《分布式系统》第五章 命名系统及对移动实体的定位.ppt

1,第五章命名系统及对移动实体的定位,第五章命名系统及对移动实体的定位,分布式系统中的每一个资源/实体都要有一个“名字”来标识，我们把这个工作称为命名(naming)。如何为每一类资源确定一个适合的命名空间在一个给定的命名空间里采用何种方式表达名字如何实现从名字到具体资源的地址影射或物理定位,2,第五章命名系统及对移动实体的定位,常见的命名方式,地址可以作为一种特殊的命名方式来代表实体实体:地址1:1或者1:M对应关系可以是静态的，也可以是动态的采用一个标识符作为一个实体的名字标识符与实体必须一一对应在任何时间、任何环境中，一个标识符只能代表同一个实体原文命名(Textualnaming)法名字可以设定为用户熟悉的、便于记忆的字符串与物理地址无关,3,第五章命名系统及对移动实体的定位,命名空间,一个命名空间是由某个特定命名服务系统所能识别的所有合法名字之集合一个命名空间可以由一张有向图来表示。这种有向图含有两类结点：终结点和目录结点，由带有标号的有向边把这些结点连接在一起。当一条有向边指向一个结点时，称其为流入边；而当一条有向边源于某个结点时，则称为流出边一个终结点代表一个命名实体，存放描述该实体的信息、地址或状态如果一个目录结点不存在流入边，则称为根(root)目录结点。一个目录结点代表一个子命名空间，存放流出边的映射图，亦称为目录表,4,第五章命名系统及对移动实体的定位,命名图中的一条路径由一系列有向边的标号构成UNIX绝对路径名:/nfs/server1/u1/book/Chapter5/UNIX相对路径名：book/Chapter5DOS绝对路径名：C:u1bookChapterMacOS相对路径名：u1:book:Chapeter5,目录图例子,5,第五章命名系统及对移动实体的定位,命名空间的其它拓朴结构,全局名:无论出现在何处，总是代表同一个实体（如绝对路径）局部名:对名字的解释取决于名字出现的位置（如相对路径）根:一个命名（子）空间的出发点,6,第五章命名系统及对移动实体的定位,名字与实体之间的耦合关系称为绑定(binding)名字分为两大类：与服务相关的名字以及与属性相关的名字与服务相关的名字绑定到一个具体的服务过程或一个具体的服务资源，如远程过程调用或打印机与属性相关的名字绑定到一个具体的属性描述。例如，用户名就是一个典型的与属性相关的名字，一个用户名绑定到一个具体的用户属性描述，其中包括该用户的口令、主目录地址、访问权限、乃至个人信息名字影射到绑定实体的过程叫做名字解析(nameresolution)名字解析过程含有若干步骤，除了沿着路径寻找实体之外，一个名字还有可能被影射到另一个低层次的命名空间,名字的识别与解析,7,第五章命名系统及对移动实体的定位,一个远程文件名字的解析步骤示意图,网络文件系统NFS:NetworkFileSystem通过NFS名字解析系统，我们得到NFS中定义的服务标识符(ID)以及端口号；再进一步，网络命名空间的解析过程把端口号影射成网络地址，而服务命名空间的解析过程把服务标识符影射成相关的服务器,8,第五章命名系统及对移动实体的定位,安装点及远程服务器,NFS是一个经典性的分布式文件系统，客户可以使用NFS所提供的协议，访问存储在远程NFS服务器上的文件。NFS把网络上的局部文件命名空间合并成一个巨大的分布式文件命名空间，NFS的名字解析系统会自动地把NFS文件名影射到绑定的网络文件,9,第五章命名系统及对移动实体的定位,NFS软件结构,实现NFS客户/服务器之间通信的模型是远程过程调用(RPC)open/close,read/write,rename,setattributes,etc.,10,第五章命名系统及对移动实体的定位,全局命名服务(GNS:GlobalNameService),GNS有一个野心勃勃的目标，即管理任意多的名字并且为任意多的命名管理机构提供服务名字数据库就必须是长存数据库，能够随着网络的演化而扩展，而且保证提供连续可靠的服务当网络命名空间的组织结构发生变化时，GNS必须接纳并消化这种变化GNS所管理的数据库采用目录树形结构，目录结点存放名字和相关值。此外，每个目录结点还被赋予一个唯一的(整数型)目录标识符(DI：DirectoryIdentifier)GNS的名字由两部份组成：，其中第一部份给出目录路径，而第二部份指向一棵值树(valuetree),11,第五章命名系统及对移动实体的定位,GNS组织结构,图中“亚洲”目录的标识符是543。假定“亚洲”和“北美”原来是两个分离命名空间的根目录，我们只需要在其上添加一个新的根目录结点“世界”，并且把“亚洲”和“北美”作为子目录，就形成了一个合并后的新命名空间,美国,12,第五章命名系统及对移动实体的定位,互联网的域名系统(DNS:DomainNameSystem),DNS是目前世界上最大的分布式命名服务系统，主要用来查找主机(如网页或FTP服务器)以及电子信件服务器地址DNS的命名空间采用树形层次结构。从根目录结点出发的一系列标号构成一条(绝对)路径，亦称作域名(DomainName)每一个标号(亦称作域)都是一个字母数字串，其长度不得超过63个字符。一个域名由若干个标号组成，其总长度不得超过256个字符。域名中的标号由点(.)分隔开，最右端的标号为根目录结点流出边标号，依次向左延伸，最左端为到达终结点的标号我们可以把逻辑管理任务划分为三个不相交的层次：全局层(GlobalLayer)，行政层(AdministrationalLayer)，和管理层(ManagerialLayer),13,第五章命名系统及对移动实体的定位,DNS(局部)命名空间的逻辑层次,全局层,14,第五章命名系统及对移动实体的定位,DNS:逻辑层次,全局层:假定一个命名空间只有一个根目录，则全局层由根目录和最靠近根目录的一些结点组成。这些结点一般不会被改动，在命名空间里代表高层组织类型或团体类型。.行政层:行政层所管理的目录结点一般隶属于某一个组织或团体类型之下，每一个子根结点代表某一特定组织，对其下属的结点行使行政管理权管理层:管理层管辖命名空间里最下层、最活跃的结点。这些结点可以是目录结点，如一个局域网的命名空间；也可以是终结点，如某一台工作站或某一个用户。这些结点很不稳定，经常变化,15,第五章命名系统及对移动实体的定位,DNS:名字解析(迭代),16,第五章命名系统及对移动实体的定位,DNS:名字解析(递归),17,第五章命名系统及对移动实体的定位,DNS协议常用资源记录类型,18,第五章命名系统及对移动实体的定位,对移动实体的定位,名字解析进程返回的结果不仅体现“名实相符”，而且保证“实地相符”，即名字/实体/地址三者之间的关系是一致的动态主机配置协议DHCP（DynamicalHostConfigurationProtocol)：新接入到一个局域网的计算机可以动态地申请一个子网范围内的IP地址对移动用户来说，网络IP应该像手机号一样，用一个IP就可以实现全球漫游移动软件代理可以在网络上任意漫游，尽管每一个移动代理都有名字，但它所处的位置(地址)是非确定性的我们不仅面临如何对这类实体命名的问题，还将面临如何对这类实体进行定位的问题,19,第五章命名系统及对移动实体的定位,移动IP技术,1996年，IETF提出移动IP协议标准（草案）:移动IP是一种计算机网络通信协议，它能够保证无论通信设备（计算机）移动到何处，始终采用相同的IP地址，维持处于激活状态的TCP连接，从而确保上层应用的透明移动IP协议中有四种重要概念：移动节点（MobileNode)、本地代理（HomeAgent）、外地代理（ForeignAgent）以及转交地址（Careofaddress），其中前三者为功能实体，而后者是位置信息移动IP协议中的代理发现机制具备两种功能：其一，能够使移动节点检测出它是在本地网络上还是外地网络上；其二，如果在外地网络上，则帮助移动节点寻找一个合适的外地代理。,第五章命名系统及对移动实体的定位,20,移动IP技术,1996年，IETF提出移动IP协议标准（草案）:移动IP是一种计算机网络通信协议，它能够保证无论通信设备（计算机）移动到何处，始终采用相同的IP地址，维持处于激活状态的TCP连接，从而确保上层应用的透明移动IP协议中有四种重要概念：移动节点（MobileNode)、本地代理（HomeAgent）、外地代理（ForeignAgent）以及转交地址（Careofaddress），其中前三者为功能实体，而后者是位置信息移动IP协议中的代理发现机制具备两种功能：其一，能够使移动节点检测出它是在本地网络上还是外地网络上；其二，如果在外地网络上，则帮助移动节点寻找一个合适的外地代理。,21,第五章命名系统及对移动实体的定位,移动代理的定位方法,移动软件代理可以在网络上任意漫游，尽管每一个移动代理都有名字，但它所处的位置(地址)是非确定性的。在某一时刻它位于一台软件代理服务器，稍后的另一瞬间，它可能已经迁移到另一台服务器，更有甚者，它可能正在通信线路上进行着迁移。于是，我们不仅面临如何对这类实体命名的问题，还将面临如何对这类实体进行定位的问题。,22,第五章命名系统及对移动实体的定位,广播通信定位方案,如基于共享总线或基于局域无线网络上的计算机本身就以广播通信为基本通信手段，我们就可以采用“广播”方式在整个命名空间里与移动代理直接对话由于广播通信覆盖整个命名空间，空间里的每一台计算机都必须运行一个局部定位服务进程。一旦该进程接收到广播信件，就检索自身所管辖的实体名字记录，如果发现所需实体，立刻把信件转发给它；否则就对该信件置之不理当网络规模扩大时，广播通信的效率就越来越差。如果一个分布式应用频繁地发出通信请求，这些请求不仅大大增加了网络负载，而且网络上所有的计算机都要忙于应付定位检索服务，而无暇顾及正常的分布式计算,23,第五章命名系统及对移动实体的定位,转交指针是一个迁移的实体在原地留下一个到达新地址的指引元。其优点是简单易行，适用于各种网络结构缺点：如果一个移动软件代理频繁地迁移，它所留下的转交指针就形成一条越来越长的链，与这个软件代理的通信就非常昂贵，因为链中的每一台服务器都要把信件转交到链中下一台服务器，直到链的终点。命名空间里的每一台服务器都要维护一个(庞大的)转交指针数据库，只要它所服务过的软件代理还在命名空间里活跃着，就不能把对应的转交指针记录删除。如果命名空间里的某台服务器发生故障，或者它所管理维护的转交指针记录发生错误，则一些转交指针链就被断开如果一个移动代理不停地迁移，而以它为接收者的信件用相同或稍慢的速度对其追踪，则这封信件永远无法到达,转交指针方案,24,第五章命名系统及对移动实体的定位,基于宿主机的方案,当一个移动软件代理应用程序开始运行时，它所在的那台计算机(服务器)就称为宿主机(宿主服务器)，而且它派生的所有软件代理，无论迁移到何处，都以最先启动应用的那台计算机为宿主机这台宿主机为每一个应用程序管理维护一个数据库，存放所有属于该应用程序的软件代理的当前位置(地址)。每当一个软件代理迁移时，它都必须向宿主机汇报迁移后的新地址。宿主机方案在概念上已经不属于分布式模型，而是一种以应用为基本单位的中央管理机制。其优点是简单。本来点对点的通信变成一种“中介”通信，即每一封信件都必须通过宿主机中转，于是增加了额外的通信开销。不能保证宿主机里的地址记录提供实时准确位置。当宿主机查询到某个移动代理的地址并开始转发信件时，那个移动代理可能已经迁移到另一台服务器，而它向宿主机汇报新地址的信件正在途中。,25,第五章命名系统及对移动实体的定位,基于宿主机/转交指针的综合方案,以转交指针为主，而以宿主机为后援，构