Файл: Сетевые операционные системы (ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ СЕТЕВЫХ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ).pdf

NOS (Network Operating System) представляет собой комплекс программ, которые обеспечивают обработку, хранение и непосредственную передачу данных в сети.

Можно заключить следующее, что сетевая операционная система выполняет множество различных функций, в первую очередь, функции прикладной платформы. Кроме этого, обеспечивает поддержку работы разнообразных прикладных процессов, которые непосредственно выполняются в абонентских процессах, а также предоставляет различные виды служб сети.

Клиент-серверная и одноранговая архитектура применяются в сетевых операционных системах [17]. Компоненты NOS располагаются на всех рабочих станциях, включенных в сеть. Подробнее о структуре сетевых операционных системах будет изложено в следующем разделе.

1.3 Структура сетевой операционной системы

Основой любой вычислительной сети, безусловно, является сетевая операционная система [18]. В связи с тем, что в какой-то степени любой компьютер автономен, в широком смысле под сетевой операционной системой следует понимать совокупность операционных систем отдельных компьютеров, которые взаимодействуют с целью разделения ресурсов по протоколам (единым правилам) и обмена сообщениями. Соответственно, в узком смысле сетевая операционная система является операционной системой опять же отдельного компьютера, которая обеспечивает ему работу в сети [19, c. 188].

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (рисунок 3):

Рис. 3 Структура сетевой операционной системы

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.

Серверная часть ОС (сервер) - средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее пользование [20, c. 38]. 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 отвечает за 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 [21, c. 482]. Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразование их в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных запросов неразличимо.

Обмен сообщениями в сети происходит с помощью коммуникационных средств операционной системы. Данная часть отвечает за адресацию и буферизацию сообщений, а также выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т. п., то есть является средством транспортировки сообщений.

Также следует отметить, что в операционной системе компьютера может отсутствовать либо клиентская, либо серверная часть (в зависимости от функций, возложенных на компьютер).

Взаимодействие сетевых компонентов четко показано на рисунке 4. В данном случае компьютер 1 представляет собой «чистого» клиента, а компьютер 2, соответственно, выполняет роль «чистого» сервера [8, c. 451]. Как результат, на первом компьютере нет серверной части, а на втором компьютере отсутствует клиентская.

Кроме этого, на рисунке 4 отдельно выделен и показан редиректор — компонент клиентской части, отвечающий за перехват всех запросов, которые непосредственно поступают от приложений и в дальнейшем анализирует их [22, c. 345]. То есть, запрос будет переадресоваваться соответствующей подсистеме локальной операционной системы, если он выдан непосредственно к ресурсу данного компьютера. В случае запроса к удаленному ресурсу, запрос будет перенаправлен в сеть.

При этом следует подчеркнуть, что клиентская часть, преобразуя запрос из локальной формы в формат сети, передает его транспортной подсистеме, отвечающей за доставку указанному серверу сообщений. Далее, серверная часть ОС компьютера 2 принимает запрос, затем преобразует его [10, c. 122] и, соответственно, передает его для выполнения своей локальной операционной системе.

После того, как результат получен, сервер обращается к транспортной подсистеме и направляет ответ клиенту, выдавшему запрос. Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его тому приложению, которое выдало запрос [21, c. 344].

Рис. 4 Взаимодействие компонентов операционной системы при взаимодействии компьютеров

На практике [17] к построению сетевых операционных систем сегодня применяется несколько подходов (рисунок 5).

Рис. 5 Варианты построения сетевых ОС

Первые сетевые операционные системы можно было охарактеризовать как совокупность соответствующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки [23]. При этом минимальное количество сетевых функций, которые были необходимы для работы сетевой оболочки, выполняющей основные сетевые функции, встраивался в локальную операционную систему.

Конкретным примером именно такого подхода можно обозначить использование 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). В современных операционных системах, как LANtastic или Personal War [24, c. 97], принцип построения сетевых ОС в виде сетевой оболочки над локальной операционной системой используется и сегодня.

Но, безусловно, наиболее эффективным и наиболее перспективным видится разработка изначально предназначенных для работы в сети операционных систем. Логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, высокую производительность обеспечивает то, что сетевые функции у операционных систем данного вида глубоко встроены в основные модули системы. Windows NT фирмы Microsoft является наглядным примером такой операционной системы, обеспечивающей наиболее высокие показатели защищенности информации, а также производительности в сравнении с операционной системой LAN Manager той же фирмы [17] (совместная разработка с IBM), являющейся надстройкой над локальной операционной системой OS/2, именно за счет встроенности сетевых средств.

1.4 Одноранговые NOS и NOS с выделенными серверами

Сетевые операционные системы, в зависимости от распределения функций между компьютерами сети, подразделяются на одноранговые и сети с выделенными серверами (двухранговые) (рисунок 6) [25, c. 96].

Рис. 6 (а) - Одноранговая сеть, (б) - Двухранговая сеть

Компьютер играет роль сервера в том случае, если он предоставляет свои ресурсы другим пользователям сети [17]. Но, при этом, обращающийся к ресурсам другой машины компьютер будет являться клиентом. Как было отмечено уже мною выше, любой компьютер, который непосредственно работает в сети, может выполнять различные функции либо сервера, либо клиента или же эти две функции совмещать.

Компьютер именуют выделенным сервером в том случае, если главным (преимущественным) назначением компьютера является выполнение определенных серверных функций [21, c. 346]. Кроме этого, в зависимости уже от того, какой ресурс сервера является разделительным, он носит название факс-сервер, сервер приложений, файл-сервер, принт-сервер и т. д.

Очевидным является тот факт, что специально оптимизированные операционные системы для выполнения определенных серверных функций лучше устанавливать на выделенных серверах. Именно в связи с этим сетевые операционные системы чаще всего применяются в сетях с выделенными серверами, состоящих из нескольких вариантов операционной системы, возможности серверных частей которых отличны.

К примеру, сетевая операционная система Novell NetWare содержит оптимизированный серверный вариант для непосредственной работы в качестве файл-сервера, а также различные варианты оболочек для рабочих станций с разными локальными операционными системами [26, c. 118]. При этом стоит подчеркнуть, что данные оболочки выполняют только функции клиента.

Операционная система Windows NT — это еще один пример операционной системы, который ориентирован на построение сети с выделенным сервером, но в отличие от предыдущей операционной системы, два варианта сетевой ОС - Windows NT Server (для выделенного сервера) и Windows NT Workstation (для рабочей станции) имеют возможность поддерживать функции сервера и клиента. Но, больше возможностей именно для предоставления ресурсов своего компьютера другим пользователям сети имеет серверный вариант Windows NT, потому что он поддерживает большее количество одновременных соединений с клиентами, может выполнять более широкий набор функций, а также реализует централизованное управление сетью, имеет более развитые средства защиты.

В связи с тем, что если для выполнения текущих задач, которые никак не связаны с основным назначением сервера, выделенный сервер обычно не используют в качестве компьютера для этих целей, так как это способствует уменьшению производительности всей его работы как сервера [26, c. 119].

Так, в ОС Novell NetWare возможность выполнения самых обычных прикладных программ просто не предусмотрена из-за этих соображений. Но в других сетевых операционных системах вполне реально и возможно функционирование на выделенном сервере.

Так, к примеру, обычные программы локального пользователя могут запускаться под управлением Windows NT Server. Кроме этого, рабочие станции, на которых непосредственно установлена операционная система Windows NT могут выполнять функции не выделенного сервера [27].

То есть, нужно понимать, что компьютеры в сети с выделенным сервером в общем случае могут играть одновременно как роль сервера, так и клиента, то есть эта сеть функционально не симметрична. Именно из-за функциональной несимметричности, прежде всего, и возникает несимметричность аппаратуры. Так, наиболее мощные компьютеры, содержащие большие объемы внешней и оперативной памяти, применяют для выделенных серверов.

Таким образом, в сетях с выделенным сервером функциональная несимметричность сопровождается не только аппаратной несовместимостью, но и несимметричностью операционных систем.

В одноранговых же сетях все компьютеры имеют равные права доступа к ресурсам друг друга [28]. В данном виде сетях устанавливается одна и та же операционная система на всех компьютерах, предоставляющая всем компьютерам равные возможности в сети. Такие сети могут быть построены, к примеру, на базе ОС LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroup, Windows NT Workstation.

Функциональная несимметричность также возникает и в одноранговых сетях. Кроме этого, в отличие от сети с выделенным сервером, специализация операционной системы в одноранговых сетях отсутствует в зависимости от клиента или сервера как преобладающей функциональной направленностью [29, c. 211]. Все вариации реализуются средствами конфигурирования одного и того же варианта ОС.

В заключение данного раздела, хотелось бы отметить, что несмотря на то, что одноранговые сети достаточны легки в эксплуатации и организации, все же основное свое применение они находят именно в объединении небольших групп пользователей. А вот двухранговые сети наиболее подходят при повышенных требованиях к характеристикам безопасности, функционала и т. д. Так как сервер такой сети наиболее лучше решает задачу обслуживания своими ресурсами пользователей.

1.5 ОС для рабочих групп и ОС для сетей масштаба предприятия

В зависимости от предназначения сетевых операционных систем выделяются разные свойства таких систем.

Сети отделов используются небольшой группой сотрудников, которые занимаются решением общих задач [30, c. 101]. Одной из главных целей 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 какого-то отдельного здания или внутри определенной одной территории предприятия. Эти сети являются все еще локальными сетями, однако могут покрывать территорию в несколько квадратных километров [17]. Сервисы такой сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к базам данных предприятия, доступ к факс-серверам, высокоскоростным модемам и высокоскоростным принтерам.