Материал. Литература по теме Тема Циклические и узловые подсети Вопрос Циклическое кольцо
 Скачать 3.12 Mb.
|
|
Тема 14. Сетевые программные средства информационных сетей Цели и задачи изучения темы: Понять преимущества сетевых ОС. Получить представление о критериях для выбора ОС. Уметь организовать любую деятельность, связанную с передачей данных и выполнять функции прикладных программ сети. Вопросы темы: 1. Сетевые операционные системы (NOS). 2. Основные требования к NOS. 3. Критерии выбора NOS. 4. Средства управления сетевыми службами. Вопрос 1. Сетевые операционные системы (NOS). Сетевая операционная система (ОС) 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, способная работать в сети. Сетевые операционные системы (Network Operating System –NOS) – это комплекс программ, обеспечивающих обработку, хранение и передачу данных в сети. Сетевая операционная система выполняет функции прикладной платформы, предоставляет разнообразные виды сетевых служб и поддерживает работу прикладных процессов, выполняемых в абонентских системах. Сетевые операционные системы используют клиент серверную либо одноранговую архитектуру. Компоненты NOS располагаются на всех рабочих станциях, включенных в сеть. NOS определяет взаимосвязанную группу протоколов верхних уровней, обеспечивающих выполнение основных функций сети. К ним, в первую очередь, относятся: адресация объектов сети; функционирование сетевых служб; обеспечение безопасности данных; управление сетью. Сетевые операционные системы ограничены областью своего действия. Сетевые супервизоры (управляющие программы) поддерживают 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, подчиняются 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 распределенной системе как к целостной и многопользовательской. На практике сложилось несколько подходов к построению сетевых операционных систем, представленных на рисунке 67. Рис. 67. Варианты построения сетевых ОС Использование 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. Такой подход был характерен для первых сетевых ОС персональных компьютеров (например, MS DOS и оболочка клиента NetWare), однако он используется и в современных ОС (например, LANtastic или Personal Ware). Разработка операционных систем, изначально предназначенных для работы в сети. Сетевые функции у этих ОС глубоко встроены в основные модули системы, что обеспечивает ее логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую производительность. Примером такой ОС является система Windows NT фирмы Microsoft. В сетевой операционной системе отдельной машины (рис. 68) можно выделить несколько частей 1. Средства управления локальными ресурсами компьютера. 2. Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование - серверная часть ОС (сервер). 3. Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования - клиентская часть ОС (редиректор). 4. Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обмен сообщениями в сети. В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, в его операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо серверная части. Рис. 68. Структура сетевой ОС Вопрос 2. Основные требования к NOS. Различают следующие системные требования: единая системная архитектура; обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности; высокоуровневая и высоконадежная файловая система. Единая системная архитектура. Понятие «системная архитектура» 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 может служить адресация в Internet. Обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности. Сетевая 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 обеспечиваются прозрачность доступа, прозрачность имен, прозрачность физических устройств и сетевой среды и т.д. Сетевая операционная система изолирует от пользователя все различия, особенности и физические 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 находятся эти данные, и на каком физическом принтере они будут распечатаны. Высокоуровневая и высоконадежная файловая система. Файловая 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 операции 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 распределенной системы в целом. По предназначению файловые системы можно классифицировать на следующие категории: Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в разы медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск. Для этого применяется либо журналирование, например в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates — в BSD системах. Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др. Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, ISO9690, HFS, UDF и др. Виртуальные файловые системы: AEFS и др. Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др. Для флэш-памяти: YAFFS, ExtremeFFS. Немного выпадают из общей классификации специализированные файловые системы: ZFS (собственно файловой системой является только часть ZFS), VMFS (т.н. кластерная файловая система, которая предназначена для хранения других файловых систем) и др. Возможны следующие варианты структур сетевых операционных систем (СОС) ЛВС: каждая ЭВМ сети реализует все функции СОС, т.е. хранит в своей ОП резидентную часть СОС и имеет доступ к любой нерезидентной части, хранящейся на внешних носителях; каждая ЭВМ сети имеет копии программ только часто реализуемых функций СОС, копии программ редко реализуемых функций имеются в памяти только одной (или нескольких) ЭВМ; каждая ЭВМ сети выполняет только определенный набор функций СОС, причем этот набор является либо индивидуальным, либо некоторые функции будут общими для нескольких ЭВМ. Различия в структурах СОС обусловлены принятыми способами управления ЛВС (децентрализованное или централизованное управление). Отличительной особенностью СОС ЛВС является наличие слоя операционных систем, обеспечивающего обмен информацией между ЭВМ сети. Вопрос 3. Критерии выбора NOS. 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. Cетевая 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 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 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. При выборе сетевой операционной системы необходимо учитывать: совместимость оборудования; тип сетевого носителя; размер сети; сетевую топологию; требования к серверу; операционные системы на клиентах и серверах; сетевая файловая система; соглашения об именах в сети; организация сетевых устройств хранения; набор сетевых служб, которые предоставляет сеть; возможность наращивания имен, определяющих хранимые данные и прикладные программы; механизм рассредоточения ресурсов по сети; способ модификации сети и сетевых служб; надежность функционирования и быстродействие сети; используемые или выбираемые физические средства соединения; типы компьютеров, объединяемых в сеть, их операционные системы; предлагаемые системы, обеспечивающие управление сетью; используемые средства защиты данных; совместимость с уже созданными прикладными процессами; число серверов, которое может работать в сети; перечень ретрансляционных систем, обеспечивающих сопряжение локальных сетей с различными территориальными сетями; способ документирования работы сети, организация подсказок и поддержек. 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. Операционные системы могут различаться особенностями реализации внутренних алгоритмов управления основными ресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), особенностями использованных методов проектирования, типами аппаратных платформ, областями использования и многими другими свойствами. Некоторые из сетевых операционных систем, в том числе Windows NT, имеют программные компоненты, обеспечивающие компьютеру как клиентские, так и серверные возможности. Это позволяет компьютерам поддерживать и использовать сетевые ресурсы и преобладает в одноранговых сетях. В общем, этот тип сетевых операционных систем не так мощен и надежен, как законченные сетевые операционные системы. Главное преимущество комбинированной клиентско–серверной сетевой операционной системы заключается в том, что важные ресурсы, расположенные на отдельной рабочей станции, могут быть разделены с остальной частью сети. Недостаток состоит в том, что если рабочая станция поддерживает много активно используемых ресурсов, она испытывает серьезное падение производительности. Если такое происходит, то необходимо перенести эти ресурсы на сервер для увеличения общей производительности. Для того чтобы компьютер мог выступать в роли сетевого сервера необходимо установить серверную часть сетевой операционной системы, которая позволяет поддерживать ресурсы и распространять их среди сетевых клиентов. Важным вопросом для сетевых серверов является возможность ограничить доступ к сетевым ресурсам. Это называется сетевой защитой (network security). Она предоставляет средства управления над тем, к каким ресурсам могут получить доступ пользователи, степень этого доступа, а также, сколько пользователей смогут получить такой доступ одновременно. Этот контроль обеспечивает конфиденциальность и защиту и поддерживает эффективную сетевую среду. В дополнение к обеспечению контроля над сетевыми ресурсами сервер выполняет следующие функции: предоставляет проверку регистрационных имен (logon identification) для пользователей; управляет пользователями и группами; хранит инструменты сетевого администрирования для управления, контроля и аудита; обеспечивает отказоустойчивость для защиты целостности сети. Для работы с сетью на клиентских рабочих станциях должно быть установлено клиентское программное обеспечение. Это программное обеспечение обеспечивает доступ к ресурсам, расположенным на сетевом сервере. Тремя наиболее важными компонентами клиентского программного обеспечения являются редиректоры (redirector), распределители (designator) и имена UNC. Редиректор – сетевое программное обеспечение, которое принимает запросы ввода/вывода для удаленных файлов, именованных каналов или почтовых слотов и затем переназначает их сетевым сервисам другого компьютера. Редиректор перехватывает все запросы, поступающие от приложений, и анализирует их. Фактически существуют два типа редиректоров, используемых в сети: клиентский редиректор (client redirector); серверный редиректор (server redirector). Оба редиректора функционируют на представительском уровне модели OSI. Когда клиент делает запрос к сетевому приложению или службе, редиректор перехватывает этот запрос и проверяет, является ли ресурс локальным (находящимся на запрашивающем компьютере) или удаленным (в сети). Если редиректор определяет, что это локальный запрос, он направляет запрос центральному процессору для немедленной обработки. Если запрос предназначен для сети, редиректор направляет запрос по сети к соответствующему серверу. По существу, редиректоры скрывают от пользователя сложность доступа к сети. После того как сетевой ресурс определен, пользователи могут получить к нему доступ без знания его точного расположения. Распределитель (designator) представляет собой часть программного обеспечения, управляющую присвоением букв накопителя (drive letter) как локальным, так и удаленным сетевым ресурсам или разделяемым дисководам, что помогает во взаимодействии с сетевыми ресурсами. Когда между сетевым ресурсом и буквой локального накопителя создана ассоциация, известная также как отображение дисковода (mapping a drive), распределитель отслеживает присвоение такой буквы дисковода сетевому ресурсу. Затем, когда пользователь или приложение получат доступ к диску, распределитель заменит букву дисковода на сетевой адрес ресурса, прежде чем запрос будет послан редиректору. Редиректор и распределитель являются не единственными методами, используемыми для доступа к сетевым ресурсам. Большинство современных сетевых операционных систем, так же как и Windows 95, 98, NT, распознают имена UNC (Universal Naming Convention — Универсальное соглашение по наименованию). UNC представляют собой стандартный способ именования сетевых ресурсов. Эти имена имеют форму \\Имя_сервера\имя_ресурса. Способные работать с UNC приложения и утилиты командной строки используют имена UNC вместо отображения сетевых дисков. Вопрос 4. Средства управления сетевыми службами. Системные программные средства, управляющие процессами в компьютерных сетях, объединенные общей архитектурой, определенными 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. Важным требованием к большинству современных пакетов прикладных программ (ППП) является их способность работать в условиях локальных сетей, то есть выполнять функции прикладных программ сети (ППС).Эти ППС должны обеспечивать возможность функционирования в сети определенного типа. В конце прошлого века 90% рынка было объединено вокруг сетей Ethernet, ARC-Net и Token Ring. Именно к этим типам сетей приспосабливалось большинство разработчиков. Перспективными технологиями являются технологии беспроводной передачи данных (Wi-Fi, bluetooth). В состав наиболее известных ППС входят: текстовые процессоры (MS Office Word 2003 SP2); пакеты электронных таблиц или табличных процессоров (Quattro Pro, MS Office Excel 2003); СУБД (Access, dBase IV, V, Clipper, Paradox и др.); пакеты группового обеспечения (Lotus Notes, Office Vision); пакеты электронной почты (Microsoft Mail, MS Office Outlook, The Bat!); интегрированные пакеты (Symphony, FrameWork); пакеты телесвязи для обеспечения передачи файлов между ПК (Crosstalk, Smartterm, Smartcom II, Kermit). В эпоху Internet требуется огромное количество специализированных программных средств, выполняющих конкретные задачи. В качестве примеров можно привести: браузеры (Internet Explorer, Opera, Mozilla Firefox, Netscape Navigator); даунлоадеры (ReGet, FlashGet, WinMX, GetRight, eDonkey); сканнеры сетевых ресурсов и уязвимостей (nmap, Guardian, netcat, port mapper, secure CRT); брандмауэры (Kerio Firewall Personal, Agnitum Outpost, Windows Firewall); терминалы (telneat); мессенджеры (Mirabilis ICQ, SIM, RQ, Jabber, MSN, Yahoo, xchat, licq); чат-клиенты (Miranda IM, Y-Chat, BORGChat); информационно-поисковые машины (yandex, rambler, google и другие); программы-прокси (Kerio Winroute, WinGate); мэйл-клиенты и серверы (Outlook Express, The Bat!, smtpd, Kerio Mail-Server); ftp-клиенты и серверы (Total Commander, putty, CuteFTP, Gene FTP Server U-FTP); HTTP-серверы (apache); снифферы (ZXSniffer, Kain); утилиты удаленного администрирования (RAdmin, Tiramisu, Citrix Metaframe, Team Viewer); другие разнообразные утилиты и программы (VideoLAN Center, LANScope, coockie editors, streambox VCR, WEBCopier, DynDNS Updater, KDE Bluetooth Framework, Wi-Fi Manager, 3d traceroute, AdvancedRe-motelnfo, MyVoice Email и др.). Все эти и многие другие программные средства позволяют наиболее удобно организовать любую деятельность, связанную с передачей данных удаленным клиентам, либо обеспечением сетевых сервисов. Вопросы для самопроверки: 1. Какие функции сети выполняет сетевая операционная система? 2. Что такое редиректор? 3. Из каких частей состоит структура NOS? 4. Что такое NOS и каково ее назначение? 5. Как подразделяются сетевые операционные системы по правам доступа к ресурсам? 6. Как подразделяются сетевые операционные системы по масштабу сетей? 7. Что такое распределитель? 8. Перечислите наиболее употребляемые браузеры. 9. Что такое файловая система? 10. Какие стеки протоколов поддерживает сетевая операционная система? Литература по теме: Основная литература: 1. Компьютерные сети. / А.В. Кузин, Учебное пособие. 3-е изд., перераб. и доп. М.: ФОРУМ, 2013. 192 с. 2. Таненбаум Э.С. Компьютерные сети. 5-е изд, – СПб.: Питер, 2013. – 960с. Дополнительная литература: 1. Гордеев А.В. Операционные системы. Санкт Петербург, Питер, 2006 год. 2. Пятибратов А.П., Гудыно Л.П., А.А.Кириченко, Вычислительные системы, сети и телекоммуникации (для бакалавров): Учебник / Под редакцией А.П. Пятибратова. – М.: КноРус, 2013. – 376 с. 3. Робачевский А.М. Операционная система UNIX СПб. БХВ- Петербург 2002. 528 с. 4. Столлингс В. Операционные системы. – М.: Вильямс, 2002. – 848 с. 5. Эбен М., Таймэн Б. «FreeBSD. Энциклопедия пользователя» - К: ООО «ТИД «ДС», 2002. 864с. Интернет-ресурсы: 1. Коллекция компьютерных документов // http://www.emanual.ru 2. Основы операционных систем // http://www.intuit.ru/department/os/osintro/ 3. Портал «CIT Forum» // http://www.citforum.ru // IT. 4. Проект «Russian Fedora» // http://www.russianfedora.ru 5. InterSystems International Corporation в России // http://www.intersystems.ru |