Windows操作系统-计算机网络管理.ppt

第七章计算机网络管理 1 计算机网络技术基础2 Windows网络体系结构3 NDIS简介4 WinSock程序设计 计算机网络技术是计算机技术与通讯技术的结合 计算机网络就是将不同地理位置的多个计算机系统通过一定的通讯设备和通讯线路相互连接 在网络应用软件的支持下实现数据通讯和资源共享的计算机系统 计算机网络通常可以分为两类 局域网和广域网 1 计算机网络技术基础 局域网 局域网是一种小范围的专用网络 一般范围不超过几公里 计算机需要特殊的I O接口设备连接到局域网中 这一设备被称为网络适配器 NetworkAdapter 或者网络接口卡 NetworkInterfaceCard 应用最为广泛的局域网技术 Ethernet 以太网 局域网 70年代由Xerox公司联合DEC和Intel提出 后经IEEE标准化成为国际标准IEEE802 3介质访问控制机制采用CSMA CD CarrierSenseMultipleAccess withCollisionDetection 现代的操作系统均支持以太网协议 广域网 广域网是一种大范围连接大量计算机的网络技术 广域网通讯线路一般都是由电信公司建设 Internet是目前最大的全球性广域网 OSI参考模型 正如人们使用双方共同的语言才能进行交流一样 计算机网络中通信双方也必须采用相同的协议才能进行通信 所谓协议 就是当计算机连成网络时 规范它们之间通信和交互作用的规则和技术过程 为了便于处理通信中的层次问题 国际标准化组织 ISO 开发了一个参考模型 称为开放系统互连 OSI OpenSystemsInterconnection 参考模型开放一词的含义是 只要遵循OSI标准 一个系统可以和位于世界上任何地方的 也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接 在OSI参考模型中 每一层的功能是向上层提供服务 而对下层的实现进行抽象 OSI参考模型 网络传输实际上是通过客户机的每一层往下传 然后在目标机上逐层上传直到相应的一层能够理解并应答客户机的请求 应用层处理两个网络应用程序之间的信息传输 表示层负责所传输消息的语法和语义的分析 处理数据的格式化 会话层管理相互协作的应用程序之间的连接 传输层从会话层接受数据 传递给网络层 并确保到达对方的信息正确无误 网络层负责建立分组头 处理路由 拥塞控制 以及网络互连 数据链路层 DLL 发送和接收帧 物理层负责传送比特流 OSI参考模型 OSI参考模型的数据传输 应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层 应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层 进程A 进程B 机器 机器 实际数据传输路径 应用协议表示协议会话协议传输协议网络协议 AH数据 PH数据 数据 SH数据 TH数据 NH数据 DH数据DT Bits OSI参考模型是一种理想化的方案 很少系统完全实现了这一模型 然而 OSI参考模型为示范网络的功能结构提供了可行的机制 两台机器在相同的层次上 使用同一种语言 协议 对话 OSI参考模型 TCP IP协议概述 TCP IP协议是Internet的技术基础Internet是一个广域网 是目前联通世界上绝大多数国家和地区的全球性信息系统 在Internet上 可以实现低成本 高速率 交互式的信息查询 信息发布 通讯联络以及协同作业等等现代化的工作 学习和生活 TCP IP协议概述 互联网络层网际协议 IP InternetProtocol 网际协议是无连接的分组交换协议 承担寻址和路由选择的任务地址解析协议 ARP AddressResolutionProtocol ARP协议负责由IP地址到硬件地址 MAC地址 的转换 反向地址解析协议 RARP ReverseAddressResolutionProtocol 与ARP协议相反 RARP协议完成由硬件地址到IP地址的转换 TCP IP协议概述 传输层传输控制协议 TCP面向连接的数据传输 TCP负责可靠的面向连接的数据传输用户数据报协议 UDP面向无连接的数据传输 负责端到端的数据传输 不需要建立连接 TCP IP协议概述 2 Windows网络体系结构 网络API为应用程序提供一种独立于协议的方式用于网络通信 网络API通常以用户态动态连接库 DLL 的形式提供给用户 命名管道 NamedPipe 和邮件槽 Mailslot Windows套接字 WinSock NetBIOS远程过程调用 RPC 通用互连网络文件系统 CIFS 命名管道 NamedPipe 服务器 创建命名管道CreateNamedPipe建立连接ConnectNamedPipe使用命名管道ReadFileWriteFile 客户 连接服务CreateFileCallNamedPipe使用命名管道ReadFileWriteFile 邮件槽 Mailslot 服务器 创建邮件槽CreateMailslot使用邮件槽ReadFile 客户 连接服务CreateFile使用邮件槽WriteFile 命名管道和邮件槽的实现 Windows套接字 Winsock 服务器 socketbindlistenacceptread recvwrite sendclosesocket 客户 socketconnectwrite sendread recvclosesocket Winsock的实现 远程过程调用 RPC 一般过程调用将参数压栈将返回地址压栈转向read 函数执行 将参数放入寄存器陷入内核进行处理将返回值放入寄存器从栈中取出返回地址从原断点继续执行 远程过程调用将参数压栈将返回地址压栈客户stub将参数打成信包 交内核将消息发送到服务器调用receive等待应答服务器收到消息内核将消息传给服务器stub服务器stub拆开信包 取出参数调用服务器过程服务器进行处理返回结果给服务器stub将结果打成信包 交内核将消息发送回客户内核收到消息 交客户stub客户stub将结果返回主程序从原断点继续执行 Count read fd buf nbytes RPC的实现 通用互连网络文件系统 CIFS 通用互联网文件系统 CIFS 是Windows用于互联网文件共享的协议 应用程序通过标准的Win32文件I O函数可以访问远程文件 CIFS的实现 传输驱动程序接口 TDI 客户 是核心态的驱动程序 通常实现了网络API的核心态部分 TDI客户根据Windows传输驱动程序接口标准格式化I O请求包 IRP 发送至协议驱动程序 TDI传输提供者 TDItransportProvider 又称为TDI传送器 NDIS协议驱动程序 以及协议驱动程序 是工作在核心态的协议驱动程序 他们接收从TDI客户传来的IRP 然后处理这些IRP中的请求 TDI传送器根据不同的协议 例如TCP UDP IPX 将协议头加入IRP的数据中 协议驱动程序 网络API驱动程序接受API请求 把它们转换为底层网络协议的传输请求 API驱动程序依赖核心态的传输协议驱动程序进行实际的转换 API和下层的网络协议是分开的 使得整个网络体系结构十分灵活 它允许每个API使用不同的网络协议 协议驱动程序 协议种种 DLC协议 一种相对原始的协议 IBM的一些大型机和HP的一些网络打印机使用这一协议 NetBEUI NetBIOSExtendedUserInterface 协议 它和NetBIOS紧密集成在一起TCP IP协议 有适于WAN的特征和在WAN上较好的性能 TCP IP协议是Windows优先使用协议 NWLink协议 由Novell的IPX协议和SPX协议组成的 为适配驱动程序提供了封装 隐藏了Windows2000核心态环境下的具体细节 NDIS库为适配驱动程序提供支持函数 而且也为TDI传送器的使用提供了函数接口 NDIS库 网络驱动程序接口规范 NDIS 允许协议驱动程序以设备无关的方式和网络适配器驱动程序通信 遵守NDIS的网络适配器驱动程序被称为NDIS小型端口驱动程序 NDIS小型端口驱动程序是工作在核心态的驱动程序 它负责将TDI传送器接入至特定的网络适配器 NDIS小型端口驱动程序与网络适配器通信时使用NDIS库函数 这些函数被映射到硬件抽象层 HAL 的函数 3 NDIS简介 Microsoft网络驱动程序接口规范 NDIS 的设计目的是通过将不同的协议从网络接口卡上拆除 使得用户可以访问不同的协议 在设计过程中 协议并不需要了解关于网络卡的任何信息 NDIS程序库 NDIS sys 提供了一个面向NIC驱动程序的完全抽象的接口 网卡驱动程序与协议层驱动程序及操作系统通过这个接口进行通信 目前最新的NDIS是5 1版本 Windows2K及以后版本的NDIS是5 0 NDIS支持三种类型的网络驱动程序 小端口驱动程序 中间驱动程序和协议驱动程序 NDIS简介 NDIS小端口驱动程序一个NDIS小端口驱动程序 也称为一个小端口NIC驱动程序 有两种基本功能 管理一个网络接口卡 NIC 包括通过NIC发送和接收数据与高级驱动程序接口 例如和中间驱动程序和传输协议驱动程序 NDIS库导出了一组函数 NdisXXX函数 这些函数封装了所有的操作系统功能由小端口驱动程序调用小端口驱动程序必须导出一组函数入口点 MiniportXxx函数 由NDIS调用 NDIS小端口驱动程序 小端口驱动程序与NDIS以及高层驱动程序间的交互 发送传输驱动程序调用一个NdisXxx函数 NDIS通过调用适当的MiniportXxx函数将数据包传送给小端口驱动程序 小端口驱动程序通过调用适当的NdisXxx函数将数据包转发给NIC NDIS小端口驱动程序 小端口驱动程序与NDIS以及高层驱动程序间的交互 接收NIC发出一个硬件中断 NDIS调用MiniportXxx函数小端口驱动程序从NIC接收数据 然后通过调用NdisXxx函数向绑定的上层驱动程序表明接收的数据包的存在 NDIS小端口驱动程序 NDIS中间驱动程序中间驱动程序是那种典型的处于小端口驱动程序和传输协议驱动程序之间的驱动程序 由于它处于驱动程序层级的中间位置 所以中间驱动程序必须和上面的协议驱动程序和下面的小端口驱动程序都通讯 在其下边界 导出协议入口点 ProtocolXxx函数 在其上边界 导出小端口入口点 MiniportXxx函数 协议驱动程序 协议驱动程序位于NDIS驱动程序的最高层 它通过中间驱动程序或直接与小端口驱动程序打交道 并向下导出一组ProtocolXxx函数 通常在实现传输协议栈 例如TCP IP IPX 的传输驱动程序中作为最低层在上边界 协议驱动程序与协议栈中的高层驱动程序的接口是私有的 协议驱动程序通过NDIS完成向小端口驱动程序或中间驱动程序的绑定 并使用它们收发网络数据包 NDIS简介 WinSock程序设计 什么是socketSocket是网络上运行的程序之间双向通信链路的最后终结点 IP与端口的组合得出一个套接字 可以完全分辨internet上运行的程序 端口号 TCP IP协议为每种服务定义了一个端口 当一台计算机上运行不同服务器程序时 根据端口号不同提供相应的服务 端口号不是计算机上的物理连接器 它只是具有软件意义的假想端口 WinSock程序设计 应 用 程 序 1 应 用 程 序 2 网 络 编 程 界 面 例 如 W i n d o ws S o c k e t s 网 络 通 讯 协 议 服 务 界 面 例 如 T C P I P 物 理 通 讯 介 质 操 作 系 统 例 如 Windows 应 用 程 序 与WinSock的 关 系 WinSock程序设计 服 务 器 s o c k e t b i n d r e a d f r o m s e n d t o 阻 塞 等 待 客 户 数 据 处 理 服 务 请 求 s o c k e t b i n d s e n d t o r e a d f