Основы сетевых технологий. (реферат). - Коммуникации и связь - Скачать бесплатно
Реферат по курсу “Основы Сетевых Технологий”
по теме
Обзор существующих сетевых операционных систем
Студента заочного отделение
5-го семестра
Серова Н.С.
Москва 2003г.
Структура сетевой операционной системы
Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети.
Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под
сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность
операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью
обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам.
В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного
компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.
В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько
частей.
Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения
оперативной памяти между процессами, планирования и диспетчеризации
процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах,
управления периферийными устройствами и другие функции управления
ресурсами локальных ОС.
* Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее
пользование - серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают,
например, блокировку файлов и записей, что необходимо для их
совместного использования; ведение справочников имен сетевых ресурсов;
обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и
базе данных; управление очередями запросов удаленных пользователей к
своим периферийным устройствам.
* Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их
использования - клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет
распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам
от приложений и пользователей, при этом запрос поступает от приложения
в локальной форме, а передается в сеть в другой форме, соответствующей
требованиям сервера. Клиентская часть также осуществляет прием ответов
от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для
приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.
* Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен
сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию
сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность
передачи и т.п., то есть является средством транспортировки сообщений.
На практике сложилось несколько подходов к построению сетевых операционных
систем
Первые сетевые ОС представляли собой совокупность существующей локальной
ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом в локальную ОС
встраивался минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой
оболочки, которая выполняла основные сетевые функции. Примером такого
подхода является использование на каждой машине сети операционной системы
MS DOS (у которой начиная с ее третьей версии появились такие встроенные
функции, как блокировка файлов и записей, необходимые для совместного
доступа к файлам). Принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки
над локальной ОС используется и в современных ОС, таких, например, как
LANtastic или Personal Ware.
Однако более эффективным представляется путь разработки операционных
систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС
такого типа глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает
их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также
высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT
фирмы Microsoft, которая за счет встроенности сетевых средств обеспечивает
более высокие показатели производительности и защищенности информации по
сравнению с сетевой ОС LAN Manager той же фирмы (совместная разработка с
IBM), являющейся надстройкой над локальной операционной системой OS/2.
Одноранговые сетевые ОС и ОС с выделенными серверами
В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети,
сетевые операционные системы, а следовательно, и сети делятся на два
класса: одноранговые и двухранговые. Последние чаще называют сетями с
выделенными серверами.
Если компьютер предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети, то он
играет роль сервера. При этом компьютер, обращающийся к ресурсам другой
машины, является клиентом. Как уже было сказано, компьютер, работающий в
сети, может выполнять функции либо клиента, либо сервера, либо совмещать
обе эти функции.
Если выполнение каких-либо серверных функций является основным назначением
компьютера (например, предоставление файлов в общее пользование всем
остальным пользователям сети или организация совместного использования
факса, или предоставление всем пользователям сети возможности запуска на
данном компьютере своих приложений), то такой компьютер называется
выделенным сервером. В зависимости от того, какой ресурс сервера является
разделяемым, он называется файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером,
сервером приложений и т.д.
Очевидно, что на выделенных серверах желательно устанавливать ОС,
специально оптимизированные для выполнения тех или иных серверных функций.
Поэтому в сетях с выделенными серверами чаще всего используются сетевые
операционные системы, в состав которых входит нескольких вариантов ОС,
отличающихся возможностями серверных частей. Например, сетевая ОС Novell
NetWare имеет серверный вариант, оптимизированный для работы в качестве
файл-сервера, а также варианты оболочек для рабочих станций с различными
локальными ОС, причем эти оболочки выполняют исключительно функции
клиента. Другим примером ОС, ориентированной на построение сети с
выделенным сервером, является операционная система Windows NT. В отличие
от NetWare, оба варианта данной сетевой ОС - Windows NT Server (для
выделенного сервера) и Windows NT Workstation (для рабочей станции) -
могут поддерживать функции и клиента и сервера. Но серверный вариант
Windows NT имеет больше возможностей для предоставления ресурсов своего
компьютера другим пользователям сети, так как может выполнять более
широкий набор функций, поддерживает большее количество одновременных
соединений с клиентами, реализует централизованное управление сетью, имеет
более развитые средства защиты.
Выделенный сервер не принято использовать в качестве компьютера для
выполнения текущих задач, не связанных с его основным назначением, так как
это может уменьшить производительность его работы как сервера. В связи с
такими соображениями в ОС Novell NetWare на серверной части возможность
выполнения обычных прикладных программ вообще не предусмотрена, то есть
сервер не содержит клиентской части, а на рабочих станциях отсутствуют
серверные компоненты. Однако в других сетевых ОС функционирование на
выделенном сервере клиентской части вполне возможно. Например, под
управлением Windows NT Server могут запускаться обычные программы
локального пользователя, которые могут потребовать выполнения клиентских
функций ОС при появлении запросов к ресурсам других компьютеров сети. При
этом рабочие станции, на которых установлена ОС Windows NT Workstation,
могут выполнять функции невыделенного сервера.
Важно понять, что несмотря на то, что в сети с выделенным сервером все
компьютеры в общем случае могут выполнять одновременно роли и сервера, и
клиента, эта сеть функционально не симметрична: аппаратно и программно в
ней реализованы два типа компьютеров - одни, в большей степени
ориентированные на выполнение серверных функций и работающие под
управлением специализированных серверных ОС, а другие - в основном
выполняющие клиентские функции и работающие под управлением
соответствующего этому назначению варианта ОС. Функциональная
несимметричность, как правило, вызывает и несимметричность аппаратуры -
для выделенных серверов используются более мощные компьютеры с большими
объемами оперативной и внешней памяти. Таким образом, функциональная
несимметричность в сетях с выделенным сервером сопровождается
несимметричностью операционных систем (специализация ОС) и аппаратной
несимметричностью (специализация компьютеров).
В одноранговых сетях все компьютеры равны в правах доступа к ресурсам друг
друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо
ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут
его эксплуатировать. В таких сетях на всех компьютерах устанавливается
одна и та же ОС, которая предоставляет всем компьютерам в сети
потенциально равные возможности. Одноранговые сети могут быть построены,
например, на базе ОС LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroup,
Windows NT Workstation.
В одноранговых сетях также может возникнуть функциональная
несимметричность: одни пользователи не желают разделять свои ресурсы с
другими, и в таком случае их компьютеры выполняют роль клиента, за другими
компьютерами администратор закрепил только функции по организации
совместного использования ресурсов, а значит они являются серверами, в
третьем случае, когда локальный пользователь не возражает против
использования его ресурсов и сам не исключает возможности обращения к
другим компьютерам, ОС, устанавливаемая на его компьютере, должна включать
и серверную, и клиентскую части. В отличие от сетей с выделенными
серверами, в одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости
от преобладающей функциональной направленности - клиента или сервера. Все
вариации реализуются средствами конфигурирования одного и того же варианта
ОС.
Одноранговые сети проще в организации и эксплуатации, однако они
применяются в основном для объединения небольших групп пользователей, не
предъявляющих больших требований к объемам хранимой информации, ее
защищенности от несанкционированного доступа и к скорости доступа. При
повышенных требованиях к этим характеристикам более подходящими являются
двухранговые сети, где сервер лучше решает задачу обслуживания
пользователей своими ресурсами, так как его аппаратура и сетевая
операционная система специально спроектированы для этой цели.
ОС для рабочих групп и ОС для сетей масштаба предприятия
Сетевые операционные системы имеют разные свойства в зависимости от того,
предназначены они для сетей масштаба рабочей группы (отдела), для сетей
масштаба кампуса или для сетей масштаба предприятия.
* Сети отделов - используются небольшой группой сотрудников, решающих
общие задачи. Главной целью сети отдела является разделение локальных
ресурсов, таких как приложения, данные, лазерные принтеры и модемы.
Сети отделов обычно не разделяются на подсети.
* Сети кампусов - соединяют несколько сетей отделов внутри отдельного
здания или внутри одной территории предприятия. Эти сети являются все
еще локальными сетями, хотя и могут покрывать территорию в несколько
квадратных километров. Сервисы такой сети включают взаимодействие
между сетями отделов, доступ к базам данных предприятия, доступ к
факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам.
* Сети предприятия (корпоративные сети) - объединяют все компьютеры всех
территорий отдельного предприятия. Они могут покрывать город, регион
или даже континент. В таких сетях пользователям предоставляется доступ
к информации и приложениям, находящимся в других рабочих группах,
других отделах, подразделениях и штаб-квартирах корпорации.
Главной задачей операционной системы, используемой в сети масштаба отдела,
является организация разделения ресурсов, таких как приложения, данные,
лазерные принтеры и, возможно, низкоскоростные модемы. Обычно сети отделов
имеют один или два файловых сервера и не более чем 30 пользователей.
Задачи управления на уровне отдела относительно просты. В задачи
администратора входит добавление новых пользователей, устранение простых
отказов, инсталляция новых узлов и установка новых версий программного
обеспечения. Операционные системы сетей отделов хорошо отработаны и
разнообразны, также, как и сами сети отделов, уже давно применяющиеся и
достаточно отлаженные. Такая сеть обычно использует одну или максимум две
сетевые ОС. Чаще всего это сеть с выделенным сервером NetWare 3.x или
Windows NT, или же одноранговая сеть, например сеть Windows for
Workgroups.
Итак, следующим шагом в эволюции сетей является объединение локальных
сетей нескольких отделов в единую сеть здания или группы зданий. Такие
сети называют сетями кампусов. Сети кампусов могут простираться на
несколько километров, но при этом глобальные соединения не требуются.
Операционная система, работающая в сети кампуса, должна обеспечивать для
сотрудников одних отделов доступ к некоторым файлам и ресурсам сетей
других отделов. Услуги, предоставляемые ОС сетей кампусов, не
ограничиваются простым разделением файлов и принтеров, а часто
предоставляют доступ и к серверам других типов, например, к факс-серверам
и к серверам высокоскоростных модемов. Важным сервисом, предоставляемым
операционными системами данного класса, является доступ к корпоративным
базам данных, независимо от того, располагаются ли они на серверах баз
данных или на миникомпьютерах.
Именно на уровне сети кампуса начинаются проблемы интеграции. В общем
случае, отделы уже выбрали для себя типы компьютеров, сетевого
оборудования и сетевых операционных систем. Например, инженерный отдел
может использовать операционную систему UNIX и сетевое оборудование
Ethernet, отдел продаж может использовать операционные среды DOS/Novell и
оборудование Token Ring. Очень часто сеть кампуса соединяет разнородные
компьютерные системы, в то время как сети отделов используют однотипные
компьютеры.
Пользователям корпоративных сетей требуются все те приложения и услуги,
которые имеются в сетях отделов и кампусов, плюс некоторые дополнительные
приложения и услуги, например, доступ к приложениям мейнфреймов и
миникомпьютеров и к глобальным связям. Когда ОС разрабатывается для
локальной сети или рабочей группы, то ее главной обязанностью является
разделение файлов и других сетевых ресурсов (обычно принтеров) между
локально подключенными пользователями. Такой подход не применим для уровня
предприятия. Наряду с базовыми сервисами, связанными с разделением файлов
и принтеров, сетевая ОС, которая разрабатывается для корпораций, должна
поддерживать более широкий набор сервисов, в который обычно входят
почтовая служба, средства коллективной работы, поддержка удаленных
пользователей, факс-сервис, обработка голосовых сообщений, организация
видеоконференций и др.
Кроме того, использование глобальных связей требует от корпоративных ОС
поддержки протоколов, хорошо работающих на низкоскоростных линиях, и
отказа от некоторых традиционно используемых протоколов (например, тех,
которые активно используют широковещательные сообщения). Особое значение
приобрели задачи преодоления гетерогенности - в сети появились
многочисленные шлюзы, обеспечивающие согласованную работу различных ОС и
сетевых системных приложений.
К признакам корпоративных ОС могут быть отнесены также следующие
особенности.
Поддержка приложений. В корпоративных сетях выполняются сложные
приложения, требующие для выполнения большой вычислительной мощности.
Вычислительная часть общих для корпорации программных систем может быть
слишком объемной и неподъемной для рабочих станций клиентов, поэтому
приложения будут выполняться более эффективно, если их наиболее сложные в
вычислительном отношении части перенести на специально предназначенный для
этого мощный компьютер - сервер приложений.
Сервер приложений должен базироваться на мощной аппаратной платформе
(мультипроцессорные системы, часто на базе RISC-процессоров,
специализированные кластерные архитектуры). ОС сервера приложений должна
обеспечивать высокую производительность вычислений, а значит поддерживать
многонитевую обработку, вытесняющую многозадачность,
мультипроцессирование, виртуальную память и наиболее популярные прикладные
среды (UNIX, Windows, MS-DOS, OS/2). В этом отношении сетевую ОС NetWare
трудно отнести к корпоративным продуктам, так как в ней отсутствуют почти
все требования, предъявляемые к серверу приложений. В то же время хорошая
поддержка универсальных приложений в Windows NT собственно и позволяет ей
претендовать на место в мире корпоративных продуктов.
Справочная служба. Корпоративная ОС должна обладать способностью хранить
информацию обо всех пользователях и ресурсах таким образом, чтобы
обеспечивалось управление ею из одной центральной точки.
База данных, хранящая справочную информацию, предоставляет все то же
многообразие возможностей и порождает все то же множество проблем, что и
любая другая крупная база данных. Она позволяет осуществлять различные
операции поиска, сортировки, модификации и т.п., что очень сильно
облегчает жизнь как администраторам, так и пользователям. Но за эти
удобства приходится расплачиваться решением проблем распределенности,
репликации и синхронизации.
В идеале сетевая справочная информация должна быть реализована в виде
единой базы данных, а не представлять собой набор баз данных,
специализирующихся на хранении информации того или иного вида, как это
часто бывает в реальных операционных системах. Например, в Windows NT
имеется по крайней мере пять различных типов справочных баз данных.
Главный справочник домена (NT Domain Directory Service) хранит информацию
о пользователях, которая используется при организации их логического входа
в сеть. Данные о тех же пользователях могут содержаться и в другом
справочнике, используемом электронной почтой Microsoft Mail. Еще три базы
данных поддерживают разрешение низкоуровневых адресов: WINS -
устанавливает соответствие Netbios-имен IP-адресам, справочник DNS -
сервер имен домена - оказывается полезным при подключении NT-сети к
Internet, и наконец, справочник протокола DHCP используется для
автоматического назначения IP-адресов компьютерам сети. Ближе к идеалу
находятся справочные службы, поставляемые фирмой Banyan (продукт
Streettalk III) и фирмой Novell (NetWare Directory Services), предлагающие
единый справочник для всех сетевых приложений. Наличие единой справочной
службы для сетевой операционной системы - один из важнейших признаков ее
корпоративности.
Безопасность. Особую важность для ОС корпоративной сети приобретают
вопросы безопасности данных. И для защиты данных в корпоративных сетях
наряду с различными аппаратными средствами используется весь спектр
средств защиты, предоставляемый операционной системой: избирательные или
мандатные права доступа, сложные процедуры аутентификации пользователей,
программная шифрация.
Обзор сетевых операционных систем
Большое разнообразие типов компьютеров, используемых в вычислительных
сетях, влечет за собой разнообразие операционных систем: для рабочих
станций, для серверов сетей уровня отдела и серверов уровня предприятия в
целом. К ним могут предъявляться различные требования по
производительности и функциональным возможностям, желательно, чтобы они
обладали свойством совместимости, которое позволило бы обеспечить
совместную работу различных ОС.
Сетевые ОС могут быть разделены на две группы: масштаба отдела и масштаба
предприятия. ОС для отделов или рабочих групп обеспечивают набор сетевых
сервисов, включая разделение файлов, приложений и принтеров. Они также
должны обеспечивать свойства отказоустойчивости, например, работать с
RAID-массивами, поддерживать кластерные архитектуры. Сетевые ОС отделов
обычно более просты в установке и управлении по сравнению с сетевыми ОС
предприятия, у них меньше функциональных свойств, они меньше защищают
данные и имеют более слабые возможности по взаимодействию с другими типами
сетей, а также худшую производительность.
Сетевая операционная система масштаба предприятия прежде всего должна
обладать основными свойствами любых корпоративных продуктов, в том числе:
* масштабируемостью, то есть способностью одинаково хорошо работать в
широком диапазоне различных количественных характеристик сети,
* совместимостью с другими продуктами, то есть способностью работать в
сложной гетерогенной среде интерсети в режиме plug-and-play.
Корпоративная сетевая ОС должна поддерживать более сложные сервисы.
Подобно сетевой ОС рабочих групп, сетевая ОС масштаба предприятия должна
позволять пользователям разделять файлы, приложения и принтеры, причем
делать это для большего количества пользователей и объема данных и с более
высокой производительностью. Кроме того, сетевая ОС масштаба предприятия
обеспечивает возможность соединения разнородных систем - как рабочих
станций, так и серверов. Например, даже если ОС работает на платформе
Intel, она должна поддерживать рабочие станции UNIX, работающие на
RISC-платформах. Аналогично, серверная ОС, работающая на RISC-компьютере,
должна поддерживать DOS, Windows и OS/2. Сетевая ОС масштаба предприятия
должна поддерживать несколько стеков протоколов (таких как TCP/IP,
IPX/SPX, NetBIOS, DECnet и OSI), обеспечивая простой доступ к удаленным
ресурсам, удобные процедуры управления сервисами, включая агентов для
систем управления сетью.
Важным элементом сетевой ОС масштаба предприятия является централизованная
справочная служба, в которой хранятся данные о пользователях и разделяемых
ресурсах сети. Такая служба, называемая также службой каталогов,
обеспечивает единый логический вход пользователя в сеть и предоставляет
ему удобные средства просмотра всех доступных ему ресурсов. Администратор,
при наличии в сети централизованной справочной службы, избавлен от
необходимости заводить на каждом сервере повторяющийся список
пользователей, а значит избавлен от большого количества рутинной работы и
от потенциальных ошибок при определении состава пользователей и их прав на
каждом сервере.
Важным свойством справочной службы является ее масштабируемость,
обеспечиваемая распределенностью базы данных о пользователях и ресурсах.
Такие сетевые ОС, как Banyan Vines, Novell NetWare 4.x, IBM LAN Server,
Sun NFS, Microsoft LAN Manager и Windows NT Server, могут служить в
качестве операционной системы предприятия, в то время как ОС NetWare 3.x,
Personal Ware, Artisoft LANtastic больше подходят для небольших рабочих
групп.
Критериями для выбора ОС масштаба предприятия являются следующие
характеристики:
* Органичная поддержка многосерверной сети;
* Высокая эффективность файловых операций;
* Возможность эффективной интеграции с другими ОС;
* Наличие централизованной масштабируемой справочной службы;
* Хорошие перспективы развития;
* Эффективная работа удаленных пользователей;
* Разнообразные сервисы: файл-сервис, принт-сервис, безопасность данных
и отказоустойчивость, архивирование данных, служба обмена сообщениями,
разнообразные базы данных и другие;
* Разнообразные программно-аппаратные хост-платформы: IBM SNA, DEC NSA,
UNIX;
* Разнообразные транспортные протоколы: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS,
AppleTalk;
* Поддержка многообразных операционных систем конечных пользователей:
DOS, UNIX, OS/2, Mac;
* Поддержка сетевого оборудования стандартов Ethernet, Token Ring, FDDI,
ARCnet;
* Наличие популярных прикладных интерфейсов и механизмов вызова
удаленных процедур RPC;
* Возможность взаимодействия с системой контроля и управления сетью,
поддержка стандартов управления сетью SNMP.
Конечно, ни одна из существующих сетевых ОС не отвечает в полном объеме
перечисленным требованиям, поэтому выбор сетевой ОС, как правило,
осуществляется с учетом производственной ситуации и опыта. В таблице
приведены основные характеристики популярных и доступных в настоящее время
сетевых ОС.
Основные характеристики сетевых операционных систем
+-----------------------------------------------------------------------+
| | Специализированная операционная система, |
| | оптимизированная для работы в качестве файлового |
| | сервера и принт-сервера |
| | Ограниченные средства для использования в качестве |
| | сервера приложений: не имеет средств виртуальной памяти |
| | и вытесняющей многозадачности, а поддержка |
| | симметричного мультипроцесcирования отсутствовала до |
| | самого недавнего времени. Отсутствуют API основных |
| | операционных сред, используемых для разработки |
| | приложений, - UNIX, Windows, OS/2 |
| | Серверные платформы: компьютеры на основе процессоров |
| | Intel, рабочие станции RS/6000 компании IBM под |
| | управлением операционной системы AIX с помощью продукта |
| | NetWare for UNIX |
| | Поставляется с оболочкой для клиентов: DOS, Macintosh, |
| | OS/2, UNIX, Windows (оболочка для Windows NT |
| | разрабатывается компанией Novell в настоящее время, |
| | хотя Microsoft уже реализовала клиентскую часть NetWare |
| | в Windows NT) |
| Novell | Организация одноранговых связей возможна с помощью ОС |
| NetWare 4.1 | PersonalWare |
| | Имеет справочную службу NetWare Directory Services |
| | (NDS), поддерживающую централизованное управление, |
| | распределенную, полностью реплицируемую, автоматически |
| | синхронизируемую и обладающую отличной |
| | масштабируемостью
|
