Протокол RPC и его реализации
Впервые пакет RPC был реализован компанией Sun Microsystems в 1984 г. в рамках ее продукта NFS (Network File System - сетевая файловая система). Пакет был тщательно специфицирован с тем, чтобы пользовательский интерфейс и его функции не были зависимыми от применяемого транспортного механизма.
Заметим, что в настоящее время Sun распространяет два варианта пакета - бесплатный (Public Domain), основанный на использовании программных гнезд, и коммерческий, базирующийся на механизме потоков (на самом деле, на интерфейсе TLI). В обоих случаях пакет реализуется как набор библиотечных функций. Например, в случае использования коммерческого варианта RPC в среде System V программы должны компоноваться с библиотекой /usr/lib/librpcsvc.a. Специальные системные вызовы для реализации RPC не поддерживаются.
Протокол XDR
Независимость от конкретного машинного представления данных обеспечивается отдельно специфицированным протоколом XDR (External Data Representation - внешнее представление данных). Этот протокол определяет стандартный способ представления данных, скрывающий такие машинно-зависимые свойства как порядок байтов в слове, требования к выравниванию начального адреса структуры, представление стандартных типов данных и т.д. По существу, XDR реализуется как независимый пакет, который используется не только в RPC, но и в других продуктах (например, в NFS).
4.1.2. Стек протоколов TCP/IP как основа RPC
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) представляет собой семейство протоколов, основным назначением которых является обеспечение возможности полезного сосуществования компьютерных сетей, основанных на разных технологиях. В 1969г. Агентство перспективных исследовательских проектов министерства обороны США (DARPA - Department of Defense Advanced Research Project Agency) поддержало и финансировало проект, посвященный поиску общей основы связи сетей с разной технологией. В результате выполнения этого проекта была образована единая виртуальная сеть, получившая название Internet.
В Internet для связи независимых сетей (или доменов) используется набор шлюзов. Каждый индивидуальный узел сети (Host) идентифицируется уникальным адресом, называемым адресом в Internet.
Для разрешения проблемы различий в форматах кадров, используемых в разных сетях, был определен универсальный формат пакета данных, называемого IP-дейтаграммой (Internet Protocol Datagram), состоящего из заголовка и порции данных и поэтому похожего на обычный сетевой кадр. Однако порция данных IP-дейтаграммы сама содержится внутри сетевого кадра, т.е. IP-дейтаграмма погружается в сетевой кадр конкретного формата и поэтому может передаваться в разных сетях, входящих в Internet. Все узлы, шлюзы и сети Internet должны быть в состоянии понимать IP-дейтаграммы.
Узлы, взаимодействующие в Internet, не устанавливают между собой физические соединения для целей индивидуального взаимодействия. Поэтому дейтаграммы не обрабатываются в каком-либо конкретном порядке. Напротив, каждая дейтаграмма обрабатывается независимо от других, что позволяет эффективно разделять ресурсы для всего множества (логически) связанных узлов. Но это, к сожалению, означает, что сервис, предоставляемый Internet, не является надежным, поскольку не гарантирует доставку пакетов в нужном порядке, отсутствие потерь дейтаграмм или отсутствие их дублирования.
Эту проблему решает протокол TCP (Transmission Control Protocol), обеспечивающий надежную доставку сообщений за счет подтверждений доставки дейтаграмм и их повторной передачи в случае надобности. Если узел, посылающий дейтаграмму, не получает подтверждение о ее доставке в течение установленного промежутка времени, то считается, что дейтаграмма не доставлена, и она посылается повторно.
Полное семейство протоколов, основанных на использовании IP-дейтаграмм, называется TCP/IP. Наиболее важными и базисными протоколами этого семейства (или стека, как его часто называют) являются кратко описанные выше протоколы IP и TCP. Мы не будем описывать остальные протоколы семейства TCP/IP. Для определенности все они перечислены в таблице 4.1. Большая часть коммуникационных средств ОС UNIX основывается на использовании протоколов стека TCP/IP.
Таблица 4.1.Семейство протоколов TCP/IP
| Название протокола | Описание протокола |
| TCP | Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol) |
| UDP | Протокол пользовательских дейтаграмм (User Datagram Protocol) |
| ARP | Протокол разрешения адресов (Address Resolution Protocol) |
| RARP | Протокол обратного разрешения адресов (Reverse Address Resolution Protocol) |
| IP | Протокол Internet (Internet Protocol) |
| ICMP | Протокол управляющих сообщений Internet (Internet Control Message Protocol) |
| FTP | Протокол пересылки файлов (File Transfer Protocol) |
| TFTP | Простой протокол пересылки файлов (Trivial File Transfer Protocol) |
В наиболее стандартной на сегодняшний день реализации UNIX System V Release 4 протокол TCP/IP реализован как набор специализированных потоковых модулей плюс дополнительный компонент TLI (Transport Level Interface - Интерфейс транспортного уровня). TLI является интерфейсом между прикладной программой и транспортным механизмом. Приложение, пользующееся интерфейсом TLI, получает возможность использовать TCP/IP.
Интерфейс TLI основан на использовании классической семиуровневой модели ISO/OSI, которая разделяет сетевые функции на семь областей, или уровней. Цель модели в обеспечении стандарта сетевой связи компьютеров независимо от производителя аппаратуры компьютеров и/или сети. Семь уровней модели можно кратко описать следующим образом:
- Уровень 1: Физический уровень (Physical Level) - среда передачи (например, Ethernet). Уровень отвечает за передачу неструктурированных данных по сети.
- Уровень 2: Канальный уровень (Data Link Layer) - уровень драйвера устройства, называемый также уровнем ARP/RARP в TCP/IP. Этот уровень, в частности, отвечает за преобразование данных при исправлении ошибок, происходящих на физическом уровне.
- Уровень 3: Сетевой уровень (Network Level) - отвечает за выполнение промежуточных сетевых функций, таких как поиск коммуникационного маршрута при отсутствии возможности прямой связи между узлом-отправителем и узлом-получателем. В TCP/IP этот уровень соответствует протоколам IP и ICMP.
- Уровень 4: Транспортный уровень (Transport Level) - уровень протоколов TCP/IP или UDP/IP семейства протоколов TCP/IP. Уровень отвечает за разборку сообщения на фрагменты (пакеты) при передаче и за сборку полного сообщения из пакетов при приеме таким образом, что на более старших уровнях модели эти процедуры вообще незаметны. Кроме того, на этом уровне выполняется посылка и обработка подтверждений и, при необходимости, повторная передача.
- Уровень 5: Уровень сессий (Session Layer) - отвечает за управление переговорами взаимодействующих транспортных уровней. В NFS этот уровень используется для реализации механизма вызовов удаленных процедур.
- Уровень 6: Уровень представлений (Presentation Layer) - отвечает за управление представлением информации. В NFS на этом уровне реализуется механизм внешнего представления данных (XDR - External Data Representation), машинно-независимого представления, понятного для всех компьютеров, входящих в сеть.
- Уровень 7: Уровень приложений - интерфейс с такими сетевыми приложениями как telnet, rlogin, mail и т.д.
Интерфейс TLI соответствует трем старшим уровням этой модели (с пятого по седьмой) и позволяет прикладному процессу пользоваться сервисами сети без необходимости знать о деталях транспортного и более низких уровней. В System V Release 4 TLI реализован на основе механизма потоков. Для доступа используются не специальные системные вызовы, а функции библиотеки /usr/lib/libnsl_s.a.
4.1.3. Развитие идей RPC (пакет ONC+ компании Sun Microsystems)
В классическом протоколе (и его реализациях) RPC присутствует один недостаток, присущий процедурным методам взаимодействия вообще. Этот недостаток состоит в поддержании исключительно синхронного способа взаимодействия с удаленной процедурой. Другими словами, хотя процесс-клиент является независимым и мог бы произвести полезные действия на фоне выполнения удаленной процедуры, он не может этого сделать в силу ограниченности протокола.
Соответствующие расширения появились в пакете ONC+ компании Sun Microsystems. Основная идея расширений состоит в том, что нецелесообразно обязательно заставлять клиента ожидать поступления результатов удаленной процедуры до тех пор, пока они ему действительно не понадобятся. Вызов удаленной процедуры становится асинхронным с синхронизацией в точке получения результатов. Заметим, что хотя асинхронный вызов удаленных процедур потенциально обеспечивает большую эффективность взаимодействия клиента и сервера, эта возможность усложняет программирование, заставляя явно использовать средства синхронизации независимых процессов.
Следует сделать еще одно замечание, состоящее в том, что аналогичный механизм асинхронного вызова удаленных процедур используется в протоколе межброкерных взаимодействий CORBA-2.
4.2. Серверы баз данных как базовая системная поддержка информационной системы в архитектуре "клиент-сервер"
Термин "сервер баз данных" обычно используют для обозначения всей СУБД, основанной на архитектуре "клиент-сервер", включая и серверную, и клиентскую части. Такие системы предназначены для хранения и обеспечения доступа к базам данных.
Хотя обычно одна база данных целиком хранится в одном узле сети и поддерживается одним сервером, серверы баз данных представляют собой простое и дешевое приближение к распределенным базам данных, поскольку общая база данных доступна для всех пользователей локальной сети.