Сетевая операционная система реализует. Сетевые операционные системы. ОС в сетях с выделенными серверами

Лекция 2 Структура сетевой операционной системы

Лекция 2

Тема: Структура и основные компоненты сетевых ОС. Функции по управлению сетевыми и локальными ресурсами.

Управление использованием ресурсов – одна из основных задач ОС.

ОС должна управлять использованием ресурсов вычислительной машины таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность ее функционирования. Критерием эффективности может быть, например, пропускная способность или реактивность (под реактивностью понимают скорость реакции) системы. Управление ресурсами включает решение двух общих, не зависящих от типа ресурса задач:

Планирование использования ресурса, а именно - определение какому процессу, когда, в каком объеме, необходимо выделить данный ресурс;

Отслеживание состояния ресурса, то есть поддерживать набор оперативной информации о степени занятости ресурса.

Сетевая ОС (СОС) позволяет разделять ресурсы не только локально, но и в рамках сети объединяющей машины со своими средствами межсетевого взаимодействия. Она обязательно содержит программную поддержку для сетевых интерфейсных устройств, а также средства для удаленного входа в другие компьютеры сети и средства доступа к удаленным ресурсам, однако эти дополнения существенно не меняют структуру самой операционной системы. Фактически на современном уровне развития компьютерных технологий наличие у ОС возможностей для сетевого взаимодействия из разряда желательного перешло в разряд необходимого для полноценной работы пользователя.В отличии от СОС, распределенные ОС (РОС), реализует сетевое разделения ресурсов, моделируя единую виртуальную машину над сетью. Работая с РОС пользователю нет необходимости знать подключена его машина к сети, является ли данный ресурс локальным и где на планете выполняется его программа. Основное отличие СОС от РОС – в сети взаимодействуют несколько СОС (по одной на абонента), в то время как в РОС – есть одна операционная система, которая скрывает сеть.

Набор характеристик СОС.

Многопользовательские : позволяют 2 и более пользователям запускать программы в рамках одной ОС. Таким образом ОС UNIX многопользовательские, а Windows NT - нет. Последняя не позволяет нескольким пользователям одновременно работать (запускать свои приложения). В NT предоставление возможности использования мощностей процессора нескольким пользователям одновременно перекладывается с ОС на программистов (например используется технология клиент-сервер)

1) Поддерживающие многопроцессорность: Последняя может быть симметричной (процессоры равномерно нагружаются кодами разных программ), асимметричной (один процессор выполняет один процесс).

2) Многозадачность: Многозадачная ОС управляет ресурсами разделяемыми несколькими одновременно выполняющимися конкурирующими программами. Многозадачность разделяется на несколько типов, в зависимости от реализованного алгоритма управления разделением процессорного времени. Основные виды многозадачности – вытесняющая (ОС выделяет квант времени процессу или нити, затем прерывает их выполнение и выделяет квант времени следующему процессу или нити) и кооперативная (сам процесс определяет в какой момент времени вернуть ОС управление, например во время ожидания ввода)

3) Многонитеевые: Позволяет распараллеливать вычисления в рамках одного процесса. С точки зрения программирования нить – информация о состоянии (контексте) процесса. Нить создается и используется таким образом, что несколько процессов (нитей) может выполняться в рамках одного кода, но с использованием разных данных об окружении (контекстах). Обычно многонитиевость используется при написании программ-серверов, которым надо взаимодействовать единым образом с заранее неизвестным числом пользователей.

ОС делятся по критерию оптимизации на системы:

1) Пакетные: критерий эффективности – максимальное число решенных задач, которые поступают в ОС наборами (пакетами). ОС оптимизирует выполнение задач, а не взаимодействие с пользователем.

2) Реального времени: Отвечают на входящие данные немедленно. Критерий эффективности – гарантированное время реакции системы (скорость выполнения процессов и разделение процессорного времени) на информационный сигнал. Неспециализированные UNIX и DOS ОС не являются системами реального времени, т.к. не гарантируют одинаковое время реакции системы на входные данные.

3) Разделения времени: процессорное время равномерно распределяется между задачами, что делает работу пользователя более удобной. Критерий оптимальности – честное распределение (по потребностям) процессорного времени между разными задачами с одинаковым приоритетом на использование этого ресурса.

Большинство СОС можно отнести к последним двум типам.

Также сетевые ОС делятся на СОС со встроенными сетевыми функциями и на оболочки с сетевыми функциями над локальными ОС.

Набор критериев.

Рассмотрим набор критериев, на основе которого решается на сколько хорошо данная ОС может выполнять функции СОС.

Основные требования предъявляемые фирмами к современным СОС:

1) Системная архитектура – управление какими ресурсами и какие алгоритмы управления она поддерживает, можно ли ее запустить на многопроцессорной архитектуре, какие микропроцессорные архитектуры (Intel x86, Alpha, PowerPC) она поддерживает

2) Масштабируемость – количество ресурсов, которыми сможет управлять ОС (вдруг ваша распределенная гигабайтовая БД станет терабайтовой или количество одновременно открытых TCP соединений увеличиться на порядок)

3) Производительность – скорость выполнения СОС требуемого класса задач, количество одновременных обращений пользовательских процессов которое в состоянии обслужить система

4) Надежность – поддержка средствами СОС средств резервирования данных, транзакций, поддержка или нахождение в составе СОС надежной файловой системы.

5) Безопасность – какой уровень защиты информации поддерживает СОС, ограничения на доступ к каким ресурсам она поддерживает, какая система прав доступа поддерживается.

6) Средства администрирования – какие утилиты и как помогают администировать СОС

7) Поддержка сетевых сред – поддерживает ли СОС физические устройства работающие с Ethernet, Token ring, оптоволокном и т.п.

8) Поддержка стеков протоколов – на каких и скольких стеках протоколов может функционировать СОС и поддержка программного обеспечения для работы с данными в рамках всемирной сети Интернет

9) Сетевая печать – сколько поддерживается средствами СОС принтеров на сервер, очередей на принтер

10) Приложения – какие приложения включены в стандартную поставку СОС, какую минимальную функциональность обеспечивает СОС (это могут быть почтовые сервера и клиенты, средства разработки, сервера печати, Интернет сервера и т.п.)

11) Совместимость – на сколько СОС совместима с уже имеющимися программно-аппаратными комплексами предприятия.

Исходя из описанных выше требований можно заключить, что хорошо спроектированная СОС должна:

Поддерживать возможность работы на многопроцессорной ЭВМ (с симметричной многопроцессорностью)

Быть многозадачной и поддерживать нити в рамках одного процесса.

При необходимости быть многопользовательской.

В общем случае для большинства современных коммерческих СОС вопрос, какая из них лучше задавать бессмысленно – раз все выдерживают конкуренцию, значит у каждой есть какие-то достоинства. Решение о выборе СОС обычно основываются на оценке набора критериев, подобно приведенному выше, применительно к конкретной ситуации.

Структура СОС

Каждый компьютер с установленной СОС 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 (рисунок 1):

1) Средства управления локальными ресурсами компьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами, функции планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами в мультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

2) 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.

3) Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС. 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 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.

4) Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями между СОС 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.

Все множество СОС можно разбить на две группы:

1) Первые сетевые ОС представляли собой совокупность неспециализированной (General) ОС и надстройки, добавляющей к ней сетевые функции (рисунок 2).

2) Однако более эффективным представляется путь разработки операционных систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у ОС такого типа встроены в основные модули системы, что обеспечивает их логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую производительность.

Как видно из структуры, СОС это - ОС с добавлением сетевых функций.

Основополагающим критерием по значительности влияния на производительность и масштабируемость операционной системы является ее архитектура. Операционные системы прошли длительный путь развития от монолитных систем к хорошо структурированным модульным системам, способным к развитию, расширению и обладающие хорошей переносимостью.

1. Монолитные системы

В общем случае "структура" монолитной системы представляет собой отсутствие структуры (рисунок 3). ОС написана как набор процедур, каждая из которых может вызывать другие, когда ей это нужно. При использовании этой техники каждая процедура системы имеет хорошо определенный интерфейс, и каждая может вызвать любую другую при необходимости.

Монолитная ОС собирается из программных модулей и затем компилируется как единая система. И хотя как программа такая СОС может и быть модульной, на практике взаимодействие ее процедур происходит в единой области видимости и любая процедура может вызвать любую.

2. Многоуровневые системы

При структуризации от монолитных систем переходят к многоуровневым. Уровни образуются группами функций операционной системы - файловая система, управление процессами и устройствами и т.п. Каждый уровень может взаимодействовать только со своим непосредственным соседом - выше- или нижележащим уровнем. Прикладные программы или модули самой операционной системы передают запросы вверх и вниз по этим уровням (рисунок 4).

Хотя такой структурный подход на практике обычно работал неплохо, сегодня он все больше воспринимается монолитным, старые ОС UNIX с многоуровневой структурой сейчас характеризуются как ОС с монолитными ядрами. В системах, имеющих многоуровневую структуру было нелегко удалить один слой и заменить его другим в силу множественности и размытости интерфейсов между слоями. Добавление новых функций и изменение существующих требовало хорошего знания операционной системы и массы времени. Когда стало ясно, что операционные системы живут долго и должны иметь возможности развития и расширения, монолитный подход сменился моделью клиент-сервер с тесно связанной с ней концепция микроядра.

3. Модель клиент-сервер и микроядра

Применительно к структурированию ОС идея использования взаимодействия клиент-сервер и микроядра состоит в разбиении ее на несколько процессов - серверов, каждый из которых выполняет отдельный набор сервисных функций - например, управление памятью, управление файловой системой. Каждый сервер выполняется в пользовательском режиме. Клиент, которым может быть либо другой компонент ОС, либо прикладная программа, запрашивает сервис, посылая сообщение на сервер. Ядро ОС (называемое здесь микроядром), работая в привилегированном режиме, доставляет сообщение нужному серверу, сервер выполняет операцию, после чего ядро возвращает результаты клиенту с помощью другого сообщения (рисунок 5).

Подход с использованием микроядра заменил вертикальное распределение функций операционной системы на горизонтальное. Компоненты, лежащие выше микроядра, хотя и используют сообщения, пересылаемые через микроядро, взаимодействуют друг с другом непосредственно. Это свойство микроядерных систем позволяет естественно использовать их в распределенных средах. При получении сообщения микроядро может его обработать или переслать другому процессу. Поскольку для микроядра безразлично, поступило ли сообщение от локального или удаленного процесса, подобная схема передачи сообщений является удобной основой удаленных вызовов процедур (RPC - remote procedure calls). Микроядро занимается основной функцией ОС – управлением ресурсами, зачастую оно берет на себя функции взаимодействия с аппаратурой, хотя предпочтительно в рамках микроядра выделять машиннозависимый функции в отдельные подмодули для улучшения переносимости. Различные варианты реализации модели клиент-сервер в структуре ОС могут существенно различаться по объему работ, выполняемых в режиме ядра. На одном краю этого спектра находится разрабатываемая фирмой IBM на основе микроядра Mach операционная система Workplace OS, придерживающаяся чистой микроядерной доктрины, состоящей в том, что все несущественные функции ОС должны выполняться не в режиме ядра, а в непривилегированном (пользовательском) режиме. На другом - Windows NT, в составе которой имеется исполняющая система (NT executive), работающая в режиме ядра и выполняющая функции обеспечения безопасности, ввода-вывода и другие.

Микроядерный подход при проектировании архитектуры ОС требует ответа на вопрос, какие функции ОС следует оставить в ядре, а какие вынести из него. Модули, содержащиеся в ядре, нельзя заменить без его перекомпиляции. Причем если само микроядро является плохо структурированным, то замена одного его модуля на другой (например замена планировщика задач) может стать очень трудной задачей. С другой стороны хотя вынос за пределы ядра не основных и динамически изменяемых функций хотя и делает ОС хорошо масштабируемой и более надежной (ядро обычно выступает как единый домен сбоев, в то время как гибель внешнего сервера ОС может пережить безболезненно), это сказывается на ее производительности.

В состав микроядра обычно не включают сетевые функции, пользовательский интерфейс, файловую систему, а лишь основные функции управления???

Достоинства и недостатки микроядерного подхода

В настоящее время именно операционные системы, построенные с использованием модели клиент-сервер и концепции микроядра, в наибольшей степени удовлетворяют требованиям, предъявляемым к современным СОС.

Высокая степень переносимости и совместимости обусловлена тем, что весь машинно-зависимый код изолирован в микроядре, поэтому для переноса системы на новый процессор требуется меньше изменений и все они логически сгруппированы вместе.

Микроядерный подход позволяет легко перестраивать специализацию ОС. Является ли операционная система маленькой, как DOS, или большой, как UNIX, для нее неизбежно настанет необходимость приобрести свойства, не заложенные в ее конструкцию. Увеличивающаяся сложность монолитных операционных систем делала трудным, если вообще возможным, внесение изменений в ОС с гарантией надежности ее последующей работы. Ограниченный набор четко определенных интерфейсов микроядра открывает путь к упорядоченному росту и эволюции ОС. Обычно операционная система выполняется только в режиме ядра, а прикладные программы - только в режиме пользователя, за исключением тех случаев, когда они обращаются к ядру за выполнением системных функций. В отличие от обычных систем, система построенная на микроядре, выполняет свои серверные подсистемы в режиме пользователя, как обычные прикладные программы. Такая структура позволяет изменять и добавлять серверы, не влияя на целостность микроядра.

Надежность микроядерной архитектуры выше, чем у монолитной. Микроядро легче тестировать, при этом оно выполняется в привилегированном, защищенном режиме процессоров и сбой внешних служб, выполняющихся в отдельных виртуальных машинах в непривилегированном режиме, не приведет к краху системы в целом. Одной из проблем традиционно организованных операционных систем является наличие множества интерфейсов прикладного программирования (API - Application Programming Interface), не все из которых хорошо документированы. В результате невозможно гарантировать правильность программ, использующих несколько API, и даже правильность работы самой операционной системы. Микроядро, обладающее небольшим набором API, увеличивает шансы получения качественных программ. Конечно, этот компактный интерфейс облегчает жизнь только системных программистов; прикладной программист по прежнему должен бороться с сотнями вызовов.

Поддержка распределенных и сетевых приложений хорошо вписывается в концепцию микроядра, основанном на горизонтальному разделению служб ОС.

Основным недостатком использования микроядерного подхода на практике является снижение быстродействия на локальных задачах - замедление скорости выполнения системных вызовов при передаче сообщений через микроядро по сравнению с классическим подходом.

Основные ресурсы и службы СОС. Способы управления ими.

Важнейшей функцией операционной системы является организация рационального использования всех аппаратных и программных ресурсов системы. К основным ресурсам могут быть отнесены: процессоры, память (виртуальная память), внешние устройства.

Процесс - абстракция, описывающая выполняющуюся программу. Для операционной системы процесс представляет собой единицу выполнения и динамически изменяющуюся заявку на потребление системных ресурсов. Подсистема управления процессами планирует выполнение процессов, то есть распределяет процессорное время между несколькими одновременно существующими в системе процессами, а также занимается созданием и уничтожением процессов, обеспечивает процессы необходимыми системными ресурсами, поддерживает взаимодействие между процессами.

СОС реализует в этой подсистеме удаленное межпроцессное взаимодействие, работу процессов с удаленными ресурсами.

1. Планирование процессов

Планирование процессов включает в себя решение следующих задач:

1) определение момента времени для смены выполняемого процесса

2) выбор процесса на выполнение из очереди готовых процессов

3) переключение контекстов "старого" и "нового" процессов

Существует множество различных алгоритмов планирования процессов, по разному решающих вышеперечисленные задачи. Они преследуют различные цели и обеспечивают различное качество мультипрограммирования. Среди этого множества алгоритмов выделяются две группы наиболее часто встречающихся алгоритмов: алгоритмы, основанные на квантовании, и алгоритмы, основанные на приоритетах.

В соответствии с алгоритмами, основанными на квантовании, смена активного процесса происходит, если:

1) процесс завершился и покинул систему

2) произошла ошибка

3) процесс перешел в состояние ожидания

4) исчерпан квант процессорного времени, отведенный данному процессу

Процесс, который исчерпал свой квант, переводится в состояние готовность и ожидает, когда ему будет предоставлен новый квант процессорного времени, а на выполнение в соответствии с определенным правилом выбирается новый процесс из очереди готовых. Таким образом, ни один процесс не занимает процессор надолго, поэтому квантование широко используется в системах разделения времени.

Приоритет может выражаться целыми или дробными, положительным или отрицательным значением.Чем выше привилегии процесса, тем меньше времени он будет проводить в очередях. Приоритет может назначаться директивно администратором системы в зависимости от важности работы или внесенной платы, либо вычисляться самой ОС по определенным правилам, он может оставаться фиксированным на протяжении всей жизни процесса либо изменяться во времени в соответствии с некоторым законом. В последнем случае приоритеты называются динамическими.

Существует две разновидности приоритетных алгоритмов: алгоритмы, использующие относительные приоритеты, и алгоритмы, использующие абсолютные приоритеты.

В обоих случаях выбор процесса на выполнение из очереди готовых осуществляется одинаково: выбирается процесс, имеющий наивысший приоритет. По разному решается проблема определения момента смены активного процесса. В системах с относительными приоритетами активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не покинет процессор, перейдя в состояние ожидания (или же произойдет ошибка, или процесс завершится). В системах с абсолютными приоритетами выполнение активного процесса прерывается еще при одном условии: если в очереди готовых процессов появился процесс, приоритет которого выше приоритета активного процесса.

Во многих операционных системах алгоритмы планирования построены с использованием как квантования, так и приоритетов. Например, в основе планирования лежит квантование, но величина кванта и/или порядок выбора процесса из очереди готовых определяется приоритетами процессов.

Существует два основных типа процедур планирования процессов - вытесняющие (preemptive) и невытесняющие (non-preemptive).

Non-preemptive multitasking - невытесняющая многозадачность - это способ планирования процессов, при котором активный процесс выполняется до тех пор, пока он сам, по собственной инициативе, не отдаст управление планировщику операционной системы для того, чтобы тот выбрал из очереди другой, готовый к выполнению процесс. Программист должен обеспечить "дружественное" отношение своей программы к другим выполняемым одновременно с ней программам, достаточно часто отдавая им управление. Крайним проявлением "недружественности" приложения является его зависание, которое приводит к общему краху системы. В системах с вытесняющей многозадачностью такие ситуации, как правило, исключены, так как центральный планирующий механизм снимет зависшую задачу с выполнения.

Preemptive multitasking - вытесняющая многозадачность - это такой способ, при котором решение о переключении процессора с выполнения одного процесса на выполнение другого процесса принимается планировщиком операционной системы, а не самой активной задачей.

Для сетевых ОС наиболее рациональным является вытесняющая многозадачность, которая гарантирует обработку сетевого взаимодействия со временем реакции приближенным к системам реального времени.

Совместное использование ресурсов несколькими одновременно работающими процессами в рамках локальной ОС создает проблемы как синхронизации, так и взаимной блокировки ресурсов (для чего ОС должна реализовывать алгоритмы регламентирующие выделение ресурсов.

2. Управление памятью

Память, к которой может иметь доступ СОС может быть локальной, разделяемой, распределенной, для работы со всеми видами памяти в ОС создается менеджер памяти.

Функциями ОС по управлению памятью являются: отслеживание свободной и занятой памяти, выделение памяти процессам и освобождение памяти при завершении процессов, вытеснение процессов из оперативной памяти на диск, когда размеры основной памяти не достаточны для размещения в ней всех процессов, и возвращение их в оперативную память, когда в ней освобождается место, а также настройка адресов программы на конкретную область физической памяти.

Современная СОС должна уметь работать с виртуальной памятью, так как это позволяет оптимально использовать ресурс и добиваться увеличения быстродействия по сравнению с работой с физической памятью.

Виртуальная память - это совокупность программно-аппаратных средств, позволяющих пользователям писать программы, размер кода и данных которых превосходит имеющуюся оперативную память; для этого виртуальная память решает следующие задачи:

Размещает данные в запоминающих устройствах разного типа, например, часть программы в оперативной памяти, а часть на диске;

Перемещает по мере необходимости данные между запоминающими устройствами разного типа, например, подгружает нужную часть программы с диска в оперативную память;

Преобразует виртуальные адреса в физические.

Не вдаваясь в подробности можно заметить, что наиболее эффективные алгоритмы работы с памятью наиболее сложны в реализации. Наиболее оптимальны сегментно-страничная организация виртуальной памяти с использованием упреждающих алгоритмов подкачки и выталкивания страниц.

Также необходимо стремиться к оптимальному использованию кэширования данных (рис. 6 – иерархия ЗУ)

Рис. 6. (Иерархия ЗУ)

3. Управление вводом-выводом

Одной из главных функций ОС является управление всеми устройствами ввода-вывода компьютера. ОС должна передавать устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки; она также должна обеспечивать интерфейс между устройствами и остальной частью системы.

Такое понятие, как сетевые операционные системы, начало приобретать широкое распространение в 1995 году. Как можно догадаться, этому поспособствовало появление нового продукта от компании Microsoft. А именно - операционной системы Windows 95. Она и считается родоначальницей данного класса продуктов. Основное отличие такой ОС - это возможность полноценной работы в сети, в сетевом окружении. Конечно, были и до этого программы, которые могли в таком режиме функционировать. Например, UNIX и Novell NetWare - это тоже сетевые операционные системы. Но они активно использовались лишь в строго определенных кругах, из-за этого не получили широкого распространения. А вот Microsoft сделал действительно успешный продукт, который стал родоначальником целого семейства таких программ.

Какими они бывают

Наибольшее распространение получили следующие ОС такого класса:

Windows;
Linux и Unix;
Android;
Novell Net Ware;
Mac OS.

Некоторые из них успешно развиваются, некоторые морально и физически устарели, встретить их уже достаточно проблематично. Но одно можно с уверенностью утверждать: все это - сетевые операционные системы.

ПО Microsoft

Как было сказано ранее, все продукты североамериканского софтверного гиганта в обязательном порядке снабжаются полноценной поддержкой работы в сети. Последняя версия Windows с индексом 8 - не исключение, она обладает возможностью полноценной работы в сети. Это наиболее массовый продукт для персональных компьютеров, который нашел повсеместное применение. Самой популярной по количеству установок является операционная система Windows XP. Несмотря на то, что она выпущена был более 10 лет назад, она все равно продолжает работать на достаточно большом количестве компьютеров и устраивает пользователей, которые ее используют.

Linux и Unix

Многие квалифицированные специалисты с уверенностью заявляют, что у Linux и Unix мало общего. Но это на самом деле не так. Linux был разработан на базе Unix, и исходный код у них был похожим. Дальнейшим развитием этой линейки ОС стало появление Android. Первые два программных продукта ориентированы на работу на компьютере, а вот последняя - это наиболее успешная операционная система для мобильных устройств. Наиболее часто она применяется в планшетах, "умных" часах и смартфонах. Это тоже сетевые операционные системы.

Novell Net Ware

Продукт компании Novell с названием Net Ware не приобрел большого распространения. Это и закономерно, поскольку данная ОС является серверной. Сейчас она получила логическое продолжение в виде Open Enterprise Server, которую еще можно встретить на некоторых серверах. Она еще является достаточно свежим продуктом, выпущенным в 2011 году.

iOS и Mac OS

Компания Apple разработала два подобных продукта. Первый - это iOS, используемый в мобильном сегменте продукции данного производителя (планшеты и смартфоны). Второй - это Mac OS, применяемый на персональных компьютерах.

Заключение

Загрузка операционной системы с поддержкой сети отличается от обычной тем, что в ее процессе происходит инициализация сетевых служб. Именно за счет них и стал возможен обмен информацией между двумя различными компьютерами. Это и послужило первоисточником цифровой революции, свидетелями которой мы поневоле стали. Теперь без проблем ПК, которые находятся в разных частях мира, могут связаться между собой.

Чтобы компьютеры, подключенные к локальной сети, могли обмениваться данными, необходимы соответствующие программные средства. Как правило, базовые сетевые программные средства входят в состав операционной системы, либо операционная система может быть дополнена соответствующими программами. Примером ОС с поддержкой сети является Windows XP Professional.

При работе с сетью компьютер может выступать в двух ролях:

Если компьютер обращается за информацией и сервисами к другому компьютеру сети, то такой компьютер называют рабочей станцией (work station);

если компьютер предоставляет свою информацию и сервисы другим компьютерам сети, то он называется сервером.

Сервер может предоставлять различные сервисы, из которых наиболее известны следующие: хранение и предоставление файлов (файловый сервер); вывод на принтер (сервер печати); получение и пересылка факсимильных сообщений (факс-сервер); получение, хранение и передача сообщений электронной почты (почтовый сервер); размещение сайтов (web-cepвep).

Сервисы, предоставляемые сервером, называются службами. На одном и том же сервере может выполняться сразу несколько служб.

Чтобы сервер предоставлял тот или иной сервис, необходимо запустить соответствующую программу в составе серверной ОС.

Для обращения к службам серверов с рабочих станций необходимо запустить соответствующую программу, называемую клиентом.

Локальные сети, в которых имеются серверы, предоставляющие службы, и клиентские компьютеры, называются сетями, построенными по технологии «клиент-сервер». Возможно совмещение этих функций каждым компьютером сети, когда все эти компьютеры являются равноправными. Локальная сеть, состоящая из равноправных ПК, называется одноранговой

Сетевая ОС состоит из следующих частей:

– средства управления локальными ресурсами – распределение памяти, планирование процессов и т.д.;

– серверная часть – предоставление собственных ресурсов и услуг в общее пользование;

– клиентская часть – обеспечивает доступ к удаленным ресурсам и услугам

Сетевые ОС :

– одноранговые – каждый компьютер в сети может выполнять функции как клиента, так и сервера (одноранговая сеть);

– с выделенным сервером – устанавливаются на отдельный компьютер – сервер (сеть с выделенным сервером)

Сети с выделенным сервером :

Преимущества :

– высокая производительность;

– наличие развитых средств управления и администрирования в сети;

– наличие развитых средств связи удаленных сегментов сети;

– распределенный режим работы клиент-сервер;

Недостатки :

– сложность в освоении и эксплуатации

Примеры сетевых ОС с выделенным сервером: Windows NT; Windows 2000; Windows XP; Novell Net Ware; Unix; Linux.

Windows 2000 Server может выступать как: файл- сервер; сервер печати; сервер приложений; контроллер домена; сервер удаленного доступа; сервер Интернета; сервер обеспечения безопасности данных; сервер резервирования данных; сервер связи; сервер вспомогательных служб.

Операционная система сети включает в себя набор управляющих и обслуживающих программ, обеспечивающих:

‒ межпрограммный метод доступа (возможность организации связи между отдельными прикладными программами комплекса, реализуемыми в различных узлах сети);

‒ доступ отдельных прикладных программ к ресурсам сети (и в первую очередь к устройствам ввода-вывода);

‒ синхронизацию работы прикладных программных средств в условиях их обращения к одному и тому же вычислительному ресурсу;

‒ обмен информацией между программами с использованием сетевых «почтовых ящиков»;

‒ выполнение команд оператора с терминала, подключенного к одному из узлов сети, на каком-либо устройстве, подключенном к другому удаленному узлу компьютерной сети;

‒ удаленный ввод заданий, вводимых с любого терминала, и их выполнение на любом компьютере в пакетном или оперативном режиме;

‒ обмен наборами данных (файлами) между компьютерами сети;

‒ доступ к файлам, хранимым в удаленных компьютерах, и обработку этих файлов;

‒ защиту данных и вычислительных ресурсов сети от несанкционированного доступа;

‒ выдачу различного рода справок об использовании информационных, программных и технических ресурсов сети;

‒ передачу текстовых сообщений с одного терминала пользователя на другие (электронная почта).

С помощью операционной системы сети:

‒ устанавливается последовательность решения задач пользователя;

‒ задачи пользователя обеспечиваются необходимыми данными, хранящимися в различных узлах сети;

‒ контролируется работоспособность аппаратных и программных средств сети;

‒ обеспечивается плановое и оперативное распределение ресурсов в зависимости от возникающих потребностей различных пользователей компьютерной сети.

Таким образом, сетевое программное обеспечение, поддерживающее функционирование сети, управляющее ресурсами сервера, обеспечивающее организацию услуг сети и предоставляющее к ним доступ многим пользователям сети, называетсясетевой операционной системой. Сетевая операционная система необходима для работы сети, так же как для локального персонального компьютера нужна одна из операционных систем: DOS, Windows 95, OS/2, UNIX. Ее основная часть размещается на сервере; а на рабочих станциях устанавливается только небольшая оболочка, выполняющая роль интерфейса между программами, обращающимися за ресурсом, и сервером. Сетевое программное обеспечение предоставляет всем пользователям сети внешнюю память сервера для хранения программ и данных, общий принтер и обеспечивает обмен информацией между рабочими станциями.

Сетевая ОС Windows XP

Сетевые возможности уже включены в состав ОС Windows XP и нуждаются только в настройке и активизации. В Windows XP каждый компьютер имеет уникальное в пределах сети имя. Если на компьютере активны какие-либо службы, то к ним можно получить доступ с других компьютеров сети.

Стандартно в ОС входят служба доступа к файлам и служба печати.

Файловая служба . Задачей файловой службы является предоставление другим ПК возможности читать, изменять или создавать файлы. Очевидно, что, когда много пользователей работает с одним и тем же файлом, они могут мешать друг другу, поэтому можно разрешить им только читать файлы, но не исправлять их. Для этого файловая служба предоставляет механизм разграничения прав доступа. В Windows XP можно предоставлять для доступа клиентов любое количество каталогов (папок). При этом каждый каталог имеет уникальное имя, определенное при конфигурации файловой службы, и называется ресурсом.

Для каждого ресурса может быть определен режим доступа:

Доступ с паролем - для работы с данным ресурсом необходимо знать пароль.

Служба печати . Иногда бывает сложно снабдить все компьютеры отдельными принтерами. Тогда в сети выделяется один из компьютеров, подключенный к принтеру, который предоставляет свои услуги для печати документов всем остальным клиентам сети. Поддержка сервера и клиентов печати входит в операционную систему Windows и нуждается только в настройке. Для этого на сервере необходимо установить принтер в общий доступ:

Выбрать в меню Пуск команду Принтеры и факсы ;

Выделить желаемый принтер;

Выбрать в меню Файл пункт Общий доступ и пометить флажок Общий доступ к данному принтеру .

На всех клиентских компьютерах для доступа к этому принтеру необходимо установить его как сетевой принтер. Это делается точно так же, как и установка локального («обычного») принтера, но в процессе настройки в соответствующем Мастере нужно пометить кнопку Сетевой принтер .

Оценить сетевую ОС можно по ее соответствию основным требованиям к сетевой среде, а именно по возможности:

Совместного использования файлов и принтеров при высокой производительности;

Эффективного выполнения прикладных программ, ориентированных на архитектуру клиент-сервер, в том числе прикладных программ производителей;

Работать на различных платформах и с различным сетевым оборудованием;

Обеспечить интеграцию с Internet: поддержку протокола TCP/IP, протокола динамической настройки (Dynamic Host Configuration Protocol -DHCP), программного обеспечения Web-сервера;

Дистанционного доступа к сети;

Организации внутренней электронной почты, групповых дискуссий;

Доступа к ресурсам в территориально разбросанных, многосерверных сетях с помощью служб каталогов и имен.

Любая из перечисленных сетевых ОС (с той или иной точки зрения) может быть названа лучшей, хотя ни одна из них не может удовлетворить все требования пользователя полностью. Для удовлетворения всех требований к сетевой обработке целесообразно объединять сетевые ОС разных производителей. В настоящее время в большинстве сетей используются несколько сетевых ОС. Для достижения универсальности и производительности часто совместно используются NetWare и Windows NT Server. При этом NetWare используют для работы с файлами и обслуживания печати, поскольку она обеспечивает более широкие возможности и универсальность этих служб, a Windows NT - для обмена сообщениями и работы серверов приложений, таких как СУБД, на различных платформах.

В сетях NetWare и Windows NT принципиально разное построение служб управления каталогами. В NetWare 4.1 используется NetWare Directory Service (NDS), позволяющая представить сеть в виде древовидной структуры. Служба управления каталогами в сетях Windows NT представляет собой набор доменов, состоящих в доверительных отношениях. Обе службы предоставляют возможность централизованно управлять сетью со многими серверами. Причем пользователю, однократно зарегистрировавшемуся в сети, предоставляется возможность соединения с различными серверами. В NDS удобнее просматривать все ресурсы сети, переносить (логически) пользователя из одной части дерева в другую. Доменная система позволяет более гибко настраивать отношения между доменами. Домен может иметь как всю информацию о другом домене, так и частичную, либо вообще никакой.

Все перечисленные ОС имеют достаточно хорошие клиентские средства для работы с файлами и печатью. Многие производители выпускают программное обеспечение клиента, способное работать с разнотипными серверами. Так, Windows 95 включает универсального клиента, способного работать с серверами всех перечисленных сетевых ОС и еще некоторых других. Причем пользователь может и не знать, к услугам какого сервера он обращается.

В состав Windows 95 входит клиентское программное обеспечение как для Windows NT, так и для NetWare. Пользователю предоставляется прозрачный доступ как к ресурсам доменов, так и к дереву NDS. Открыв папку Сетевое окружение, пользователь увидит все доступные домены сети Windows NT, все доступные серверы NetWare и контексты NDS. Раскрыв папку с контекстом NDS, пользователь увидит дисковые тома и очереди печати, открыв папку, соответствующую Windows NT Server, - предоставленные в совместное использование файловые и принтерные ресурсы. Если открыть папку, соответствующую файловому тому, отобразится структура каталогов этого тома и расположенные в них файлы. В заголовке окна отображается имя контекста и имя тома. Любой из этих каталогов можно отобразить как логический сетевой диск. Таким образом, для пользователя неважно, каким способом осуществляется доступ к сетевым ресурсам. Будь это каталог сервера Windows NT, каталог сервера NetWare или объект в NDS, доступ к нему одинаков.

Windows NT Server и Workstation обеспечивают пользователям, в том числе пользователям NetWare, прозрачный доступ к серверам смешанной сети. Клиенты NetWare 4.1, разработанные для Windows NT, также позволяют пользователям Windows Workstation получить доступ к NDS. Windows NT Server можно включить в уже существующую сетевую среду с NetWare и использовать его в качестве сервера приложений. На нем могут работать: сервер баз данных, сервер электронной почты, сервер связи, сервер Web-страниц и т. д. В свою очередь, пользователи Windows NT могут получить доступ к серверам NetWare.

Сетевая ОС NetWare

Для обеспечения функционирования локальной сети, использующей файловый сервер, в настоящее время разработан целый ряд сетевых операционных систем. Одной из них является NetWare фирмы Novell.

Перечислим основные функции сетевой операционной системы, реализуемые NetWare:

Разделение дисков файлового сервера, обеспечивающее совместное надежное хранение и доступ к файлам. Доступ может осуществляться с различных операционных систем на рабочих станциях.

Управление коммуникацией при различных топологиях подсетей и используемых в коммуникационных протоколах. Так, рабочие станции UNIX, как правило, используют протокол TCP/IP, а персональные компьютеры сети NetWare - IPX/SPX, и сетевая ОС обеспечивает поддержку этих протоколов.

Обеспечение работы на сервере программ, расширяющих и дополняющих функции самой сетевой ОС. Эти программы называются загружаемыми модулями NetWare (NLM, NetWare Loadable Modules). Модули NLM разрабатываются как самой фирмой-производителем, так и сторонними фирмами. NLM служат для обеспечения работы баз данных (хранения и обработки баз данных на сервере баз данных с высокой скоростью). Примерами таких NLM могут являться модули, служащие для доступа к СУБД Oracle, Sybase или Microsoft SQL Server.

Структура локальной сети моноканальной топологии с файловым сервером представлена на рис.:

Рис. – Локальная сеть персональных компьютеров Novell NetWare с малоканальной структурой

Сетевая ОС NetWare координирует функционирование рабочих станций и регулирует процесс совместного использования сетевых ресурсов. Кроме того, сетевая ОС предоставляет различные средства администрирования сети. Эти средства обеспечивают защиту данных и их целостность, контролируя права доступа к ним.

ОС NetWare, как и другие сетевые ОС, ориентирована на работу с различными платами. Перечень возможных видов плат очень широк. Поддерживает многие платы Ethernet, Token-Ring, Arcnet. В соответствии с этим сетевая ОС обеспечивает работу сети любой структуры, в том числе моноканальной.

Драйвер является связующим звеном между оболочкой, функционирующей на рабочей станции, и сетевой платой. Программа-драйвер поставляется вместе с сетевой платой и обеспечивает настройку на физические особенности платы.

Локальная сеть с несколькими файловыми серверами

При большом числе пользователей в сети ее территориальной разбросанности, различных функциях, выполняемых сетью, целесообразно разделить ее на отдельные небольшие сети, каждая из которых содержит файловый сервер. При этом повышается производительность сети, время ответа пользователю значительно снижается, повышается надежность сети, так как сбой в одной сети приводит к нарушению работоспособности только этой сети. NetWare позволяет разделить большую сеть на несколько сетей, обеспечивая при этом связь сетей, при которой пользователи любой сети имеют доступ к ресурсам всех других сетей и не ощущают разделения сети на несколько. NetWare объединяет выделенные сети за счет остановки (в частности) нескольких сетевых плат на файловом сервере или на отдельном компьютере. Используются также маршрутизаторы (routers) и мосты bridges).

Компьютер, выполняющий роль моста или маршрутизатора, устанавливается по одному сетевому адаптеру на каждую из связываемых сетей. Мост, как правило, используется для связи сетей с одинаковыми коммуникационными системами, Например для объединения двух сетей Ethernet. Пакеты, поступающие на мост, переадресовываются и посылаются в другую сеть по указанному адресу. Маршрутизаторы преобразуют коммуникационные пакеты из одного формата в другой. Файловый сервер NetWare может соединять несколько сетей за счет установки нa нем дополнительных сетевых адаптеров одного или разных типов и выполнять роль маршрутизатора. Такое решение называется встроенным маршрутизатором (internal router) и является наиболее дешевым способом разделения сети нa сегменты. Однако надо заметить, что это возлагает дополнительную нагрузку нia сервер, который теперь должен обрабатывать маршрутную информацию.

На рис. показана общая структура базовой локальной сети Novell NetWare, фрагментированной на четыре части, каждая из которых установлена в отдельной аудитории университета и имеет свой файловый сервер. В качестве маршрутизаторов в сети использованы файловые серверы. В этой сети пользователь из любой аудитории может иметь доступ к любому из файловых серверов.

Поскольку при объединении нескольких сетей в единую сеть все они подключаются к некоторой базовой сети, являющейся связующим звеном, ей требуется высокая производительность. В настоящее время имеются такие высокопроизводительные архитектуры сетей, как:

FDDI (Fiberoptic Distributed Data Interface) - оптоволоконный интерфейс передачи данных и CDDI (Copper Distributed Data Interface) - интерфейс передачи данных по проводам, обеспечивающие скорость передачи 100 Мбит/с;

(Fast) Ethernet - 100 Мбит/с.

ATM (Asynchronous Transfer Method) - асинхронный метод передачи данных, обеспечивающий скорость до 622 Мбит/с.

Высокоскоростные линии связи базовой сети также позволяют объединить сети, размещенные на значительном расстоянии друг от друга. Они превращают объединенную сеть, ограниченную некоторым незначительным пространством, в корпоративную глобальную сеть, подсети которой могут быть размещены в разных странах и континентах.

Рис. – Структура сети NetWare Novell с несколькими файловыми серверами, выполняющими роль маршрутизаторов

Для получения пользователем доступа к ресурсам сети и управления ими на рабочей станции необходимо клиентское программное обеспечение. К этому типу программного обеспечения относятся утилиты самой сетевой операционной системы. Кроме того, клиентское программное обеспечение может поставляться сторонними фирмами или являться составной частью некоторой другой программной системы. Для выполнения работ администратора, оператора и пользователя в состав NetWare включено большое количество обслуживающих программ-утилит, которые выполняются на рабочей станции. Такие операционные системы, как Windows, имеют встроенные средства, достаточные для удовлетворения большинства пользовательских потребностей.

Основой наглядного представления ресурсов сети пользователю, простого и быстрого их поиска является служба каталогов NetWare - NDS (NetWare Directory Service). Служба каталогов поддерживает все ресурсы сети (серверы, дисковые тома, принтеры, очереди печати) и имена пользователей сети в единой базе данных. NDS позволяет пользователю одновременно видеть сеть, состоящую из множества подсетей, целиком, обеспечивая простои поиск нужного ресурса и защиту ресурса от несанкционированного доступа. В базе данных каждый сетевой ресурс представляется как объект, обладающий определенным набором свойств. Например, объектами являются и сервер сети, и дисковый том, п группа пользователей. Для того чтобы упорядочить объекты в соответствии с потребностями пользователя, которые часто диктуются административной структурой организации, имеется возможность создавать контейнеры.

Контейнер позволяет сгруппировать взаимосвязанные объекты так же, как в файловых системах каталог объединяет группу файлов. Например, если вы хотите объединить ресурсы в соответствии с их размещением в аудиториях университета, надо создать контейнеры с именами аудитории. Далее эти контейнеры могут быть объединены в контейнере факультета; в свою очередь, контейнеры факультета могут быть объединены в контейнер университета. Если университет имеет отделения в разных странах, могут быть созданы контейнеры стран. Таким образом, в NDS допускается создание контейнеров трех типов - страны, организации и организационной единицы, такой как факультет, аудитория. Включением контейнеров низкого уровня в более высокие уровни образуется иерархическая структура, на самом нижнем уровне которой размещаются сетевые объекты.

База данных NDS, которая хранит объекты сети, является иерархической и отображается утилитами в виде древовидной структуры, аналогичной той, что используется Windows для отображения структуры диска, поэтому она часто называется деревом каталогов.

С именованием объектов пользователь сталкивается прежде всего при регистрации в сети, когда требуется ввести свое имя, чтобы получить доступ к сети. Пользователь является объектом сети и занимает определенное положение в иерархическом дереве каталогов - лист дерева. Положение объекта в дереве каталогов определяет полное имя любого объекта. Это полное имя, так же как полное имя файла, содержит путь к собственно имени объекта - конечному элементу в пути. Однако, в отличие от полного имени файла, где путь начинается с корня дерева, в службе каталогов сети он начинается с имени объекта и далее через точку указываются все контейнеры, в которые последовательно «вкладывалось» имя объекта.

Например, студент Смирнов представлен в сети именем пользователя Smirnov. Смирнов учится в группе EY11 (контейнер Ey11), группа занимается в аудитории 209 (контейнер 209) и хранит данные на сервере этой аудитории, аудитория принадлежит экономическому факультету (контейнер Econ_fak). Контейнер организации имеет имя университета - Gsu. Полное сетевое имя этого студента запишетcя так:

Smirnov. Ey11.209. Econ_fak.Gsu

Существует более явный, но и более длинный способ задания сетевого имени объекта, в котором каждой части имени предшествует сокращение, описывающее тип объекта.

Обьекты сети, представляющие ее элементы и называемые листьями в дереве каталогов, обозначаются CN. Они не могут содержать другие объекты.

Контейнеры, предназначенные для объединения объектов в группы, подразделяются на три типа и обозначаются:

Контейнер-страна - С (этот контейнер может отсутствовать в дереве сети),

Контейнер-организация - О (в сети должен содержаться хотя бы один такой контейнер, контейнер типа О не может содержать другой контейнер типа О),

Контейнер-подразделение - OU (не обязателен, но если присутствует, должен входить в контейнер типа О непосредственно или через другой контейнер типа OU. Число ступеней вложенности контейнеров типа OU друг в друга не ограничено).

Верхний обязательный уровень NDS, как и в структуре диска, называется корневым. Дерево сети может иметь единственный корень. Графическими утилитами NetWare корень изображается пиктограммой Земли.

Как в ссылках на имя файла указываемый путь зависит от того, какой каталог является текущим в данный момент, так и при использовании имени объекта важно, какой контейнер является текущим или, как принято говорить, в каком контексте используется имя объекта. Таким образом, контекст представляет собой список контейнеров от корневого до текущего. В результате, если установлен текущим ваш контейнер, вы можете пользоваться только собственным именем объекта, не указывая пути к нему. При установке в качестве текущего некоторого промежуточного контейнера по пути к объекту нужно в имени объекта указать только цепочку контейнеров, вложенных в текущий. Система, дополнив указанное имя контекстом, сформирует полный путь объекта.

Если в приведенном ранее примере принять условие, что в качестве текущего установлен контекст Gsu.Econ_fak, пользователю достаточно ввести имя:

Smirnov.Eyl1.209

Способы изменения текущего контекста зависят от используемого на рабочей станции клиентского программного обеспечения.

Права доступа к объекту

При создании дерева каталогов большой сети не очень удобно, а часто и недопустимо предоставление всем пользователям информации о всех ветвях дерева. Система использует права доступа к объекту, с помощью которых администратор может ограничить пользователя. Одни пользователи смогут создавать, изменять, удалять объекты, а другие даже не увидят их в дереве каталогов. Администратор имеет неограниченные права над объектами и может передать их некоторым пользователям. В NetWare используются пять видов прав для управления доступом к ветвям дерева каталогов:

Supervisor (Администратор) – полный контроль объекта;

Browse (Просмотр) – просмотр объекта в дереве каталогов;

Create (Создать) – создание новых объектов;

Delete (Удалить) – удаление объектов;

Rename (Переименовать) – изменение имени объекта.

Права доступа, предоставленные контейнерам, автоматически распространяются на объекты, которые находятся в этом контейнере. Таким образом, можно всем пользователям, включенным в один контейнер, предоставить одинаковые права, выполнив соответствующую процедуру только для контейнера. Кроме того, можно создать объект группы, и включаемые в группу пользователи также автоматически получат права группы. Группа, в свою очередь, получает права контейнера, в который она входит. Помимо прав доступа к объектам в системе используются права доступа к свойствам объектов, которые позволяют еще более точно разграничить доступ пользователей к информации сети.

Похожая информация.

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 (рисунок 1):

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.

Рис. 1. Структура сетевой ОС

В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части.

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.

Пользователи и администраторы сетей отделов вскоре осознают, что они могут улучшить эффективность своей работы путем получения доступа к информации других отделов своего предприятия. Если сотрудник, занимающийся продажами, может получить доступ к характеристикам конкретного продукта и включить их в презентацию, то эта информация будет более свежей и будет оказывать большее влияние на покупателей. Если отдел маркетинга может получить доступ к характеристикам продукта, который еще только разрабатывается инженерным отделом, то он может быстро подготовить маркетинговые материалы сразу же после окончания разработки.

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.

Корпоративная сеть соединяет сети всех подразделений предприятия, в общем случае находящихся на значительных расстояниях. Корпоративные сети используют глобальные связи (WAN links) для соединения локальных сетей или отдельных компьютеров.

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, многие существующие методы и подходы к решению традиционных задач сетей меньших масштабов для корпоративной сети оказались непригодными. На первый план вышли такие задачи и проблемы, которые в сетях рабочих групп, отделов и даже кампусов либо имели второстепенное значение, либо вообще не проявлялись. Например, простейшая для небольшой сети задача ведения учетной информации о пользователях выросла в сложную проблему для сети масштаба предприятия. А 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. Такие приложения разделяются на несколько частей, например, на одном компьютере выполняется часть приложения, связанная с выполнением запросов к базе данных, на другом - запросов к файловому сервису, а на клиентских машинах - часть, реализующая логику обработки данных приложения и организующая интерфейс с пользователем. 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. Подобно большой организации, корпоративная сеть нуждается в централизованном хранении как можно более полной справочной информации о самой себе (начиная с данных о пользователях, серверах, рабочих станциях и кончая данными о кабельной системе). Естественно организовать эту информацию в виде базы данных. Данные из этой базы могут быть востребованы многими сетевыми системными приложениями, в первую очередь системами управления и администрирования. Кроме этого, такая база полезна при организации электронной почты, систем коллективной работы, службы безопасности, службы инвентаризации программного и аппаратного обеспечения сети, да и для практически любого крупного бизнес-приложения.

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. С одной стороны, в крупномасштабной сети объективно существует больше возможностей для несанкционированного доступа - из-за децентрализации данных и большой распределенности "законных" точек доступа, из-за большого числа пользователей, благонадежность которых трудно установить, а также из-за большого числа возможных точек несанкционированного подключения к сети. С другой стороны, корпоративные бизнес-приложения работают с данными, которые имеют жизненно важное значение для успешной работы корпорации в целом. И для защиты таких 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.

Контрольные вопросы:

Какие основные виды кабелей закладываются в проекты локальных вычислительных сетей?

Какой кабель наиболее подходит для использование на дальние расстояния?

Какой кабель наиболее подходит для использование на близкие расстояния?

Перечислить основные типы экранов UTP– кабеля.

Какие два основных стандарта существуют для распределения пар проводов по контактам разъемов RJ45?

Какие типы кабелей позволяют работать на скоростях выше 10мbit/sec?

Назначение коммутатора - switch.

Назначение концентратора - hub

Назначение маршрутизатора – router

Что называют сетевой операционной системой в широком смысле?

Что называют сетевой операционной системой в узком смысле?

Перечислить и описать признаки корпоративных ОС.

Какие несколько частей можно выделить в сетевой операционной системе отдельной машины?

Что входит в обязанности администратора?

Перечислить современные сетевые ОС?

Сетевая операционная система - операционная система со встроенными возможностями для работы в компьютерных сетях. К таким возможностям можно отнести: поддержку сетевого оборудования; поддержку сетевых протоколов; поддержку протоколов маршрутизации; поддержку фильтрации сетевого трафика; поддержку доступа к удалённым ресурсам, таким как принтеры, диски и т. п. по сети; поддержку сетевых протоколов авторизации; наличие в системе сетевых служб, позволяющих удалённым пользователям использовать ресурсы компьютера.

Примеры сетевых операционных систем : Novell NetWare; Microsoft Windows (95, NT и более поздние); Различные UNIX системы, такие как Solaris, FreeBSD; Различные GNU/Linux системы; IOS; ZyNOS компании ZyXEL.

Основное назначение . Главными задачами являются разделение ресурсов сети (например, дисковые пространства) и администрирование сети. С помощью сетевых функций системный администратор определяет разделяемые ресурсы, задаёт пароли, определяет права доступа для каждого пользователя или группы пользователей. Отсюда деление:

— сетевые ОС для серверов;

— сетевые ОС для пользователей.

Существуют специальные сетевые ОС, которым приданы функции обычных систем (Пр.: Windows NT) и обычные ОС (Пр.: Windows XP), которым приданы сетевые функции. Сегодня практически все современные ОС имеют встроенные сетевые функ

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 (рисунок 1.1):

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.

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.