Сетевые операционные системы

    Содержание: 

    Введение

    Локальная сеть представляет собой набор компьютеров, периферийных устройств (принтеров и т. п.) и коммутационных устройств, соединенных кабелями. В качестве кабеля используются “толстый” коаксиальный кабель, “тонкий” коаксиальный кабель, витая пара, волоконно-оптический кабель. “Толстый” кабель, в основном, используется на участках большой протяженности при требованиях высокой пропускной способности. Волоконно-оптический кабель позволяет создавать протяженные участки без ретрансляторов при недостижимой с помощью других кабелей скорости и надежности. Однако стоимость кабельной сети на его основе высока, и поэтому он не нашел пока широкого распространения в локальных сетях. В основном локальные компьютерные сети создаются на базе “тонкого” кабеля или витой пары.

    Первоначально сети создавались по принципу “тонкого” Ethernet. В основе его несколько компьютеров с сетевыми адаптерами, соединенные последовательно коаксиальным кабелем, причем все сетевые адаптеры выдают свой сигнал на него одновременно. Недостатки этого принципа выявились позже.

    С ростом размеров сетей параллельная работа многих компьютеров на одну единую шину стала практически невозможной: очень велики стали взаимные влияния друг на друга. Случайные выходы из строя коаксиального кабеля (например, внутренний обрыв жилы) надолго выводили всю сеть из строя. А определить место обрыва или возникновения программной неисправности, “заткнувшей” сеть, становилось практически невозможно.

    Поэтому дальнейшее развитие компьютерных сетей  происходит на принципах структурирования. В этом случае каждая сеть складывается из набора взаимосвязанных участков структур.

    Каждая  отдельная структура представляет собой несколько компьютеров  с сетевыми адаптерами, каждый из которых  соединен отдельным проводом витой парой с коммутатором. При необходимости развития к сети просто добавляют новую структуру.

    При построении сети по принципу витой  пары можно проложить больше кабелей, чем установлено в настоящий  момент компьютеров. Кабель проводится не только на каждое рабочее место, независимо от того, нужен он сегодня его владельцу или нет, но даже и туда, где сегодня рабочего места нет, но возможно появление в будущем. Переезд или подключение нового пользователя в итоге потребует лишь изменения коммутации на одной или нескольких панелях.

    Структурированная система несколько дороже традиционной сети за счет значительной избыточности при проектировании. Но зато она обеспечивает возможность эксплуатации в течение многих лет.

    Для сетей, построенных по этому принципу, появляется необходимость в специальном электронном оборудовании. Одно из таких устройств - хаб - является коммутационным элементом сети. Каждый хаб имеет от 8 до 30 разъемов (портов) для подключения либо компьютера, либо другого хаба. К каждому порту подключается только одно устройство. При подключении компьютера к хабу оказывается, что часть электроники сетевого интерфейса находится в компьютере, а часть - в хабе. Такое подключение позволяет повысить надежность соединения. В обычных ситуациях, помимо усиления сигнала, хаб восстанавливает преамбулу пакета, устраняет шумовые помехи и т. д.

    Хабы  являются сердцем системы и во многом определяют ее функциональность и возможности. Даже в самых простых хабах существует индикация состояния портов. Это позволяет немедленно диагностировать проблемы, вызванные плохими контактами в разъемах, повреждением проводов и т. п. Существенным свойством такой структурированной сети является ее высокая помехоустойчивость: при нарушении связи между двумя ее элементами, остальные продолжают сохранять работоспособность. Задача соединения компьютерных сетей различных организаций, зачастую созданных на основе различных стандартов, вызвала появление специального оборудования (мостов, маршрутизаторов, концентраторов и т. п.), осуществляющего такое взаимодействие. 

    Локальная сеть 

    Подавляющая часть компьютеров западного  мира объединена в ту или иную сеть. Опыт эксплуатации сетей показывает, что около 80% всей пересылаемой по сети информации замыкается в рамках одного офиса. Поэтому особое внимание разработчиков стали привлекать так называемые локальные вычислительные сети (LAN). Локальные вычислительные сети отличаются от других сетей тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью (одна комната, одно здание, один район).

    Существует  два типа компьютерных сетей: одноранговые сети и сети с выделенным сервером. Одноранговые сети не предусматривают выделение специальных компьютеров, организующих работу сети. Каждый пользователь, подключаясь к сети, выделяет в сеть какие-либо ресурсы (дисковое пространство, принтеры) и подключается к ресурсам, предоставленным в сеть другими пользователями. Такие сети просты в установке, налаживании; они существенно дешевле сетей с выделенным сервером. В свою очередь сети с выделенным сервером, несмотря на сложность настройки и относительную дороговизну, позволяют осуществлять централизованное управление. 
 
 
 
 
 
 

    Глобальная  сеть 

    Для подключения к удаленным компьютерным сетям используются телефонные линии.

    Процесс передачи данных по телефонным линиям должен происходить в форме электрических колебаний - аналога звукового сигнала, в то время как в компьютере информация хранится в виде кодов. Для того чтобы передать информацию от компьютера через телефонную линию, коды должны быть преобразованы в электрические колебания. Этот процесс носит название модуляции. Для того чтобы адресат смог прочитать на своем компьютере то, что ему отправлено, электрические колебания должны быть обратно превращены в машинные коды - демодуляция. Устройство, которое осуществляет преобразование данных из цифровой формы, в которой они хранятся в компьютере в аналоговую (электрические колебания), в которой они могут быть преданы по телефонной линии, и обратно называется модем (сокращенно от МОдулятор-ДЕМодулятор). Компьютер в этом случае должен иметь специальную телекоммуникационную программу, которая управляет модемом, а также отправляет и получает последовательности сигналов передаваемой информации. 

    INTERNET 

    Одна  из первых версий INTERNET была разработана в семидесятых годах Департаментом Обороны США, чтобы дать возможность исследовательским институтам, работавшим над особо важными для обороны в то время проблемами, обмениваться информацией. К тому же предполагалось, что этот способ связи позволит сохранить обмен информацией между ними в случае такой мировой катастрофы, как ядерная война. В то время сеть носила название ARPAnet - по имени организации финансировавшей эти разработки. Основная операционная система была Unix. В 80-х годах, когда персональные компьютеры начали получать все более широкое распространение в США, появились сети, связавшие между собой исследовательские центры университетов. Соединив сети, университеты получили возможность общаться между собой, подобно оборонным институтам в семидесятых годах. Однако эта новая связь имела дополнительное качество: пользователь университетской сети, находясь дома или в школе, подключаясь к сети, получал также доступ к любому месту, к которому эта сеть была подсоединена. Такая связь получила название "межсеть" (internet), и, таким образом, появилась сеть INTERNET, которую назвали основной сетью, межсетью или сетью сетей.

    Каждый  пользователь INTERNET имеет свой сетевой  адрес. Существует компания (в штате  Вирджиния),  которая следит за INTERNET адресами с тем, чтобы среди пользователей  не появилось два одинаковых адреса. 

    I. Общий обзор сетевых ОС 

    Сетевая операционная система необходима для  управления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами. Она может позволить любой рабочей станции работать с разделяемым сетевым диском или принтером, которые физически не подключены к этой станции.

    В некоторых компьютерных сетях есть выделенный автономный компьютер, который выполняет функции только файлового сервера. Такие системы называются ЛВС с файловым сервером. В других, малых ЛВС, рабочая станция может одновременно выполнять и функции файлового сервера. Это одноранговые ЛВС. 

    Компоненты  сетевой операционной системы на каждой рабочей станции и файловом сервере взаимодействуют друг с  другом посредством языка, называемым протоколом. Одним из общих протоколов является протокол фирмы IBM NetBIOS (Network Basic Input Output System -Сетевая операционная система ввода-вывода). Другим распространенным протоколом является IPX (Internet-work Packet Exchange - Межсетевой обмен пакетами) фирмы Novell. 

    Ниже  приведен список некоторых сетевых операционных систем с указанием их производителей: 

    Далее будут рассмотрены некоторые  из этих операционных систем. 
 
 
 

II. ОС NetWare фирмы Novell 

    Novell была одной из первых компаний, которые начали создавать ЛВС.

    Она производила как аппаратные средства, так и программные, однако в последнее  время фирма Novell сконцентрировала усилия на программных средствах ЛВС.

    Далее приводятся некоторые характеристики программных продуктов NetWare: 

• В среде  NetWare способно работать большее количество приложений, чем в любой другой ЛВС.
• ОС NetWare способна поддерживать рабочие станции, управляемые DOS, DOS и Windows, OS/2, UNIX, Windows NT, Mac System 7 и другими ОС.
• ЛВС NetWare может работать с большим количеством различных типов сетевых адаптеров, чем любая другая операционная система. Для достижения поставленных целей вы можете выбрать аппаратные средства от множества разных поставщиков. С NetWare можно использовать ARC net, EtherNet, Token Ring или практически любой другой тип сетевого адаптера.
• ЛВС NetWare может разрастаться до огромных размеров.
• ЛВС NetWare надежно работает.
• Средства защиты данных, предоставляемые NetWare, более чем достаточны для большинства ЛВС.
• NetWare допускает использование более, чем 200 типов сетевых адаптеров, более чем 100 типов дисковых подсистем для хранения данных, устройств дублирования данных и файловых серверов.

    Фирма Novell  имеет контракты о поддержке ОС NetWare с наиболее крупными и мощными из независимых организаций, таких как Bell Atlantic, DEC, Hewlett-Packard, Intel, Prime, Unisys и Xerox. 

    Рассмотрим  подробнее структуру данной ОС 

    Файловый  сервер в NetWare является обычным ПК, сетевая ОС которого осуществляет управление работой ЛВС. Функции управления включают координацию рабочих станций и регулирование процесса разделения файлов и принтера в ЛВС. Сетевые файлы всех рабочих станций хранятся на жестком диске файлового сервера, а не на дисках рабочих станций.

    Имеется три версии ОС NetWare. Версия 2.2 может работать на компьютере 80286 (или более поздних моделях), используемом в качестве файлового сервера. При покупке ОС необходимо приобретать лицензию на число пользователей (5, 10, 50, 100). Версии ОС NetWare 3.12 и более новая 4.0 ориентированы на 32 разрядные шинные архитектуры и процессоры 80386, 80486 или Pentium. Есть также варианты сетевой ОС NetWare, предназначенные для работы под управлением многозадачных, многопользовательских операционных систем OS/2 и UNIX. Версию 3.12 ОС NetWare можно приобрести для 20, 100 или 250 пользователей, а версия 4.0 имеет возможность поддержки до 1000 пользователей.

    Все версии ОС хорошо совместимы между  собой, поэтому в одной и той  же компьютерной сети можно иметь  файловые серверы с разными версиями ОС NetWare. 

    Некоторые команды ОС NetWare. 

    NPRINT - передача текстового файла на принтер.

    LOGIN - команда подсоединения к серверу (для отсоединения - LOGOUT)

    WHOAMI - идентификация пользователя (информация о текущем сеансе).

    USERLIST - выдача имен пользователей, подсоединенных к ЛВС в данный момент.

    SEND - посылка сообщения какому-либо пользователю.

    В NetWare различают три типа накопителей: локальные накопители, сетевые накопители и поисковые накопители. Локальные накопители физически подключены к рабочим станциям. Сетевые накопители - это накопители на жестких дисках файлового сервера. Аналогично тому, как в DOS, применяется средство PATH для задания списка накопителей и директорий, в которых по умолчанию разыскиваются прикладные программы, в ОС NetWare используется понятие поискового накопителя.

    МАР - просмотр текущего статуса накопителей (без параметров), и переназначение их (с параметрами).

    ОС  NetWare позволяет манипулировать файлами и директориями различными способами. Можно копировать, уничтожать, переименовывать, записывать, распечатывать и разделять файлы в ЛВС. Есть также определённая система прав доступа к файлам и директориям.

    Как файлы, так и директории на сервере в ЛВС под управлением ОС NetWare имеют атрибуты. Эти атрибуты могут отменять права, предоставленные пользователям в ЛВС.

    RIGHTS - список прав которыми вы обладаете для данной директории.

    NCOPY - копирование файлов.

    NDIR - список файлов данной директории. В отличие от команды DOS DIR она выводит дополнительную информацию для каждого файла и директории.

    CAPTURE - перенаправление печати на разделяемый сетевой принтер. 

    Сервер  и файловая система  с ОС NetWare 

    Есть  некоторые отличия сервера ЛВС  NetWare от обычного ПК. Для накопителя на жестком диске этого компьютера применена структура форматирования совершенно отличная от той, которая применяется в DOS. Невозможно получить доступ к жесткому диску такого сервера, если вы загрузили DOS с дискеты. Но для пользователя ЛВС, который работает под управлением DOS и получил доступ к серверу со своего терминала, жесткий диск сервера представляется просто как дополнительный к уже существующим.

    Формат  записи данных на жестком диске, который  применен в ОС NetWare, включает большее количество информации о файлах и директориях, чем это было возможно в DOS. Файлы в ОС NetWare наряду с атрибутами “только для чтения”, “скрытый” и “архивный” могут дополнительно иметь атрибут “неразделяемый” и “разделяемый” (он указывает на возможность разделения файла в ЛВС многими пользователями одновременно). Кроме этого, ОС NetWare добавляет к информации о файле следующие элементы: исходную дату создания, имя создателя файла, дату последнего доступа к файлу, дату последней модификации файла, дату и время последней архивации файла. 

    Защита  данных в ОС NetWare 

    Система защиты данных в ЛВС NetWare включает в себя следующие меры: 

• защита  от несанкционированного присоединения  к ЛВС путем присвоения имен и паролей пользователям, а также ограничениями на  доступ к ЛВС пользователей с определенными именами в определенное время дня.
• система доверяемых прав (trustee rights), позволяющая контролировать, к каким файлам и директориям может иметь доступ пользователь, а также какие операции он может производить с ними.
• система атрибутов для директорий или файлов, которые определяют возможность копирования, просмотра, записи и разделения их в ЛВС.

    Для каждой директории существует маска максимальных прав, хранящая максимальные привилегии, которые может в ней иметь пользователь. Ниже перечислены восемь прав, которые могут быть указаны в этой маске: 

• право чтения из открытых файлов
• право записи в открытые файлы
• право открывать файлы
• право создавать новые файлы
• право уничтожать файлы
• право создавать, переименовывать или стирать поддиректории, и устанавливать доверяемые права над директориями внутри директории и ее поддиректориях
• право производить поиск файлов в директории
• право модификации атрибутов файла

    Отказоустойчивость  системы NetWare 

    Отказоустойчивость  является на сегодняшний день одной  из наиболее важных характеристик, и  разработчики NetWare уделили должное внимание этому вопросу. В версиях 2.2, 3.12 и 4.0 ОС NetWare применена технология SFT (System Fault Tolerant - Система защиты при отказах оборудования). Система защиты при отказах оборудования означает бесперебойную работу файлового сервера при различного рода отказах аппаратных средств. Во всех версиях NetWare имеются средства минимизации потерь данных в случае физических повреждений поверхности накопителей. Система SFT пошла дальше в этом отношении, предложив методы зеркального отображения дисков и дублирования дисков.

    В системе NetWare имеется возможность контроля сигналов источника бесперебойного питания UPS. При обнаружении перебоя с подачей электроэнергии ОС уведомляет пользователей об этом и сообщает им, каким промежутком времени они располагают для завершения своей работы. По истечении этого промежутка времени ОС автоматически закроет все файлы в системе и выключит себя.

    Наконец, система SFT предлагает систему TTS (трассировки обработки запроса). Прикладные программы, использующие эту систему, интерпретируют последовательность действий с базами данных как одну операцию - либо все действия выполнены успешно, либо ни одно из них 

    Сравнительные характеристики различных  версий 

    ОС  Advanced NetWare 2.0 

    Эта версия была выпущена в 1986 году. Одной из выдающихся особенностей ОС NetWare 2.0 была способность соединять до четырех различных сетей с одним файловым сервером. 
 
 
 
 
 

    NetWare 2.1x, SFT NetWare и NetWare 386 

    В 1987 году вышла NetWare SFT, которая отличалась от предыдущей версии повышенной отказоустойчивостью и сохранностью данных.

    Версия 2.15 NetWare и NetWare для Macintosh дебютировали в 1988 году. Существенным недостатком этих версий было очень большое время инсталляции (оно включало в себя время тестирования жесткого диска и могло продолжаться день или даже два).

    32-разрядная  сетевая ОС NetWare 386 была выпущена в сентябре 1989 года. В ней была значительно улучшена система защиты данных, производительность и гибкость. 

    ОС  NetWare 2.2 

    В версии 2.2 NetWare фирма Novell собрала все лучшее из ранних версий NetWare. Все варианты версии 2.2 имеют одинаковые возможности и одинаковый уровень отказоустойчивости. Версия 2.2 выпускается на 5, 10, 50 или 100 пользователей. Соответственно меняется и цена на этот программный продукт в зависимости от числа пользователей. Улучшен процесс инсталляции, имеется поддержка VAP (Value Added Processes) - отдельных программных модулей, стыкуемых с ОС NetWare и позволяющих файловому серверу выполнять некоторые дополнительные функции. 

    ОС  NetWare 3.12 

    Эта ОС использует преимущества процессоров 80386, 80486 или Pentium. Она предоставляет возможности: присоединение к одному серверу до 250 пользователей, объем дисковой памяти до 32 терабайт, размер файла до 4Г, один файл может располагаться на нескольких накопителях, одновременно могут быть открыты до 100000 файлов. ОС NetWare 3.12 имеет улучшенную систему защиты данных. Также новой является концепция NLM (NetWare Loadable Module - Загружаемые модули NetWare) программных модулей, загружаемых (выгружаемых) в файловый сервер в процессе работы.

    NetWare 3.12 выпускается в конфигурации на 20, 100 или 250 пользователей. В сервере могут храниться файлы для рабочих станций с разными ОС: DOS, Macintosh, OS/2, UNIX. Для этого на сервере предусмотрены специальные атрибуты для имен файлов. Недостатком операционной системы NetWare 3.12 является система помощи и подсказок, где самым слабым местом является пользовательский интерфейс

    Еще одна особенность этой версии ЛВС - в нее включен новый интерфейс транспортного уровня (TLI - Transport Layer Interface), основанный на ODI. Этот интерфейс предоставляет широкий диапазон возможностей для организации связей, включая IPX/SPX, NetBIOS, LU 6.2 (APPC), именованные каналы связи для рабочих станций, управляемых DOS и OS/2, TCP/IP, интерфейс Berkley 4.3 Sockets и UNIX System V Stream/TLI. 

    ОС  NetWare 4.0 

    Версия 4.0 полностью совместима с предыдущими версиями, и пользователь может даже не заметить разницы.

    Наиболее  значительной особенностью ОС NetWare 4.0 является система NDS (NetWare Directory Service - Система обслуживания директорий в ОС NetWare), представляющая собой иерархически организованную базу данных. Использована также новая система именованных директорий, что позволяет пользователям присоединяться к серверам в одну операцию. NetWare 4.0 позволяет одновременную работу 5, 10, 20, 50, 100, 250, 500 и 1000 пользователей. При этом доступ возможен к 54000 файловым серверам (раньше эта цифра была равна 8). Новинками в версии 4.0 являются: система кэширования предполагаемого чтения, компрессия данных и компоновка блоков данных, позволяющие экономить пространство на жестком диске файл-сервера, улучшена система защиты данных и ресурсов ЛВС. 

    Сравнение характеристик NetWare 2.2 и NetWare 3.12 
 

    III. Сетевые ОС LAN Manager, Windows NT и LAN Server 

    Хотя  эти сетевые операционные системы  пользуются меньшей популярностью, чем OC NetWare, они больше подходят под начинающую широко развиваться программную технологию клиент/сервер. Многие специалисты считают, что будущее именно за этой технологией, поэтому вполне возможно, что в будущем ОС NetWare потеряет свои лидирующие позиции, но пока она остаётся самой широко распространенной и популярной.

    Обе сетевые ОС LAN Manager и LAN Server работают, опираясь на OS/2. Для работы ОС LAN Manager  2.2 требуется OS/2 версии 1.21 или позднее, в то время как LAN Server 3.0 требует OS/2 2.0. Рабочие станции могут управляться DOS версии 3.3 или OS/2 версии 1.21 .

    При использовании OS/2 в качестве операционной системы для управления файловым сервером ЛВС появляется возможность обслуживания запросов рабочих станций в многозадачной среде, основанной на принципе разделения памяти. Каждой задаче или прикладной программе выделяются определенные области памяти, которые обслуживаются параллельно. При этом прикладная программа состоит из процессов. Важным преимуществом является простота программного управления компьютерами в среде OS/2, даже если они используются в качестве файловых серверов. Сама система OS/2 имеет такие положительные черты как:

• нет ограничения памяти на уровне 640К для прикладных программ
• OS/2 версии 2.х предоставляет пользователю одновременный доступ к нескольким сеансам DOS, каждый из которых может располагать объемом ОЗУ 620К.
• система OS/2 допускает возможность работы в среде Microsoft Windows.
• простая инсталляция с использованием графического интерфейса
• виртуальная память
• быстрый доступ к диску
• высокопроизводительная файловая система (HPFS - High Performance File System)
• поддержка национальных языков (NLS - National Language Support).
• поддержка усовершенствованного механизма управления системой питания (APM - Advanced Power Management)
• защита целостности системы
• быстрая 32-х разрядная архитектура
• поддержка карт расширения PCMCIA

    Система OS/2 предоставляет в распоряжение программисту именованные каналы (named pipes). Программист может интерпретировать эти каналы как файлы, но  на самом деле именованные каналы содержат сообщения. Они движутся от рабочих станций к файловому серверу. На сервере прикладная программа может выполнять их обработку.