Что такое IPX и как его использовать в своих целях

В данной статье приводится
краткое описание программы симметричного обмена
информацией - IPX, входящей в состав сетевых
операционных систем семейства NetWare фирмы Novell.
Приводятся простейшие примеры использования
программного интерфейса IPX в пользовательских
программах.

1. Подробнее об известном

Если Вы когда-нибудь
устанавливали или хотя бы достаточно осмысленно
использовали сеть NetWare (известную у наших
программистов в основном как Novell - по имени
потерпевшего), то знаете, что на каждой рабочей
станции для использования сети надо запустить
так называемую оболочку (Shell), состоящую из двух
резидентных (TSR) программ, называемых IPX и NETx (где x
- номер версии MS-DOS). Кроме того, можно запустить
еще эмулятор всем известного сетевого протокола
сеансового уровня - NetBIOS. Впрочем последнее нужно
сейчас уже только для отечественных разработок,
почти все фирменные уже давно в NetBIOS не нуждаются.

Для чего же нужны IPX и NETx? В
самом грубом приближении можно сказать, что NETx
передает серверу все обращения программ к
удаленному диску, а IPX служит драйвером сетевого
адаптера. Но это не все. Для того чтобы понять все,
что делает IPX, вспомним, как структурируются
функции технического (Hardware) и программного (Software)
сетевого обеспечения. В большинстве случаев при
разработке сетей используется стандартная
модель OSI. OSI - это международный стандарт, который
отражает представления Международного
Института Стандартов о том, как должна
осуществляться связь между компьютерными
системами. В этой модели функции сетевого
обеспечения разбиваются на семь групп - уровней.
При этом чем выше уровень, тем более далекие от
техники и близкие к пользователю функции собраны
в нем. Для того чтобы описать функции каждого
уровня, а заодно и объяснить, что делает IPX,
позволю себе воспользоваться длинной цитатой из
профессиональной документации фирмы Novell.

Nota bene

Уровень 1 - физический уровень.
Этот слой имеет дело с типами аппаратуры (hardware),
используемой для передачи  сообщений и данных
между станциями. (Световоды, витые пары,
коаксиальные кабели, мультиплексоры и т.д.). 

Уровень 2 - передачи данных.
Этот уровень имеет дело с такими вещами, как
битовые шаблоны, маркеры, обнаружение ошибок при
передаче по кабелю между станциями. Например, token
ring и CSMA/CD (Ethernet) -  это два стандартных метода,
применяемых для реализации уровня передачи
данных.

Уровень 3 - сетевой уровень.
Этот уровень решает задачи адресации и доставки
коммуникационных пакетов по сети. Примерами
протоколов этого уровня являются XNS IDP, IPX и TCP/IP.

Уровень 4 - транспортный
уровень. Задачей транспортного уровня является
обеспечение доставки информации с сетевого
уровня в правильном порядке без повторений.
Например, приложения NetWare имеют доступ к SPX для
выполнения функций данного уровня OSI.

Уровень 5 - сеансовый уровень.
Этот уровень предназначается для создания связи
между компьютерами, установки именования и
адресации. В системе NetWare задачи этого уровня
выполняет ответчик (NETx) или эмулятор NETBIOS.

Уровень 6 - представительский.
Этот уровень транслирует данные, передаваемые по
сети во внутренние данные компьютера и обратно.
Например, этот уровень переводит закодированные
данные или данные с различным порядком байтов в
родной цифровой формат машины. В NetWare этот
уровень реализуется совместно ответчиком и DOS.

Уровень 7 - прикладной. Этот
уровень является интерфейсом между сетью и
прикладным матобеспечением,
запускаемым на компьютере. Он в NetWare так же
осуществляется при взаимодействии ответчика и
DOS.

Так вот, программа IPX реализует
протоколы сетевого уровня (IPX) и транспортного
уровня (SPX) (о чем честно и сообщает при старте).

В соответствии с моделью ISO
каждый последующий уровень зависит только от
одного предшествующего. Поэтому, в частности, при
изменении технического обеспечения (на которое
возлагаются функции первых двух уровней) надо
изменять только программу IPX, но не NETx, которая
участвует в реализации уровней, начиная с
сеансового, и поэтому имеет право использовать
только возможности IPX и SPX, но не сетевого
оборудования.

Точно так же и Вы можете
использовать IPX для написания своих сетевых
программ, не зависящих от того, какие сетевые
адаптеры будут использоваться. Более того, Ваша
программа будет пригодна практически для всех
сетей, так как очень редко можно встретить
сетевую плату, для которой не было бы драйвера
NetWare (по крайней мере 2.1x).

2. Почему IPX, а не NETBIOS?

Некоторые программисты в нашей
стране и сейчас пишут свои приложения для сетей
NetWare, но используют для этого более известный
сетевой протокол - NETBIOS. Лет 5 назад это было
правильно, так как стандарт, принятый фирмой Novell -
протокол IPX - не был общепринятым, а стандарт NETBIOS
уже тогда поддерживался всеми серьезными
разработчиками сетей. Но сейчас использование
NETBIOS ведет только к снижению быстродействия и к
потере свободной памяти при работе в NetWare (как
говорилось выше, NETBIOS загружается на рабочей
станции NetWare дополнительно к сетевой оболочке).
Кроме того, при использовании эмулятора NETBIOS NetWare
(по крайней мере версий 2.1x) возникают
неприятности при одновременном обращении к нему
нескольких параллельных процессов (TSR, процессов
Модулы-2). И наконец, еще один аргумент в пользу IPX.
В отличие от NETBIOS, IPX используется не только на
рабочих станциях сети. Вызовы IPX и SPX один к одному
проходят также и на сервере и на мосте, и вообще
на любом узле сети NetWare. Значит, если Вы
допускаете возможность перевода впоследствии
Вашего приложения в задачу ( VAP или загружаемый
модуль), выполняемую на сервере, то всегда
целесообразно использовать вызовы IPX и SPX.

В большинстве случаев
использование NETBIOS обусловлено тем, что его
протокол более известен. Далее я собираюсь
изложить протокол IPX, а в следующей статье и SPX с
достаточной подробностью, чтобы уважаемые
читатели могли пользоваться этими протоколами
при программировании.

3. IPX. Принципы обмена
информацией

В этом пункте я собираюсь в
общих чертах описать протокол IPX, который
подробно будет описан в дальнейшем. Как Вы
увидите, протокол IPX и используемые в нем
структуры имеют определенную избыточность, в
некоторых случаях неудобную. Это объясняется
тем, что IPX (протокол, а не программа)
первоначально предназначался для несколько
других сетей. Он был разработан фирмой Xerox, и
затем стал применяться фирмой Novell как основной
протокол системы NetWare. При этом для соблюдения
преемственности было сохранено и то, что в сетях
NetWare не нужно.

IPX предназначен для передачи
коротких сообщений (пакетов) от одного процесса к
другому. При этом для пользователя почти никогда
не имеет значения, на одном компьютере
выполняются эти процессы или на разных (разница
только в некоторых кодах завершения).

Пакет имеет длину не более 576
байтов. Величина, прямо скажем, несколько
странная. Во всяком случае, она не соответствует,
насколько я знаю, длине физически пересылаемого
пакета ни для одного сетевого адаптера. Для сетей
ArcNet, например, максимальная длина передаваемого
за один раз физического пакета равна 512 байтам.
Поэтому максимальный "пакет" IPX на самом
деле передается по сети как два физических
пакета. Но пользователю до этого нет дела (если,
конечно, не учитывать потери скорости).

Каждый пакет IPX начинается со
служебной информации - заголовка (header),
состоящего из 30 байтов при использовании
протокола IPX, или 42 байтов при использовании
протокола SPX. Структура заголовка IPX приведена в
справочном приложении в конце статьи полными
объяснениями всех полей.

Пакет, пересылаемый программой
IPX, может располагаться в памяти передающей
машины не обязательно непрерывно. Можно
разделить его на несколько кусков (общая длина,
конечно, не должна превосходить знаменитых 576
байтов). Так же и буфер приема может быть разбит
на несколько частей. На практике удобно
разбивать пакет на две части: в одной хранить
заголовок пакета, а в другой - полезную (для
Вашего
приложения) информацию. Более сложные приложения
могут иметь собственную служебную информацию
для каждого пакета. В этом случае ее тоже может
оказаться полезным хранить отдельно.

Как уже говорилось, передача в
IPX происходит не от машины к машине, а от процесса
к процессу. При этом на одном компьютере могут
быть несколько процессов, которые одновременно
ждут пакета. Для приема сообщений используются
хранимые внутри IPX и недоступные программисту
структуры - сокеты (гнезда). Каждому сокету
присваивается уникальный номер. Для того чтобы
принять сообщение, задача должна сначала открыть
сокет с помощью специального запроса IPX, а затем
послать IPX другой запрос - на ввод через открытый
сокет. Передающая задача, в свою очередь, обязана
указать в заголовке номер сокета, в который она
направляет сообщение. Если принимающая сторона
не успевает принимать сообщения, образуется
очередь сообщений к сокету. Можно сделать и
наоборот: заставить несколько процессов
принимать информацию через один и тот же сокет. В
этом случае мы получим очередь процессов. Правда,
так делать плохо. Обычно организация очереди
процессов на однопроцессорной машине приводит
только к очень сильной путанице.

4. Как передать сообщение

Начнем подробное изучение IPX с
самой простой задачи - передать строку с одного
компьютера на другой и распечатать на дисплее.
Более содержательные программы будут помещены в
следующей главе, в продолжение этой статьи.

В настоящее время Novell
поставляет для разработчиков полный программный
интерфейс (API) своей системы для всех основных
вариантов языка C. Однако эти библиотеки не
продаются за рубли, и следовательно вряд ли
доступны читателю. Поэтому будем писать
программу, не пользуясь фирменными библиотеками,
а используя интерфейс с IPX через программные
прерывания.

Все функции IPX и SPX на рабочей
станции доступны через прерывание 7Ah. Номер
функции передается на регистре Bx. На других
регистрах - параметры, одним из которых в ряде
случаев является адрес  управляющего блока IPX,
который называется ECB (Event Control Block).

Предполагаем, что нам известен
сетевой адрес того узла, которому адресуем
посылку. Сокет принимающего сокета - 800
(по-нормальному 00 08 - припомним, что в сети сначала
идет старший байт). Также будем считать, что нам
известны сетевые адреса передающей и
принимающей станций (для определенности - 0x02 и 0x05
соответственно).

Надо написать две программы -
для передачи сообщения и для приема сообщения.
Начнем с более простой - передающей. Для передачи
служит функция с номером 3. На паре регистров Es:Si
передается адрес ECB.

Программа должна ввести
строку, сформировать ECB и пакет, а затем передать
его. Буфер, из которого формируется пакет, не
обязан располагаться в памяти в виде
непрерывного массива, а может быть разделен на
некоторое количество кусков (см. справочное
приложение). Я использовал это свойство и
разделил буфер вывода на две части: системный
заголовок IPX и массив с передаваемой информацией.
Остальное ясно из текста программы.

Текст программы приема
приведен в листинге 1. Она должна открыть сокет и
затем принять пакет. Для ожидания приема пакета
используется динамическое ожидание: программа
проверяет флаг использования ECB. Прием, как и
передача, осуществляется в буфер, разделенный на
две части: заголовок и передаваемую строку. По
окончании программа закрывает сокет.

Листинг 1. Программа приема
сообщения

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <dos.h>
#include <e:\article\progs\ipx.h>
#define TargetSocket 0x08

inregs.x.bx = IPX_close;
inregs.x.dx = TargetSocket;
int86 (IPX_interrupt, &inregs, &outregs);
}

Листинг 2. Программа
передачи сообщения

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <dos.h>
#include <e:\article\progs\ipx.h>
#define TargetSocket 0x08
#define TargetNode 0x02

}

Листинг 3. Константы и
структуры IPX

/*
Константы и структуры IPX
*/

typedef struct {
unsigned char NetworkNumber [4]; // Номер локального участка
unsigned char NodeAddress [6]; // Сетевой адрес
unsigned int Socket; // Номер сокета
unsigned char ImmediateAddress [6]; // Непосредственный адрес
} IntAddr;

Для открытия сокета
используется функция IPX с номером 0. На регистре Dx
передается номер сокета (0 - если сокет
назначается динамически). На регистре Al - флаг
"живучести". Если он равен 0, то сокет
автоматически закрывается при завершении
программы, если же - 0xFF - то сокет надо закрывать
самому. Однако мои наблюдения показали, что лучше
всегда самому закрывать сокет (автоматически он
не очень закрывается). Поэтому используем честно
флаг 0xFF. Код завершения возвращается на регистре
Al. Для приема сообщения используется функция 4. На
паре Es:Si передается адрес ECB. Наконец, для
закрытия сокета используется функция 1. На
регистре Dx передается номер сокета.

Обе программы (листинги 1 и 2)
используют описания структур и некоторых
констант из файла ipx.h (листинг 3). В этом файле
описаны некоторые функции, которые не
объясняются (и не используются) в программах,
рассмотренных в данной части статьи.

При компиляции приведенных
примеров надо учесть, что Ваш компилятор C может
втихомолку вставить между полями структуры
дополнительные байты. Это хорошо для ускорения
работы Вашей программы, но плохо для связи с
чужими программами. Используя IPX, надо
блокировать такие действия. В компиляторе Microsoft C
надо в командной строке компилятора указать
опцию /Zp - отмена выравнивания.

Теперь можете пытаться
передавать сообщение. Предупреждаю только, что я
для краткости не делал проверку того, что IPX
действительно загружен. Если это не так,
последствия могут быть неприятные (в лучшем
случае - "глухое" зависание). Поэтому я
рекомендую Вам либо самостоятельно дописать
соответствующую часть программы, либо включить
загрузку IPX в autoexec.bat.

Справочное приложение

А. Пакет IPX

18 Source Network BYTE [4]
22 Source Node BYTE [6]
28 Source Socket BYTE [2]

Все поля high-low, то есть наиболее
значимый байт поля - первый. Это не соответствует
формату  процессоров Intel, для которых наиболее
значимый последний (low-high).

Поля имеют следующий смысл:

Derstantion Network (сеть адресата)

Это поле содержит номер сети,
которой принадлежит адресуемый узел. В NetWare
каждый локальный участок (Network) глобальной сети
(Internetwork) получает от администратора сети
уникальный 4-х байтовый номер.

К сожалению, я не нашел нигде определения сокета,
используемого для передачи. Мои наблюдения
показали, что, по-видимому, это - сокет, в котором
последний раз ждал приема передающий процесс.
Такая неопределенность делает довольно сложным
выполнение требования несовпадения сокета
приема и передачи. Я, разрабатывая свой
транспортный протокол, обошел это требование
тем, что для посылки всегда использую
фиксированный номер сокета, а для приема
подтверждения - динамически выделяемый. При
использовании SPX проблем с "наложением"
сокетов, по-видимому, не возникает.

Б. Управляющий блок IPX

Для того чтобы послать или принять пакет, Ваша
программа должна сформировать управляющую
структуру, называемую ECB (Event Control Block). ECB состоит
из двух частей: 36-байтовая порция фиксированной
длины и порция данных, длина которой зависит от
количества буферов, ассоциированных с ECB. Ниже
приведено изображение ECB и описание его полей.

Структура ECB
(ECB Structure)

42 Fragment Address 2 BYTE [4] offset-segment
46 Fragment Size 2 WORD

Link Address (поле связи)

Первый буфер, описанный в Fragment Descriptor List, должен
быть не меньше 30 байтов для IPX и 42 байтов для SPX. Он
должен вмещать полный заголовок пакета. Полная
длина пакета (сумма величин фрагментов) не должна
превосходить 576.