Файл: Сетевые операционные системы ( Определение и свойства сетевых операционных систем ).pdf

Введение

Как известно, ранее термин сетевая операционная система относился к двум различным концепциям:

- специализированная операционная система для сетевого устройства таких как коммутатор, маршрутизатор или межсетевой экран.

- операционная система непосредственно работающая с компьютерной сетью для организации доступа к общим ресурсам для нескольких компьютеров в сети и позволяет давать общий доступ к данным для пользователей, групп, политик безопасности, приложений и других сетевых функций.

В наше время этот термин расширился и в качестве сетевой операционной системы все большее значение принимает симбиоз операционных систем сетевого оборудования и серверов и рабочих станций.

Целью данной курсовой работы является изучение сетевых операционных систем, их предназначение и различие. Для всестороннего рассмотрения вопроса целесообразно рассмотреть и историю возникновения сетевых операционных систем и изучить концепции систем.

1. История

Изучая вопрос сетевых операционных систем необходимо рассмотреть историю их появления. С начала 1970-х годов появились первые сетевые операционные системы, которые в отличие от использующихся на тот момент времени многотерминальных ОС позволяли не только рассредоточить пользователей, но и организовать распределенное хранение и обработку данных между компьютерами. Cетевая операционная система не только выполняет все функции локальной операционной системы, но и обладает некоторыми дополнительными средствами, позволяющими ей взаимодействовать по сети с другими операционными. Программные модули, реализующие сетевые функции, появлялись в операционных системах постепенно, по мере развития сетевых технологий, аппаратной базы компьютеров и возникновения новых задач, требующих сетевой обработки.

В результате инициативы министерства обороны США 1969 году была создана сеть ARPANET, которая послужила в последствии для создания всемирной сети Интернет. Первая структура сети ARPANET насчитывала всего 4 узла, которые работали под управлением различных операционных систем, дополненных сетевыми модулями. Несколькими годами позже, корпорация IBM начала создавать собственную сетевую архитектуру мэйнфреймов SNA (System Network Architecture). Эта архитектура обеспечивала взаимодействие по глобальным связям типа терминал-терминал, терминал-компьютер и компьютер-компьютер.

В последующие годы развивались и разрабатывались различные стандарты сетевых протоколов (OSI и TCP/IP) и сетевых операционных систем UNIX, NetWare и прочие.

В 1990-е годы практически все операционные системы стали в определенной мере сетевыми. Сетевые функции встраивались в ядро операционных систем и стали её неотъемлемой частью. Были разработаны и внедрены основные средства для работы со всеми основными технологиями локальных сетей - Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM, и глобальных сетей - X.25, FrameRelay, ISDN, ATM. Спроектированы и средства для создания составных сетей - IP, IPX, AppleTalk, RIP, OSPF, NLSP.

1. Определение и свойства сетевых операционных систем

Как упоминалось ранее, термин сетевая операционная система используется в двух значениях. Во первых, как совокупность операционных систем всех серверов и рабочих станций сети. Во вторых, как операционные системы отдельного компьютера работающего в сети.

Операцио́нная систе́ма (Operating System) комплекс взаимосвязанного программного обеспечения, предназначенного для управления ресурсами вычислительной машины и организации взаимодействия с пользователем.

В логической структуре типичной вычислительной системы операционная система занимает положение между устройствами с их микроархитектурой, машинным языком и, возможно, собственными (встроенными) микропрограммами (драйверами) — с одной стороны — и прикладными программами с другой.

Разработчикам программного обеспечения операционная система позволяет абстрагироваться от деталей реализации и функционирования устройств, предоставляя минимально необходимый набор.

В большинстве вычислительных систем операционная система является основной, наиболее важной частью системного программного обеспечения.

Сетевую операционную систему функционально можно разделить на:

- средства управления локальными ресурсами;

- средство предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование;

- средства доступа к удаленным ресурсам и услугам;

- транспортные средства обеспечивающие передачу данных между узлами сети

Сетевая служба, как совокупность серверной и клиентской частей операционных систем предоставляющих доступ к конкретному ресурсу через сеть, предоставляет пользователю услугу называемую сетевым сервисом. Службы связаны с определенным типом сетевых ресурсов и определенным способам доступа к этим ресурсам. Сетевые службы содержат и клиентскую и серверную часть. При предоставлении сетевой службой определенной услуги используются ресурсы и клиента и сервера Причем, инициатором выполнения работы сетевой службы выступает клиент. Сервер при этом находится в режиме пассивного ожидания запросов.

Существвует несколько типов сетей. Их принадлежность различна исходя из соответствующих задачам. Одноранговая (децентрализованная, пиринговая) сеть (Peer-to-Peer Network) как простой способ объединения рабочих станций случаях, когда необходимо просто совместное использование файлов и прочих ресурсов. В такой сети, часто называющейся рабочей группой (Workgroup) нет сервера, и все компьютеры взаимодействуют как равноправные узлы. Иными словами в одноранговой сети нет централизованного управления. В отличие от архитектуры клиент-сервера, такая организация сохраняет свою работоспособность при любом количестве и любом сочетании доступных узлов, что является несомненным преимуществом. Узлом сети (node) называют устройство, соединённое с другими устройствами как часть компьютерной сети. Узлами могут быть рабочие станции и сервера, мобильные телефоны, планшеты, а также специальные сетевые устройства, такие как маршрутизатор, коммутатор или концентратор.

Одна из областей применения технологии одноранговых сетей — это обмен файлами. В современных файлообменных сетях информация загружается сразу из нескольких источников. Её целостность проверяется по контрольным суммам.

Технология пиринговых сетей (не подвергающихся квазисинхронному исчислению) применяется также для распределённых вычислений. Они позволяют в сравнительно короткие сроки выполнять поистине огромный объём вычислений, который даже на суперкомпьютерах потребовал бы, в зависимости от сложности задачи, многих лет и даже столетий работы. Такая производительность достигается благодаря тому, что некоторая глобальная задача разбивается на большое количество блоков, которые одновременно выполняются сотнями тысяч компьютеров, принимающими участие в проекте.

Сети с выделенным сервером (или серверами) (Client-Server) могут быть очень крупными и предоставлять пользователям более широкий диапазон ресурсов по сравнению с одноранговыми сетями. Связано это, прежде всего, с тем, что в такой сети имеются различные специализированные серверы.

Другая вычислительная или сетевая архитектура называется клиент-сервер (англ. Client–Server). В ней задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг - серверами, и заказчиками услуг - клиентами. Фактически клиент и сервер — это программное обеспечение. Как правило, эти программы расположены на разных вычислительных машинах и взаимодействуют между собой через вычислительную сеть посредством сетевых протоколовю Однако это программное обеспечение может быть расположено и на одной машине. Серверная программная часть ожидает от клиентских программ запросы и предоставляет им свои ресурсы в виде данных (например, загрузка файлов посредством HTTP, FTP, BitTorrent, потоковое мультимедиа или работа с базами данных) или в виде сервисных функций (например, работа с электронной почтой, общение посредством систем мгновенного обмена сообщениями или просмотр web-страниц во всемирной паутине). Поскольку одно серверное программное обесепечение может выполнять запросы от множества программ-клиентов, его размещают на специально выделенной вычислительной машине Которая настроена специально для совместной с другим серверным программным обеспечением.Из-за особой роли такой машины в сети, специфики её оборудования и программного обеспечения, её также называют сервером, а машины, выполняющие клиентские программы, соответственно, клиентами. Разумеется, производительность этой машины должна быть высокой.

Преимущества сетевой архитектуры клиент-сервер:

- отсутствие дублирования кода программы-сервера программами-клиентами;

- невысокие технические ресурсы на клиентских компьютерах. Ввиду того, что все вычисления выполняются на сервере, требования к компьютерам, на которых установлен клиент, снижаются;

- проще организовать контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа. Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов.

Недостатки сетевой архитектуры клиент-сервер:

- неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть;

- поддержка работы данной системы требует грамотного технического персонала

- высокая стоимость и сложность серверного оборудования.

2 Операционные системы серверов и рабочих станций

Как говорилось ранее, сетевыми операционными системами считаются и операционные системы для серверов и рабочих станций. Главными задачами этих операционных систем являются разделение ресурсов сети и её администрирование. С помощью сетевых приложений определяются разделяемые ресурсы, задаются пароли, определяется права доступа для каждого пользователя или группы пользователей и прочее. Сегодня практически все современные ОС имеют встроенные сетевые функции.

Для функционирования сетевые операционные системы не нуждаются в гомогенности применяемого аппаратного обеспечения. Как правило, они строятся для однопроцессорных компьютеров, имеющих собственную оперционную систему. Компьютеры и их операционные системы объединены в сеть. Слжбы на этих компьютерах обеспечивают удаленное соединение с другими компьютерами путем применения команды. В результате рабочая станция пользователя переключается в режим удаленного терминала. Таким образом пользователь сидя за своим компьютером, фактически работает на другом компьютере. И все набранные им команды выполняются на удаленном компьютере, но отображаются на экране компьютера пользователя.

3. Операционные системы сетевых устройств

Термин сеть (Network) обозначает взаимосвязанные два и более сетевых устройства. Это могут быть как две рабочих станции связанных друг с другом кабелем витая пара, так и множество компьютеров и серверов объединенных в одну сеть в пределах здания - LAN (Local Area Network). Это может быть и более обширная сеть - WAN( Wide area network) вплоть до глобальной мировой сети Интернет (Internet). Таким образом в сети может быть множество самых разнообразных средств связи, включая спутниковые технологии и Интернет вещей.

Сеть объединяет проводными (например, медная витая пара или оптический кабель) и беспроводными видами связи. К устройствам, управляющим передачей данных относятся коммутаторами, маршрутизаторы,

Сетевая операционная система может быть встроена в маршрутизатор или аппаратный межсетевой экран, работающий с функциями сетевого уровня. Вот некоторые из них:

JUNOS — операционная система, используемая в оборудовании компании Juniper Networks. Создана на основе 4-й ветки свободной операционной системы FreeBSD. В JUNOS существует возможность установки дополнительного программного обеспечения, которое распространяется в виде пакетов, подписанных соответствующим сертификатом Juniper Networks. Система управления пакетами JUNOS также унаследована от FreeBSD. Внесение изменений в конфигурацию и управление всеми ASIC (application-specific integrated circuit - интегральная схема специального назначения) допускается только при помощи специальной утилиты - интерфейса командной строки CLI (Command Line Interface).

Cisco IOS — программное обеспечение, используемое в маршрутизаторах и сетевых коммутаторах Cisco. Cisco IOS является многозадачной операционной системой, выполняющей функции сетевой организации, маршрутизации, коммутации и передачи данных. В Cisco IOS также имеется интерфейс командной строки (command line interface, CLI), который который применяется во многих сетевых продуктах. Интерфейс IOS предлагает набор команд в соответствии с режимом и уровнем привилегий пользователя.

RouterOS — сетевая операционная система на базе Linux разработанная компанией MikroTik обеспечивает поддержку практически всех сетевых интерфейсов на ядре Linux и предназначена, в первую очередь, для установки на маршрутизаторы MikroTik RouterBoard. Однако, эта система может быть установлена на операционную систему ПК, превращая его в маршрутизатор с функциями брандмауэра и VPN. RouterOS поддерживает сервисы и протоколы для коммутации с оборудованием сторонних производителей- OSPF, BGP, VPLS/MPLS.

TiMOS — в коммутаторах от Alcatel-Lucent.

VRP (Versatile Routing Platform) — в коммутаторах Huawei.

Linux для встраиваемых систем. Например OpenWrt и DD-WRT.

DNOS - Dell Networking Operating Systemruen, основана на NetBSD.

К возможностям сетевых операционных систем относится поддержка сетевого оборудования; сетевых протоколов; протоколов маршрутизации; фильтрации сетевого трафика; доступа к удалённым ресурсам: принтерам, дискам посредством сети; сетевых протоколов авторизации.