KENS 사용자 가이드

아래 그림은 KENS와 KENS library를 이용하여 작성된 KENS 응용 프로그램 사이의 전체적인 관계를 나타내는 그림이다.

그림 2.1. KENS와 KENS 응용 프로그램의 전체 구조

KENS와 KENS 응용 프로그램들 사이의 관계 및 KENS의 간략한 내부 구조를 나타낸 그림이다. KENS 응용 프로그램과 KENS 호스트(KENS 프로그램 자체) 사이의 관계에 주의해서 살펴보기 바란다. 좀 더 큰 그림을 보기를 원하면 여기를 클릭하기 바란다.

위 그림에서는 간단하게 두 개의 KENS 응용 프로그램이 하나의 소켓만을 이용하는 경우를 나타냈지만, 실제로는 한 응용 프로그램에서 여러개의 소켓을 동시에 사용할 수도 있고, 여러 KENS 응용 프로그램이 하나의 KENS 호스트에서 동시에 실행될 수도 있다.

그럼 KENS를 구성하고 있는 각각의 컴포넌트들에 대해서 간단하게 살펴보도록 하자.

KENS 라이브러리는 KENS 호스트 프로그램에서 제공하는 system call simulation을 이용하여 KENS 호스트에 KENS socket을 만들고, 자기 자신 혹은 KENS 호스트들로 이루어진 network 상의 다른 KENS 호스트에서 실행되고 있는 KENS 응용 프로그램과 통신을 하게 해 주는 라이브러리이다.

KENS 라이브러리가 실제 socket 대신 생성하는 KENS socket은 그림 2.1. KENS와 KENS 응용 프로그램의 전체 구조에서 보듯이 실제로는 system call을 시뮬레이션 하기 위한 UDP 소켓과, KENS 응용 프로그램 데이터를 전송하고 전송받기 위한 TCP 소켓이 한 쌍이 되어 하나의 KENS socket이 된다.

KENS 라이브러리에는 표 3.1. KENS library의 API와 대응하는 표준 함수들에 나와 있는 함수들이 구현되어 있으며, 모든 함수들은 POSIX 표준 혹은 BSD socket library 함수들과 호환된다.

따라서, KENS 응용 프로그램을 작성하고 실행하기 위해서는 반드시 KENS 라이브러리와 함께 링크해야만 한다. KENS 응용 프로그램의 작성에 관련된 내용은 3장. KENS 응용 프로그램의 작성를, 각 system call 별 동작 메커니즘은 프로그래밍 가이드를 참조하기 바란다.

KENS Kernel은 KENS 호스트의 초기화와 “KENS Library”에서 들어오는 system call을 받아서 처리해 주거나, “Transport Layer”와 “Datalink Layer”를 차례대로 호출하여, KENS 응용 프로그램에서 보내는 데이터와 다른 KENS 호스트로부터 전달 받는 데이터를 처리하는 일을 한다.

KENS의 transport layer에서는 현재 TCP만을 지원하고 있다.

KENS에 기본적으로 구현되어 있는 TCP는 상위 KENS kernel의 dispatch loop에서 호출하는 인터페이스(함수)와, “System Call” 처리 부분에서 호출하는 인터페이스들, 그리고 프로토콜 스택 중 바로 하위 레이어인 “Network Layer”에서 KENS 응용 프로그램으로 데이터를 전달하기 위해 호출하는 인터페이스들과 TCP 자체의 메커니즘들을 구현하고 있다.

각 system call 별 동작 메커니즘과 구체적인 인터페이스들은 프로그래밍 가이드를 참조하기 바란다.

KENS의 network layer에서는 현재 IP만을 지원하고 있다.

Network layer에서는 Transport layer에서 내려오는 패킷들과 KENS 호스트를 거쳐 다른 네트워크로 전송되어야 하는 패킷들을 어떤 경로로 전송해야 하는지 결정하는 라우팅(routing)이 일어 나며, 기본적으로 정적 라우팅(static routing)이 구현되어 있다.

KENS에 기본적으로 구현되어 있는 IP는 “Transport Layer”와 마찬가지로 상위 레이어에서 패킷을 전송하기 위해 호출하는 인터페이스와, 하위 레이어인 “Datalink Layer”에서 네트워크를 통해 전송받은 패킷을 처리하기 위해 호출하는 인터페이스, 그리고 각종 라우팅 알고리즘들을 구현하기 위한 인터페이스들과, IP 패킷을 처리하기 위한 기본적은 메커니즘들을 구현하고 있다.

IP 패킷 처리와 라우팅의 동작 메커니즘들, 그리고 구체적인 인터페이스들은 프로그래밍 가이드를 참조하기 바란다.

datalink layer는 ???에서 내려온 패킷을 네트워크를 통해 전송하거나, 네트워크로부터 전송받은 패킷을 ???에 올려주는 일을 한다.

KENS의 datalink layer는 UDP를 그대로 이용하여 가장 널리 쓰이는 Ethernet을 시뮬레이션 하였다. 그림 2.1. KENS와 KENS 응용 프로그램의 전체 구조의 맨 오른쪽의 bound UDP socket들은 KENS 호스트에 설치된 VNIC(Virtual Network Interface Card)들에 해당하며, Ethernet의 address인 MAC address는 그대로 bound UDP socket의 IP 주소와 port 번호로 대응된다.

datalink layer에 관련된 자세한 사항들은 프로그래밍 가이드를 참조하기 바란다.

KENS는 표준 소켓 인터페이스에 대응하는 API를 제공하며, 학생들은 이 API를 이용하여 실제 네트워크 프로그램을 작성하는 것과 동일하게 KENS 응용 프로그램을 작성할 수 있다.

KENS에서 제공하는 API들은 표준 함수들의 이름 앞에 'k'를 접두사로 사용한 이름들을 가지고 있다. 아래의 표는 KENS library에서 제공하고 있는 함수들과 대응하는 표준 함수들을 나타낸 것이다.

보다 자세한 사항은 메뉴얼 페이지나 [UNP98] 혹은 [APUE92]를 참고하기를 바란다

KENS 응용 프로그램을 컴파일 하기 위해서는 KENS library와 함께 플랫폼 고유의 네트워크 라이브러리를 함께 링크해야한다. 아래 표는 각 플랫폼 별로 함께 링크해야 할 라이브러리를 정리한 것이다.

하나의 KENS를 실행시키기 위해서는 다음의 환경설정 파일들이 반드시 KENS가 실행되는 디렉토리와 같은 디렉토리에 있어야만 한다.

[KENS]
server_name=sample
udp_port=9998
tcp_port=9999
log_level=ip,tcp_layer,sock,link_layer
unreliable=false

default_route=192.168.0.1

[seth0]
address=192.168.0.1
netmask=255.255.255.0

[seth1]
address=192.168.1.1
netmask=255.255.255.0

# 가상 IP 주소<공백>실제 IP 주소:포트 번호
192.168.0.1		127.0.0.1:9000
192.168.0.2		127.0.0.1:9002

[host|net] xx.xx.xx.xx [netmask] xx.xx.xx.xx [gw] xx.xx.xx.xx [[dev] if]

# '#'이후로는 주석
# destination   mask    gateway interface
#[host|net] xx.xx.xx.xx [netmask] xx.xx.xx.xx [gw] xx.xx.xx.xx [[dev] if]

net 127.0.0.0 netmask 255.0.0.0 gw 127.0.0.1 dev seth0
host 127.0.0.1 dev seth0
host 128.32.33.5 dev seth0
net 140.252.13.32 netmask 255.255.255.224 gw 192.168.0.1 seth0
host 140.252.13.33
host 140.252.13.34
host 140.252.13.35
host 140.252.13.65
net 224.0.0.0 netmask 255.0.0.0 gw 192.168.0.1 seth0
host 224.0.0.1

위의 설정 파일들을 모두 하나의 디렉토리에 모아 놓고, KENS를 그 디렉토리에서 다음과 같이 실행하면 된다.

$ kens KENS환경설정파일

그럼 KENS는 먼저 KENS 환경 설정 파일을 읽어들여 전체적인 초기화를 한 다음, 그 정보를 바탕으로 각각 datalink layer(MAC 주소 목록), network layer(라우팅 규칙 목록) 그리고 transport layer에서 필요한 정보들을 읽어들여 각각의 layer를 초기화하고 KENS 응용 프로그램의 실행이나, 다른 KENS 호스트로부터 전송되는 패킷을 기다리게 된다.

KENS는 초기화가 완료됨과 동시에 KENS 응용프로그램을 위하여 몇 가지 환경변수들을 '서버이름.sh', '서버이름.csh'라는 파일들에 써 넣는다. 각각 shell, c shell용이며, KENS 응용 프로그램을 실행하기 위해서 반드시 필요한 환경 변수들이 저장되어 있다.

KENS 응용 프로그램을 실행하기 위해서는 KENS가 초기화를 마치고 작성한 환경 변수들을 실행하는 쉘 상에 설정해야만 한다. 만약, bourne shell(sh) 계열을 사용한다면,

# source 서버이름.sh

c shell(csh) 계열을 사용한다면,

$ source 서버이름.csh

와 같이 하여 환경변수를 현재 쉘에 설정한 다음 KENS 응용프로그램을 일반 프로그램을 실행하듯이 실행하면 된다.

주의할 점은 모든 IP 주소와 Port 번호는 가상의 것을 사용해야만 한다는 것이다.

호스트마다 매번 다른 프로그램을 실행하기 불편하다면 다음의 쉘 스크립트를 이용하는 것도 괜찮다.

$ cat kensapp
#!/bin/sh

if [ $# -lt 2 ] ; then
    echo "usage: kensapp kenshostname application ..."
    exit 0
fi

ENV_FILE="$1.sh"

if ! test -r $ENV_FILE ; then
    echo "can't read environment variable file : $ENV_FILE"
    exit 0
fi

shift

if ! test -x $1 ; then
    echo "can't find kens application executable file : $1"
    exit 0
fi

source $ENV_FILE

exec $*

이 스크립트를 이용해서 실행하는 예를 보도록 하자. client라는 KENS 호스트에서 echocli라는 프로그램을, server라는 KENS 호스트에서 echosvr 라는 프로그램을 실행하고 싶다고 하면,

$ ./kensapp client echocli 192.168.0.2:8080
$ ./kensapp server echosvr -p 8080

즉, 다른 KENS 호스트에서 프로그램을 실행하기 위하여 매번 새로운 쉘을 띄울 필요가 없어지는 것이다.

KENS를 이용하여 복잡한 network를 구축하기 위해서는 MAC 주소 목록과 라우팅 규칙들을 잘 조합하기만 하면 된다.

그래피컬하게 network 구성도를 그리면 자동으로 KENS의 MAC 주소 목록 파일들과 라우팅 규칙들을 생성해 주는 프로그램을 생각해 볼 수 있으나 KENS 기본 배포본에는 포함되어 있지 않다.

이런 프로그램을 만들어 수업 시간에 다른 학생들이나 조교들이 사용할 수 있게 배포한다면 추가 점수를 받을 수 있을지도 모른다. :-)