Файл: Распределенные системы обработки информации..pdf

Введение

Цели и задачи данной работы в том, что показать и раскрыть тему для чего нужны сетевые операционные системы, как они работают и области применения.

Понятие сетевая ОС?

Сетевая операционная система (от англ. Network Operating System) – это система которая обеспечивает: хранение, обработку и передачу данных в информационной сети.

Существует два понятия данного термина:

1. NOS – которые используются как программное обеспечения для сетевых устройств которые осуществляют непосредственное соединение и обмен данными, как коммутаторы (коммутаторы уровня L3), маршрутизаторы и сетевые экраны.
2. NOS – как работа с компьютерной сеть, соединение нескольких компьютеров в сеть для обмена данными, применения определенных политик и т.д. в таких случаях ее применение возможно только в локальных или частных сетях.

NOS – используют клиент-серверную архитектуру, либо одноранговую сеть.

Некоторые факты развития NOS в истории:

Развитие NOS получили только в 70-х годах, когда появились первые операционные системы, которые в отличии от много терминальных ОС могли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенную обротку и хранение данных нескольких ПК связанных электрическими связями.

1969 министерство обороны США запустили работы по соединению суперкомпьютеров научно-исследовательских и оборонных объектов в единую сеть. Данный проект получил название Arpanet и стал отправной точной для создания глобальной сети обмена данными как Интернет.

Сеть Arpanet объединяла в себе большой количество устройств с разным функционалом и разными ОС с помощью установки дополнительных модулей, реализующих коммуникационные протоколы, на оконечные хосты.

1974 году компания IBM соединяет свои суперкомпьютеры (mainframe) в единую сеть под название SNA (Network System Architecture). Данная архитектура, в во многом схожая со стандартной моделью OSI, появившейся позже, обеспечивала взаимодействия соединений, как «Термина - Компьютер»,

«Компьютер - Компьютер», «Терминал - Терминал». С двумя уровнями архитектуры - где нижний уровень представляли аппаратные средства, а верхний уровень NSA выполняли программные модули.

В середине 70 – х годов на ряду с Мэйнреймами появляются мини-компьютеры,

Архитектура и Операционная система были усечены по сравнению с суперкомпьютерами, что позволяло реализовать достаточно мощные функции при сравнительно не высокой стоимости.

Сильным скачком в истории мини-компьютеров и в целом истории разработки ОС стало появление операционной системы UNIX. Данная ОС имела высокий уровень языка класса С, поставлялась с исходным кодом для редактирования, что послужило названию первой открытой ОС. Система получила быстрое распространение как на мини –компьютерах, так и на суперкомпьютерах.

Доступность мини-компьютеров и использование из в больших количествах на предприятиях послужило созданию первых локальных сетей.

Для обмена информаций между компьютерами строились с помощью нестандартного коммуникационного оборудования (прямое подключение последовательных портов). На базе Unix было разработано первое сетевое программное обеспечение для передачи информации между ПК. Называлось данное ПО Unix-to-Unix Copy Program. Данное по могло задействовать для передачи данных несколько различных интерфейсов RS-232, токовую петлю и использовать глобальные модемные сети.

Сильный скачок в развитии NOS пришелся на 80 – 90 ые годы. Развитие стека протоколов TCP/IP и внедрение их в сеть ARPANET для взаимодействия с другими «Сателлитными» сетями. В 1983 министерство обороны США принимает стек проколов TCP/IP, как военный стандарт. После этого момента стек протоколов TCP/IP и UNIX начали совместное существование и практически все версии UNIX стали сетевыми.

После разделения сетей ARPANET на новый ARPANET и MILNET (ведомственные сети), для обозначения их составной сети появился термин Internet.

Internet стал огромным полигоном для тестирование и испытания новых сетевых ОС. В реальном времени возможно было проверить взаимодействие, степень масштабируемости, способность работы в экстремальной нагрузке при подключении тысяч пользователей.

С развитием стека проколов TCP/IP появляется много сетевых операционных систем на базах операционных систем Unix, Linux, MS-DOS, Windows и т.д.

Из данных исторических фактах видно какими мощными темпами развивались сетевые технологии, прогресс не стоит на месте. Технологии передачи и обработки данных растут совместно с потребностями научных проектов, производства, пользователей и т.д.

В данной работе будет показано использование сетевых технологий в различных сферах деятельности, в системах, в жизни.

Глава I Структура сетевой операционной системы

1.1 Операционная система отдельной машины.

Сетевая операционная система идет как основа любой вычислительной сети. Любой компьютер в сети по своей мере автономен, поэтому сетевая ОС в широком смысле – это совокупность ОС отдельных компьютеров, взаимодействующие между собой с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по определенным протоколам. В узком же смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, работающего в локально-вычислительной сети.

Сетевой протокол – Это определенные и единые правила для обмена сообщениями внутри сети.

Рис.1 структура сетевой ОС

Сетевую операционную машину можно разделить на несколько частей (рис. 1)

1. Средства управления локальными ресурсами компьютера: а именно распределение оперативной памяти в процессах, планирование и распределение задач, многопроцессорная система, управление периферийными ресурсами.
2. Серверная часть (ОС) – предоставление собственных ресурсов в локальной сети для общего пользования. Данные средства позволяют осуществить блокировку файлов и записей для совместного использования, управление очередями в общем доступе для ограничения доступа к периферийным устройствам, списки сетевых ресурсов, организация удалённого доступа до определенных ресурсов.
3. Клиентская часть (ОС)(редиректор) – Это запросы на предоставления удаленного доступа к тем или иным ресурсам, услугам и их использование. Эта часть системы организует распознание и перенаправление к удаленным ресурсам запросы от программ и пользователей, при этом информация уходит с машины в локальной форме и передается уже в сеть в форме удобной для серверной ОС. Клиентская часть так же выполняет прием ответов от сервера преобразовывает их в локальную форму так что для программе не известно в каком режиме (локальном или сетевом) она на данный момент работает.
4. Коммуникационные средства ОС с помощью которых происходит обмен сообщения в локальной сети.

В зависимости от функций данного локального компьютера он может выступать как локальной, так серверной ОС.

Рис.2 Взаимодействие компонентов операционной системы

На рис 2 показано взаимодействие сетевых компонентов.

На данном рисунке компьютер 1 изображен как «Чисто» клиентская часть ОС, а компьютер два как «Чисто» серверная часть. Так же на данном рисунке изображена отдельная клиентская часть – редиректор. Именно редиректор обрабатывает все запросы, посланные приложениями и анализирует их. Если запрос идет к внутренним ресурсам, то он переадресовывается к соответствующему ресурсу локальной ОС, а если к удаленному ресурсу, то направляется сразу в сеть. В этом случае клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевой формат и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений на указанный сервер

После получения результата, сервер обращается к транспортной подсистеме и отправляет ответ клиенту. Клиентская часть конвертирует результат, и отправляет тому приложению, которое выдало запрос.

Рис.3 Варианты построения сетевых ОС.

Первой сетевой ОС была совокупность существующей локальной ОС и сетевой оболочки, которая была построена поверх нее. В то же время локальная ОС была встроена с минимальными сетевыми функциями.

Примером такого подхода является использование операционной системы MSDOS (которая в своей третьей версии имеет встроенные функции, такие как блокирование файлов и записей, необходимых для обмена файлами).

Такой принцип построения сетевой ОС используется и в современных операционных системах, таких как, например, LANtastic или Personal Ware

Однако наиболее эффективным способом является разработка операционных систем уже предназначенных для работы в локальной сети. Сетевые функции этого типа ОС встроены в основные модули системы, которые обеспечивают их логически правильный подход, простоту в эксплуатации и модификации, а также высокую производительность. Примером такой ОС является система Microsoft Windows NT, которая благодаря встроенным сетевым средствам обеспечивает более высокую производительность и безопасность информации, чем сетевая OS LAN Manager той же компании (совместная разработка с IBM), которая является надстройкой над локальной операционной системой OS / 2.

1.2 Сетевые ОС одноранговые и с выделенными серверами.

В зависимости от того, как распределяются функции между сетевыми компьютерами, сетевые операционные системы и, следовательно, сети, делятся на два класса: одноранговые (рис. 4, 4а) и двухранговые (рис. 5). Последние часто называют сетями с выделенными серверами.

Рис.4 Одноранговая сеть

Рис. 4а Одноранговая сеть

1.2.1 Одноранговые сети

Одноранговая, децентрализованная или пиринговая (английская одноранговая сеть, P2P - одноранговая сеть) представляет собой оверлейную компьютерную сеть, основанную на равенстве участников. Часто такая сеть не имеет выделенных серверов, и каждый узел (одноранговый узел) является одновременно клиентом и служит в качестве сервера. В отличие от архитектуры клиент-сервер, такая организация позволяет поддерживать работу сети на любом количестве и любой комбинации доступных узлов. Участниками сети являются пиры.
Впервые фраза «peer-to-peer» использовалась в 1984 году при разработке архитектуры IBM Advanced Peer to Peer Networking (APPN).

1.2.2 Устройство одноранговой сети.

В сети есть несколько машин, и каждый из них может общаться с любым из других. Каждая из этих машин может отправлять запросы другим машинам. В качестве сервера каждая машина должна иметь возможность обрабатывать запросы с других компьютеров в сети. Каждая машина также должна выполнять некоторые вспомогательные и административные функции (например, хранить список других известных соседей и поддерживать ее актуальность).

Любая машина этой сети может появляться и исчезать в любое время. Но когда вы достигаете определенного критического размера сети, приходит такое

время, когда одновременно есть много серверов с одинаковыми функциями в сети.

В дополнение к чистым сетям P2P существуют так называемые гибридные сети, в которых есть серверы, используемые для координации работы, поиска или предоставления информации о существующих сетевых компьютерах и их статусе (online, offline и т. д.). Гибридные сети объединяют скорость централизованных сетей и надежность децентрализованных сетей. Если один или несколько серверов терпят неудачу, сеть продолжает функционировать. Частично децентрализованные сети включают eDonkey, BitTorrent, Direct Connect, The Onion Router.

Одной из областей применения одноранговой технологии является совместное использование файлов. Пользователи сети обмена файлами загружают любые файлы в так называемом. Папка «Share» (English share - share) на вашем компьютере, содержимое которой доступно для загрузки другим пользователям. Некоторые другие пользователи сети отправляют запрос на поиск файла. Программа ищет сетевые клиенты для файлов, соответствующих запросу, и отображает результат. После этого пользователь может загружать файлы из найденных источников. В современных файлообменных сетях информация загружается из нескольких источников сразу. Его целостность проверяется контрольными суммами.

1.2.3 Преимущества и недостатки одноранговой сети

Из достоинств «классической» одноранговой сети также стоит отметить возможность хранения распределенных ресурсов на любом компьютере, подключенном к сети. В то время как в локальной сети с выделенным сервером вся необходимая информация должна оставаться на определенном устройстве.

Но в любой системе существует ряд «слабостей». И основным недостатком одноранговых сетей является отсутствие безопасности такой структуры - они подвержены «атакам» различных видов вредоносного программного обеспечения (которое полностью изолировано по чистой случайности на любом компьютере, подключенном к сети).