Алексей Стахнов
Linux
Протокол адресации ARP/RARP
Не смотря на то, что адресация IP-пакетов осуществляется при помощи IP-адресов, при передаче данных с компьютера на компьютер необходимо использовать аппаратные МАС-адреса (конечно, кроме тех случаев, когда используется соединение типа «точка-точка»). Для определения соответствия аппаратных МАС-адресов IP-адресам служит протокол ARP (Address Resolution Protocol) – протокол преобразования адресов. Он применяется в сетях любых типов, использующих широковещательный режим. ARP можно применять только в пределах одной сети. Однако это не мешает передавать пакет через несколько сетей, просто при прохождении пакетом маршрутизатора, он определяет новый МАС-адрес приемника. Каждый компьютер в сети создает кэш ARP, который содержит последние запросы.
Иногда аппаратные адреса необходимо транслировать в IP-адреса. Для этого используется протокол RARP (Reverse Address Resolution Protocol, обратный протокол преобразования адресов).
Протокол ICMP
Протокол ICMP – межсетевой протокол управления сообщениями (Internet Control Message Protocol) отвечает за низкоуровневую поддержку протокола IP, включая подтверждение получения сообщения, сообщения об ошибках и многое другое. В какой-то мере может использоваться для маршрутизации пакетов.
Протоколы транспортного уровня
Протоколы транспортного уровня базируются на протоколе IP. Существуют два протокола транспортного уровня – TCP и UDP. Эти протоколы обеспечивают передачу данных с заданными характеристиками между источником и приемником данных. Эти протоколы вводят новый уровень адресации, так называемый номер порта (port number), который определяет, какому процессу на хосте передаются данные. Номера портов занимают два байта. Существует список соответствия номеров портов приложениям, определенный в RFC1700 (Request For Comments, запрос для пояснений. Данные документы описывают стандарты протоколов Интернета и их взаимодействия). Некоторые зарезервированные порты приведены в табл. 3.7.
Таблица 3.7. Сервисы и закрепленные за ними порты
Протокол TCP
Протокол TCP поддерживает надежную передачу данных с предварительным установлением связи между источником и приемником информации. На базе этого протокола реализована большая часть протоколов уровня приложений.
Протокол TCP имеет следующие характеристики, обуславливающие его широкое использование:
• перед началом передачи данных протокол создает канал между источником и приемником информации путем передачи запроса на начало сеанса и получение ответа. По окончании передачи данных сеанс должен быть явно завершен путем передачи соответствующего запроса;
• доставка данных является надежной. Перед отправкой следующего пакета источник информации должен получить подтверждение о приеме предыдущего пакета от приемника информации;
• возможность управления потоком данных;
• возможность доставки экстренных данных.
Эти возможности позволяют программам, использующим протокол TCP, не заботиться об организации надежной передачи данных. С другой стороны, использование этого протокола приводит к уменьшению скорости передачи данных.
Протокол UDP
Протокол UDP обеспечивает логический канал между источником и приемником данных без предварительного установления связи. То есть пакеты, передаваемые по протоколу UDP, не зависят друг от друга, и никакого подтверждения доставки пакета протоколом не предусматривается. Это сильно напоминает бросание бутылки с запиской в море – авось дойдет. Поэтому программы, использующие этот протокол, должны сами организовывать проверку факта доставки информации. Однако благодаря своей простоте протокол UDP может при нормальных условиях передать гораздо больше информации, чем парный ему протокол TCP.
В качестве примера приведем несколько приложений, использующих протокол U DP:
• сервер DNS;
• программы, использующие протокол синхронизации времени NTP;
• программы, использующие протокол удаленной загрузки ВООТР.
Для всех перечисленных программ предполагается, что в случае утери пакета необходимые действия (повторная посылка пакета, выдача сообщения и тому подобные действия) осуществляются самими программами. В случае необходимости гарантированной доставки данных используется протокол TCP.
Протоколы уровня приложений
Последний, четвертый уровень – уровень приложений. К сожалению, почти каждый разработчик программ, использующих протокол уровня приложения, изобретает свой протокол или модифицирует уже существующие. Однако существует некий костяк протоколов, описанный в соответствующих RFC. В зависимости от используемого протокола транспортного уровня протоколы уровня приложений либо полагаются на надежную доставку данных (протокол TCP), либо придумывают свой способ контроля достоверности данных (при использовании протокола UDP). Большая часть протоколов уровня приложений в качестве команд используют обычные английские слова (к примеру, протокол SMTP, HTTP), что значительно упрощает отладку приложений.
Протокол FTP
Протокол передачи файлов. Используется для организации и приема файлов. Позволяет просматривать каталоги и файлы, переименовывать их, удалять и т. п. При пересылке файлов контролирует их целостность. Существует «младший брат» протокола FTP – TFTP, который намного проще в реализации, и, в основном, используется для загрузки информации на бездисковые рабочие станции.
Протокол SMTP
Простой протокол передачи почтовых сообщений. Позволяет работать с электронной почтой. Благодаря тому, что все команды – обычные английские слова, можно с помощью программы telnet подключиться на 25-й порт (SMTP) и передавать соответствующие команды с консоли.
Протокол Telnet
Протокол предназначен для удаленного доступа в систему. К примеру, можно с домашнего компьютера через Интернет зайти на рабочий компьютер и выполнять на нем любые команды (запускать программы, редактировать файлы и т. п.). Используется, в основном, для удаленного администрирования системы. Считается небезопасным с для операционной системы, т. к. при входе в систему логин (имя пользователя) и пароль передаются в открытом виде. Повсеместно заменяется на протокол SSH.
Сетевая файловая система NFS
Протокол, разработанный фирмой Sun, предназначен для использования дисков и каталогов сервера рабочими станциями в качестве «псевдодисков». Возник очень давно, когда винчестер в сто мегабайт стоил весьма дорого, и использование одного диска, распределяемого через сеть, приводило к существенной экономии денежных средств. Сегодня использование протокола NFS постепенно сходит на нет, одно из немногих мест его применения – бездисковые рабочие станции, использующие NFS в качестве «своей» файловой системы.
Протокол IPX
IPX (Internet Packet Exchange) – протокол обмена пакетами между сетями, разработан фирмой Novell для своего программного продукта NetWare. Однако начиная с четвертой версии своей операционной системы, фирма Novell стала внедрять поддержку протокола TCP/IP, а в пятой версии протокол TCP/IP стал практически «родным» для NetWare. Тем не менее, протокол IPX еще достаточно широко используется.
Протокол IPX произошел от протокола межсетевых датаграмм IDP (Internet Datagram Protocol), разработанного в научно-исследовательском центре Xerox. Протокол IPX реализует механизм сокетов с негарантированной доставкой датаграмм. Поверх протокола IPX могут функционировать большое количество протоколов, в том числе:
• протокол данных маршрутизации RIP;
• протокол обмена нумерованными пакетами SPX (Sequenced Packet Exchange), гарантированная доставка;
• протокол Echo;
• протокол сообщений об ошибках;
• протокол обмена пакетами PEP (Packet Exchange Protocol);
• протокол сервисных объявлений SAP (Service Advertisement Protocol).
Существует программное обеспечение под Linux (Mars), выполняющее функции сервера NetWare, и программное обеспечение, выступающее клиентом для серверов NetWare. Также есть программное обеспечение под Linux, позволяющее маршрутизировать пакеты IPX.
Протокол AppleTalk
Протокол AppleTalk используется в сетях фирмы Apple. Реально, помимо компьютеров Apple, он не используется нигде. В операционной системе Linux существует поддержка этого протокола, что позволяет взаимодействовать с компьютерами Apple.
Протокол NetBIOS
Протокол, используемый фирмой Microsoft в своих продуктах.
Протокол DECnet
Группа сетевых продуктов фирмы DEC. Поддержка в операционной системе Linux этого протокола существует. Однако маловероятно, что вы столкнетесь с этим протоколом.
Стандарты в Интернете
Стандарты Интернета описаны в документах, известных как RFC (Request For Comments). В табл. 3.8 приведены некоторые стандарты.
Таблица 3.8. Список основных стандартов Интернета
Ссылки
• www.rfc-editor.org – сайт, посвященный RFC.
• Man-страница (встроенная страница помощи) arp – программы, работающей с ARP-таблицей.
Глава 4
Идеология файловой системы
Одним из столпов операционной системы является файловая система. От ее архитектуры, возможностей, надежности во многом зависит работоспособность операционной системы. Помимо продуманной «родной» файловой системы крайне желательно, чтобы была возможность также работать с другими наиболее распространенными файловыми системами (например, FAT 16/FAT 32). В этой главе мы подробно рассмотрим, что нам предлагает Linux.
История развития файловых систем Linux
Первоначально Linux разрабатывался как расширение операционной системы Minix, и было вполне логично взять от предшественника все, что можно, поскольку такое решение позволяло достаточно быстро пройти этап проектирования (ведь все уже и так разработано, надо было только создать соответствующий программный код). На тот момент (начало 1990-х, компьютеры на базе 386-го процессора считались мощными, в порядке вещей был жесткий диск емкостью 120 Мбайт) файловая система Minix была достаточно эффективна. Однако ее архитектурные ограничения (адреса блоков 16-битные, что ставит предел максимального объема файловой системы в 64 Мбайт, каталоги содержат записи с ограниченным размером, имя файла не должно превышать 14 символов) очень скоро вынудили разработчиков задуматься об альтернативной файловой системе. Была разработана «Extended File System» (Ext FS – расширенная файловая система), затем ее сменила в качестве стандартной «Second Extended File System» (Ext2FS – вторая расширенная файловая система). Сегодня практически завершена разработка следующей версии файловой системы Ext3 – с поддержкой журналирования. Существуют также и другие журналируемые файловые системы: ReiserFS (стандарт de-facto журналируемых файловых систем для серверов на базе Linux) и JFS от фирмы IBM. По всей видимости, в ближайший год будет произведен полный перевод Linux на журналируемую файловую систему. Пока же большинство системных администраторов используют файловую систему ReiserFS. Однако достаточно много аналитиков преде казывают большую вероятность использования системы JFS. Аргументы в ее пользу достаточно весомы: имя IBM, отлаженность, хорошая масштабируемость и надежность. Посмотрим, кто победит.
Файл
Ключевым понятием в операционной системе Linux является концепция файла. Практически все моменты, связанные с данными, в том или ином виде представляются в виде файла или операций с файлами. Для операционной системы Linux по большому счету, все равно, с каким устройством или процессом взаимодействовать – система работает с файлом. В результате получается весьма унифицированный интерфейс.
Типы файлов
Поскольку понятие файла применяется к достаточно разнородным вещам (файл как таковой, физические устройства, каталоги и т. п.), поневоле возникает разделение файлов на типы. В Linux существует шесть типов файлов:
• файл;
• каталог;
• файл устройства;
• канал (FIFO, PIPE);
• ссылка (link).
• сокет (Socket).
Файл
Содержит информацию в некотором формате. Для операционной системы – просто набор байтов. Вся интерпретация содержимого файла осуществляется прикладной программой.
Каталог
Каталоги являются элементами иерархического дерева. Любой каталог может содержать файлы и подкаталоги. Каталог – это файл, содержащий список записей. Каждая запись содержит номер индексного дескриптора и имя файла. Структуру записи см. в разд. «Физическая структура Ext2».
Файл устройства
В операционной системе Linux доступ к устройствам осуществляется через специальные файлы. Такой файл является точкой доступа к драйверу устройства. Существует два типа файлов устройств: символьные и блочные.
Символьный файл устройства используется для небуферизированного обмена данными с устройством – байт за байтом.
Блочный файл устройства используется для обмена с устройством блоками данных. Некоторые устройства имеют как символьный, так и блочный интерфейс.
Канал
Файлы этого типа используются для связи между процессами для передачи данных.
Ссылки
Индексный дескриптор может быть связан с несколькими именами файлов. Дескриптор содержит поле, хранящее число, с которым ассоциируется файл. Добавление ссылки заключается в создании записи каталога, где номер индексного дескриптора указывает на другой дескриптор, и увеличении счетчика ссылок в дескрипторе. При удалении ссылки ядро уменьшает счетчик ссылок и удаляет дескриптор, если этот счетчик станет равным нулю. Такие ссылки называются жесткими и могут использоваться только внутри одной файловой системы.
Так же существует еще один тип ссылок, называемый символической ссылкой. Эта ссылка содержит только имя файла. Так как символическая ссылка не указывает на индексный дескриптор, то возможно создание ссылок на файлы, расположенные в другой файловой системе. Эти ссылки могут указывать на файл любого типа, даже на несуществующий.
Сокет
Сокеты предназначены для взаимодействия между процессами. Часто используются для доступа к сети TCP/IP.
Владельцы файлов
Файлы в Linux имеют трех владельцев – собственно владельца, группу и прочих пользователей. Существует только один владелец, любое количество членов группы и все остальные, которые не входят в группу. Привилегия владения – одно из ключевых понятий в системе защиты операционной системы Linux.
Каждый тип владельца может (или не может) иметь право на чтение и/или запись и/или исполнение файла, владельцем которого он является. На основе этих трех групп владельцев можно построить политику прав доступа к файлам и каталогам, позволяющую достаточно надежно и непротиворечиво обезопасить операционную систему.
Как правило, права доступа к файлу изменяются от максимальных у владельца файла до минимальных (вплоть до полного отсутствия) у всех остальных. Устанавливать и изменять права доступа к файлу или каталогу могут только два пользователя – владелец файла и администратор системы (пользователь root). Изменить права доступа к файлу можно утилитой chmod.
Права доступа к файлам
Права доступа к файлу или к каталогу описываются тремя восьмеричными цифрами, самая левая из этой тройки – права владельца, средняя – права группы, правая – права всех остальных. Каждая из этих восьмеричных цифр представляет собой битовую маску из трех битов. Эти биты отвечают за права на (слева направо) чтение, запись и исполнение файла или каталога. Если установлена единица – доступ разрешен, если ноль – запрещен. Таким образом, права доступа к файлу, описанные цифрой 644, означают, что владелец может писать и читать файл, группа и остальные пользователи – только читать.
Посмотрим, что означает чтение, запись и выполнение файла с точки зрения функциональных возможностей.
• Чтение:
– возможность просмотра содержимого файла;
– возможность чтения каталога.
• Запись:
– возможность добавить или изменить файл;
– возможность удалять или перемещать файлы в каталоге.
• Выполнение:
– возможность запуска программы;
– возможность поиска в каталоге в комбинации с правом чтения.
Узнать о том, какие права доступа установлены к файлам и каталогам, можно, используя команду ls. Ниже приведен результат выполнения команды Is -l
В первой колонке представлены права доступа к файлу, во второй – количество жестких ссылок, в третьей – имя владельца файла, в четвертой – название группы владельца файла, в пятой – дата создания и в шестой – имя файла или каталога. В первой строке листинга вы видите ссылку на test (буква 1 в правах доступа обозначает, что это не файл, а ссылка). В последней строке листинга вы видите каталог t (буква d в правах доступа обозначает, что это каталог (directory), а не файл). Остальные строки листинга – файлы. В правах доступа вы видите десять символов. Первый слева – тип файла (файл, ссылка, каталог и т. п.). Следующие три символа – права доступа владельца файла: rwx – чтение, запись, исполняемость файла. Следующие символы, соответственно, права доступа группы и права доступа прочих.
Модификаторы прав доступа
Как у любого правила, в жесткой системе прав доступа существуют свои исключения. Это так называемые дополнительные атрибуты файла:
• Sticky bit (Save Text Attribute) – «липкий» бит;
• SUID (Set User ID) – установка идентификатора пользователя;
• SGID – установка идентификатора группы.
Рассмотрим эти атрибуты подробнее.
• Sticky bit для файлов. В современных операционных системах потерял свое значение.
Sticky bit для каталогов. Если sticky bit установлен для каталога, то пользователь, несмотря на то, что ему разрешена запись в этот каталог, может удалять только те файлы, владельцем которых он является или к которым ему явно заданы права записи.
• SUID для файлов. Если установлены права доступа SUID и файл исполняемый, то файл при запуске на выполнение получает не права пользователя, запустившего его, а права владельца файла. Такие фокусы используются для того, чтобы пользователь мог работать с некоторыми системными файлами, владельцем которых является некий привилегированный пользователь. К примеру, для того, чтобы пользователь мог самостоятельно изменить свой пароль при помощи утилиты passwd, у этой утилиты (владельцем которой является пользователь root) должен быть установлен бит SUID, поскольку она работает с файлами (/etc/passwd), модификацию которых имеет право производить только пользователь root.
• SGID для файлов. Если установлены права доступа SGID, то это аналогично установке бита SUID, только вместо владельца файла используется группа владельца.
SGID для каталогов. В случае установки SGID для каталога файлы, содержащиеся в этом каталоге, будут иметь установки группы такие же, как у каталога.
Узнать о том, какие дополнительные права доступа к файлам и каталогам установлены, можно, используя команду is. Ниже приведен результат выполнения Is -l
-r-s–х–х 1 root root 13536 Июл 12 2000 passwd
Как видно из прав доступа, у этого файла установлен SUID-бит (буква s в списке прав доступа).
Файловые системы
Файловая система – это методы и структуры данных, которые используются операционной системой для хранения файлов на диске или в его разделе.
Перед тем как раздел или диск могут быть использованы для размещения файловой системы, она должна быть инициализирована, а требуемые служебные данные перенесены на этот раздел или диск. Этот процесс называется созданием файловой системы (иногда его еще называют форматированием, что в принципе неверно).
Основными понятиями в файловой структуре Linux (и в большинстве операционных систем UNIX-семейства) являются:
• суперблок;
• индексный дескриптор (inode);
• блок данных;
• блок каталога;
• косвенный блок;
• файл.
Подробную информацию см. в разд. «Физическая структура Ext2».
Типы файловых систем
Linux поддерживает большое количество типов файловых систем. Наиболее важные из них приведены ниже.
• Minix – старейшая файловая система, ограниченная в своих возможностях (у файлов отсутствуют некоторые временные параметры, длина имени файла ограничена 30-ю символами) и доступных объемах (максимум 64 Мбайт на одну файловую систему).
• Xia – модифицированная версия системы minix, в которой увеличена максимальная длина имени файла и размер файловой системы.
• Ext – предыдущая версия системы Ext2. В настоящее время практически не используется.
• Ext2 – наиболее богатая функциональными возможностями файловая система Linux. На данный момент является самой популярной системой. Разработана с учетом совместимости с последующими версиями.
• Ext3 – модернизация файловой системы Ext2. Помимо некоторых функциональных расширений является журналируемой. Пока широкого распространения не получила. Конкурирующая журналируемая файловая система – ReiserFS.
• VFS – виртуальная файловая система. По сути – эмулятор-прослойка между реальной файловой системой (MS-DOS, Ext2, xia и т. д.) и ядром операционной системы Linux.
• Ргос – псевдо-файловая система, в которой посредством обычных файловых операций предоставляется доступ к некоторым параметрам и функциям ядра операционной системы.
• ReiserFS – журналируемая файловая система. Наиболее используемая среди журналируемых файловых систем для Linux.
В операционную систему Linux для обеспечения обмена файлами с другими операционными системами включена поддержка некоторых файловых систем. Однако их функциональные возможности могут быть значительно ограничены по сравнению с возможностями, обычно предоставляемыми файловыми системами UNIX.
• msdos – обеспечивается совместимость с системой MS-DOS.
• umsdos – расширяет возможности драйвера файловой системы MS-DOS для Linux таким образом, что в Linux появляется возможность работы с именами файлов нестандартной длины, просмотра прав доступа к файлу, ссылок, имени пользователя, которому принадлежит файл, а также оперирования с файлами устройств. Это позволяет использовать (эмулировать) файловую систему Linux на файловой системе MS-DOS.
• iso9660 – стандартная файловая система для CD-ROM.
• xenix – файловая система Xenix.
• sysv – файловая система System V (версия для х86).
• hpfs – доступ "только для чтения" к разделам HPFS.
• nfs – сетевая файловая система, обеспечивающая разделение одной файловой системы между несколькими компьютерами для предоставления доступа к ее файлам со всех машин.
В табл. 4.1 содержится общая информация о функциональных возможностях, предоставляемых различными файловыми системами.
Таблица 4.1. Сравнение файловых систем
