Файл: Телекоммуникационные системы и сети - КНИГА.doc

13.4. Сетевые операционные системы

Системные программные средства, управляющие процессами в компьютерных сетях, объединенные общей архитектурой, опреде-ленными коммуникационными протоколами и механизмами взаимодействия вычислительных процессов, называются сетевыми операционными системами. Они предназначены для эффективного решения задач распределенной обработки данных, т.е. обработки данных не на отдельном локальном компьютере, а на нескольких объединенных сетью, причем часто бывает неважно - локальной или глобальной.

Сетевые операционные системы ограничены областью своего действия. Сетевые супервизоры (управляющие программы) поддер-живают работу одной или нескольких взаимодействующих локальных сетей. Если взаимодействуют несколько сетей (организована интерсеть), то сетевое программное обеспечение реализуется также в шлюзах и мостах, связывающих эти сети, а все сетевые объекты (рабочие станции, серверы), принадлежащие разным сетям, подчи-няются общему адресному пространству.

Сетевые операционные системы, поддерживая распределенное выполнение процессов, их взаимодействие, обмен данными между процессорами, доступ пользователей к общим ресурсам и другие функции, выполняют важные системные требования к распределен-ной системе как к целостной и многопользовательской.

Требования к сетевым операционным системам. Различают следующие системные требования:

1. Единая системная архитектура.

2. Обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности.

3. Высокоуровневая и высоконадежная файловая система. Единая системная архитектура. Понятие «системная архитекту-ра» охватывает следующие вопросы:

- распределение функций между узлами сети;

- принципы построения коммуникационных протоколов;

- методы выполнения отдаленных операций типа «клиент- сервер»;

- структуру сетевой файловой системы;

- уровни прозрачности доступа к сети;

- принципы защиты данных;

- свойства общесетевого адресного пространства. Примером мо-жет служить адресация в Internet.

Обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности. Сете-вая операционная система должна обеспечивать для пользователей доступ к многообразным сетевым ресурсам независимо от степени распределенности, неоднородности и мобильности данных, программ и устройств. Высокий уровень прозрачности означает, что обеспечи-ваются прозрачность доступа, прозрачность имен, прозрачность фи-зических устройств и сетевой среды и т.д. Сетевая операционная сис-тема изолирует от пользователя все различия, особенности и физи-ческие параметры привязки процессов к обрабатываемым сетевым ресурсам. Например, пользователь может обратиться к процессу печати определенных данных, называя их уникальными составными именами, но совершенно не заботится о том, где практически нахо-дятся эти данные, и на каком физическом принтере они будут рас-печатаны.

Высокоуровневая и высоконадежная файловая система. Фай-ловая система, поддерживаемая сетевой операционной системой и входящая в ее состав, должна эффективно организовать хранение информации общего пользования и обеспечивать одновременный доступ к ней многих пользователей. Высокоуровневость означает, что доступ обеспечивается как к локальным файлам (расположенным на рабочих станциях), так и к удаленным (на серверах) на различных уровнях (справочник файлов; файл; именованный блок; сегмент файла).

В сетевом режиме должны поддерживаться разнообразные опера-ции с файлами (читать, писать, удалять, модифицировать). Протокол удаленного доступа и управления файлами должен обеспечивать все необходимые сетевые функции создания, обработки, пересылки и защиты файла.

Файловая система - центральный элемент сетевой операционной системы, определяющий производительность и надежность всей рас-пределенной системы в целом [9].

Примеры сетевых операционных систем. Рассмотрим несколь-ко наиболее распространенных сетевых операционных систем. До недавнего времени наиболее широко использовались операционные системы фирмы Novell, различные версии операционной системы Netware. Все они делятся на две группы - одноранговые и операци-онные системы с выделенными серверами.

К одноранговым можно отнести NetWare Lite и Personal NetWare, а ко второй группе - версии NetWare 2.2, NetWare 3.12 и NetWare 4.0. Разница состоит в том, что в одноранговых сетях каждая станция мо-жет выполнять как функции сервера, так и рабочей станции, а в сетях с выделенными серверами роли расписаны более жестко: рабочие станции не разделяют свои ресурсы - это возможно только для сер-веров. Файлы, предназначенные для многих пользователей, хранят-ся на сервере. Винчестер на выделенном сервере форматируется специальным образом, что повышает надежность и сохранность информации.

В основном все версии операционных систем фирмы Novell, вклю-чая версию 4.0, предполагают использование серверов в режиме файл-сервер, т. е. для хранения и предоставления (разделения) меж-ду рабочими станциями файлов. Отличной можно считать лишь опе-рационную систему UnixWare, сервер которой может выполнять при-кладные задачи пользователей.

Следующий тип сетевой операционной системы - это OS/2, работу над которой в 1985 г. начали совместно фирмы IBM и Microsoft. После 1991 г. совместные работы были прекращены (начиная с 1993 г. Mi-crosoft стала выпускать собственную операционную систему Windows NT). В настоящее время IBM выпустила несколько версий OS/2 [8].

Фирма Microsoft выпустила две версии операционной системы Windows NT 3.51 и 4.0. Программные продукты предлагаются в виде двух наборов: Microsoft BackOffice (последняя версия 2.5) с сервер-ными продуктами и Microsoft Office (последняя версия Microsoft Office 97) с продуктами, устанавливаемыми на рабочие станции локальной сети. В состав BackOffice входят:

1) Microsoft NT server 4.0;

2) Microsoft SQL server 6.5 - программа, представляющая из себя се-тевую систему управления базами данных (СУБД);

3) Microsoft Exchange server - программа, обеспечивающая обмен почтовой информацией в сетях Microsoft;

4) Microsoft SMS server - программное обеспечение для сетевого ад-министрирования;

5) Microsoft SNA server - программное обеспечение шлюза с супер-ЭВМ.

В состав Microsoft Office 97 входит набор прикладного програм-много обеспечения, предназначенного для автоматизации дело-производства:

1) система управления базами данных ACCESS;

2) электронные таблицы EXCEL;

3) текстовой редактор WORD и другие полезные программные сред-ства, обеспечивающие прозрачный перенос информации между каждым из перечисленных приложений.

Центральное место среди сетевых операционных систем занимает UNIX - это многопользовательская, многозадачная операционная система. Компьютер, работающий, под управлением UNIX, может ре-шать одновременно несколько задач, которые принадлежат разным пользователям [23]. Управление этими задачами производится с раз-личных терминалов, присоединенных к UNIX-серверу. Разработка этой операционной системы началась с 1969 г. в компании Bell Laboratories.

В настоящее время существует великое множество вариантов этой операционной системы, разработанной различными фирмами -производителями программных продуктов. Среди них можно выде-лить следующие:

1) IBM с операционной системой AIX (последняя версия 4.3);

2) Santa Cruz Operation (SCO) - OpenServer Enterprise System Release 5;

3) Hewlett-Packard - операционная система HP-UX;

4) Digital Equipment Corporation - операционная система OSF;

5) свободно распространяемая UNIX - подобная операционная сис-тема Linux и т. д.

Как правило, перед началом работы с сетевой операционной сис-темой необходимо произвести процедуру присоединения к серверу (регистрации - login), при которой пользователь должен указать имя своей машины и свой пользовательский пароль. Только после этого ему будет предоставлена возможность пользоваться теми сетевыми ресурсами, которые назначаются системным администратором. В ка-честве таких ресурсов можно указать права на чтение или запись ин-формации в определенные файлы и каталоги файловой системы сер-вера либо возможность запуска на выполнение тех или иных задач.

Благодаря использованию тех или иных протокольных стеков в различных сетевых операционных системах поддерживается обмен информацией между компьютерами, включенными в сеть. Например, для сетей фирмы Novell применяется набор протоколов IPX/SPX, для сетей Microsoft - NetBEUI (IPX/SPX и TCP/IP), для UNIX - протоколы TCP/IP. На базе компьютеров с операционной системой UNIX, ис-пользующих протокольный стек TCP/IP, построена всемирная компь-ютерная сеть Internet. Применение технологий Internet внутри учреж-денческих (корпоративных) сетей называется intranet.

13.5. Локальные компьютерные сети

Аппаратные средства локальных компьютерных сетей. Локаль-ная компьютерная сеть - это коммуникационная система, поддержи-вающая в пределах здания или группы зданий один или несколько вы-сокоскоростных каналов передачи цифровой информации, подключен-ных устройствами для кратковременного монопольного использования.

Высокоскоростной канал - это канал, скорость передачи инфор-мации в котором значительно выше, чем у устройств, включенных в локальную компьютерную сеть. К локальной компьютерной сети могут подключаться следующие устройства: ЭВМ (персональные компьюте-ры), терминалы, сетевые устройства внешней памяти, сетевые печа-тающие устройства, графопостроители, фотокопировальные устрой-ства, контрольное и управляющее оборудование, телефоны, телека-меры и мониторы, шлюзы и мосты, т.е. переходные устройства к дру-гим сетям.

Классификация локальных компьютерных сетей. Сети можно классифицировать по назначению.

1. Сети терминального обслуживания. В эти сети включаются ЭВМ и периферийное оборудование, используемое в монопольном режиме компьютером, к которому оно подключается.

2. Сети, на базе которых построены системы управления произ-водством и учрежденческой деятельностью. Они объединяются груп-пой стандартов MAP/TOP. В MAP описываются стандарты, исполь-зуемые в промышленности. ТОР описывают стандарты для сетей, применяемых в офисных сетях.

3. Сети, которые объединяют системы автоматизации проектирова-ния. Рабочие станции таких сетей базируются на достаточно мощных персональных ЭВМ, например, фирмы Sun Microsystems.

4. Сети, на базе которых построены распределенные вычисли-тельные системы.

По классификационному признаку структура сети локальные компьютерные сети делятся на кольцевые, шинные, звездообразные, древовидные. По признаку скорость - на низкоскоростные до 10 Мбит/с, среднескоростные до 100 Мбит/с, высокоскоростные выше 100 Мбит/с; по типу метода доступа - на случайные, пропорцио-нальные, гибридные; по типу физической среды передачи - на витую пару, коаксиальный и оптоволоконный кабель, инфракрасный канал, радиоканал.

Краткая историческая справка. Наибольшую известность в мире локальных сетей получили Arcnet, Ethernet и Token-Ring. Главное различие между ними заключается в методах доступа к каналам пе-редачи данных и скоростях передачи информации. На сегодняшний день широко распространяются и высокоскоростные технологии FDDI, Fast-Ethernet, ATM и Gigabit Ethernet. Среди перечисленных сетей ли-дирующее положение занимает Ethernet. Эта сеть работает со скоро-стью 10 Мбит/с, имеет низкую стоимость, она несложна в установке и эксплуатации, для нее разработан широкий спектр оборудования. Первоначальная версия Ethernet была разработана в середине 70-х годов XX в. фирмой «Xerox», ей и принадлежит это название. В нача-ле 80-х годов фирмы «Digital Equipment», «Intel» и «Xerox» совместно подготовили и опубликовали спецификации Ethernet (именуемые стандартом DIX по первым буквам названий фирм), в которых ис-пользовался метод доступа CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, что переводится как множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов). В соответствии с этими спецификациями многие фирмы начали производить сетевое оборудование, тем самым дав мощный импульс к внедрению локаль-ных сетей. Накопленный опыт в 1985 г. был обобщен в международ-ном стандарте IEEE 802.3 [13].