险。信元交换时，接连发送，下个信元甚至是属于不同的包 ATM的协议分层 物理层：与OSI模型第1层功能相同 ATM层：路由选择、信元及传输。包括OSI第2

15、层和第3层一部分，和OSI第2层不同，ATM不修复丢失或损坏的信元 适配层：将包拆成信元并在另一头组装，相当于OSI模型第4层。适配层不提供可靠的端对端服务，传输连接必须在上一层实现，例如通过使用ATM信元来进行TCP/IP传输,ATM参考模型,24,2 异步传输模式网-ATM物理层,ATM适配板，将信元流发送到线路上或光纤上。传输流必须是连续的。无数据时发送空信元：物理层上，ATM是同步的，在虚电路上是异步的 适配板在物理层上可采用SONET(Syncronous Optical Network同步光纤网)，将信元放入SONET帧的负载域上 优点：和AT/*接收者标识*/ long opco

16、de;/*那种操作：CREATE，READ等*/ long count;/*传送字节数*/ long offset;/*开始读写文件位置*/ long extra1/*附加字段1*/ long extra2;/*附加字段2*/ long result;/*操作结果报告*/ long nameMAX_PATH;/*正操作文件名*/ long dataBUF_SIZE;/*读写数据缓冲区*/ 图2-8客户和服务器所使用的header.h文件,37,客户/服务器模型-客户机和服务器例子,建立服务器：主循环调用receive取得请求消息。第一个参数用来指导呼叫者的地址；第二个参数指出输入报文的消息缓冲区，库程序receive陷入到内核中，挂起服务器直到消息到达。有消息到达时，服务器继续运行并根据操作的类型调度。进程检验输入消息m1，在m2建立应答，返回函数值给result字段。send完成时，服务器返回到循环头，执行receive，等待下一输入消息。 #include void main(void) struct message