分布式与并行计算的网络方面：API与协议解析

### 分布式与并行计算的网络方面：API 与协议解析 在分布式与并行计算的网络领域，有诸多关键概念和技术值得深入探讨，包括特定的路由设备、多协议传输方法以及各类网络应用编程接口（API）。下面我们将详细了解这些内容。 #### 1. 路由相关概念 在 IP 数据包的路由路径中，存在两类重要的路由器： - **特定路由器**：沿着 IP 数据包路由路径的第一个路由器，其下一跳可通过该特定路由器的非广播多路访问（NBMA）接口到达。 - **策略路由器**：NBMA 网络内的一种路由器，IP 数据包必须经过它进行传输。 #### 2. 多协议 ATM（MPOA） ATM 论坛的多协议 ATM（MPOA）子工作组正在开发一种方法，以支持第 3 层协议（如 IP 和 IPX）在 ATM 网络中进行无缝传输。MPOA 在第 2 层和第 3 层运行，它将利用 ATM 论坛的局域网仿真（LANE）进行第 2 层转发。可以说，MPOA 是 LANE 的进一步发展。LANE 主要是通过 ATM 将单个传统局域网子网连接在一起，而 MPOA 更进一步，允许不同子网中的主机之间直接进行 ATM 连接。 MPOA 的架构由边缘设备和路由服务器组成： - **边缘设备**：不一定是用户设备，它负责在局域网和 ATM 网络之间转发数据包，并在需要时建立 ATM 连接，但不直接参与路由。当遇到未知主机地址时，边缘设备会向路由服务器查询。 - **路由服务器**：能够将主机地址映射为边缘设备在 ATM 网络上建立连接所需的信息，包括 ATM 网络的最佳出口点的第 3 层地址和该出口点的 ATM 地址。在边缘设备建立自己的 ATM 虚拟电路时，路由服务器还可以代表边缘设备将数据包转发到出口点。 #### 3. 网络 API 概述 即使是经验丰富的应用程序开发人员，也不喜欢使用底层编程技术深入研究网络接口。这就是应用程序编程接口（API）的作用所在，它将网络的复杂性隐藏在应用层之下。API 可以在网络栈的不同层边界找到。终端用户应用程序和应用程序开发工具通常只访问网络栈顶部的 API，而中间件、操作系统、网络协议和其他网络层也使用 API 来隔离下层的复杂性。 #### 4. ATM API 传统的 API（如 BSD 套接字或 Microsoft WINSOCK）在设计时并未考虑 ATM 的信令和服务质量。因此，习惯使用这些 API 的开发人员在编写新应用程序时，不太愿意处理这些 ATM 特定的问题。于是，有人提出了构建一种无需网络层协议的 API 的概念，这种 API 可以在数据链路层直接访问 ATM，因为所有的寻址和信令功能都在该层执行。目前有两个这样的 API 示例：FORE API 和 WINSOCK 2 API。 ##### 4.1 FORE 系统 API FORE 系统的用户级 ATM 库例程为 ATM 数据链路层提供了一个可移植的接口。它是一个基于 ATM 适配层的编程接口，允许软件设计师在不使用 TCP/IP 协议栈和套接字层缓冲机制的情况下创建应用程序。SunOS 和 IRIX 平台的库例程基于 STREAMS。 ATM 库提供了一个面向连接的客户端 - 服务器模型。在数据传输之前，必须在客户端和服务器之间建立连接。连接建立后，网络会尽力将 ATM 信元传输到目的地，但信元可能会根据剩余的网络资源而被丢弃。端到端的流量控制和重传由应用程序负责。 以下是 FORE 系统 ATM API 的主要函数： | 函数名 | 功能 | | ---- | ---- | | atm_open() | 打开一个 ATM 连接端点并获取 ATM 连接信息 | | atm_bind() | 将一个 ASAP 绑定到 ATM 端点 | | atm_connect() | 与另一个 ATM 端点建立连接 | | atm_accept() | 接受一个待处理的连接请求 | | atm_listen() | 监听 ATM 连接请求 | | atm_close() | 关闭与 ATM 端点的连接 | | atm_gethostbyname() | 获取主机名对应的 ATM 地址 | | atm_recv()、atm_recvfrom()、atm_recv_null() | 从已建立的 ATM 连接接收数据 | | atm_send()、atm_sendto()、atm_send_null() | 通过已建立的 ATM 连接发送数据 | 以下是一个使用 FORE 系统 ATM API 的简单回声服务服务器和客户端示例程序： **回声服务服务器程序** ```c #include <stdio.h> #include <sys/file.h> #include <sys/fcntl.h> #include <fore/types.h> #include <fore_atm/fore_atm_user.h> #define SERVER_SAP 4096 main(argc, argv) { int argc; char *argv[]; int fd, i, mtu, qlen, conn_id; u_int switchid, portid; Atm_info info; Atm_endpoint calling; Atm_qos qos; Atm_sap ssap; Aal_type aal; Atm_dataflow dataflow = duplex; char *device_name; char *tbuf, *rbuf; if (argc < 2) { fprintf(stderr, "Usage: Yes device [server-sap]\n", argv[0]); exit(1); } device_name = (char *) malloc(strlen("/dev/") + strlen(argv[1]) + 1); sprintf(device_name, "/dev/%s", argv[1]); if ((fd = atm_open(device_name, O_RDWR, &info)) < 0) { perror("atm_open"); exit(1); } mtu = info.mtu; /* Max packet size */ rbuf = (char *) malloc(mtu); ssap = (argc == 3) ? atoi(argv[2]) : SERVER_SAP; qlen = 1; /* non zero value for server */ if (atm_bind(fd, ssap, &ssap, qlen) < 0) { atm_error("atm_bind"); exit(1); } printf("SAP assigned=%d\n", ssap); if (atm_listen(fd, &conn_id, &calling, &qos, &aal) < 0) { atm_error("atm_connect"); exit(1); } GET_SWITCH(switchid, calling.nsap); GET_PORT(portid, calling.nsap); printf("calling switch=%x, port=%d, sap=%d, aal=%d\n", switchid, portid, calling.asap, aal); printf("qos target peak=%d, mean=%d, burst=%d\n", qos.peak_bandwidth.target, qos.mean_bandwidth.target, qos.mean_burst.target); printf("qos minimum peak=%d, mean=%d, burst=%d\n", qos.peak_bandwidth.minimum, qos.mean_bandwidth.minimum, qos.mean_burst.minimum); printf("connect conn_id=%d\n", conn_id); qos.peak_bandwidth.target = 0; /* kbit/sec */ qos.peak_bandwidth.minimum = 0; /* kbit/sec */ qos.mean_bandwidth.target = 128; /* kbit/sec */ qos.mean_bandwidth.minimum = 64; /* kbit/sec */ qos.mean_burst.target = 2; /* 2 kbit packet length */ qos.mean_burst.minimum = 1; /* 1 kbit packet length */ if (atm_accept(fd, fd, conn_id, &qos, dataflow) < 0) { atm_error("atm_accept"); exit(1); } i = 0; while (1) { if (atm_recv(fd, rbuf, mtu) < 0) { atm_error("atm_recv"); break; } i += (strlen(rbuf) + 1); printf("RECIVED: %s \n ", rbuf); if (dataflow == duplex) { if (atm_send(fd, rbuf, strlen(rbuf)+1) < 0) { atm_error("atm_send"); break; } printf("SENT: %s\n", rbuf); } break; } printf("Recived %d bytes of data.\n", i); sleep(1); return(0); } ``` **回声客户端服务程序** ```c #include <stdio.h> #include <sys/file.h> #include <sys/fcntl.h> #include <fore/types.h> #include <fore_atm/fore_atm_user.h> #include <sys/signal.h> #define SERVER_SAP 4096 int fd, /* file descriptor */ i; /* number of sent bytes */ void terminate(void) { printf("\nSent %d bytes of data.\n", i); sleep(1); close(fd); signal(SIGINT, SIG_DFL); exit(0); } main(argc, argv) { int argc; char *argv []; int j, mtu, qlen; Atm_info info; Atm_endpoint dst; Atm_qos qos; Atm_qos_sel qos_selected; Atm_sap ssap; Aal_type aal = aal_type_4; Atm_dataflow dataflow = duplex; char *device_name; char *tbuf, *rbuf; if (argc < 3) { fprintf(stderr, "Usage: %s device server-hostname [server-sap]\n", argv[0]); exit(1); } device_name = (char *) malloc(strlen("/dev/") + strlen(argv[1]) + 1); sprintf(device_name, "/dev/%s", argv[1]); if ((fd = atm_open(device_name, O_RDWR, &info)) < 0) { perror("atm_open"); exit(1); } mtu = info.mtu; /* Max packet size */ tbuf = (char *) malloc(mtu); rbuf = (char *) malloc(mtu); ssap = 0; qlen = 0; if (atm_bind(fd, ssap, &ssap, qlen) < 0) { atm_error("atm_bind"); exit(1); } printf("SA ```