Файл: Сетевые операционные системы.pdf

Тем временем, доступность миникомпьютеров и, поэтому, их распространенность на предприятиях и в организациях, послужила мощным стимулом для создания локальных сетей. И правда, если компьютер подключен к локальной сети, то к его ресурсам (подключенному принтеру, программам или файлам) может обращаться и пользователь, находящийся непосредственно за клавиатурой, и любой другой пользователь сети — у которого есть доступ к ресурсам конкретного компьютера^[19].

Предприятия могли себе позволить иметь несколько рабочих станций, находящихся в одном здании или даже в одной комнате. Конечно возникала потребность в обмене информацией между ними и в совместном использовании в то время дорогого периферийного оборудования.

Самые первые локальные сети строились посредством нестандартного коммуникационного оборудования, в простейшем случае — путем прямого соединения по­следовательных портов компьютеров. Программное обеспечение тоже было нестандартным и реализовывалось в виде приложений пользователей^[20].

На практике сложилось несколько подходов к построению сетевых операционных систем (смотри Рисунок 1 в Приложении).

К наиболее важным событиям 80-х годов относится создание стека TCP/IP, появление Интернета, разработка новых версий ОС Unix, стандартизация технологий локальных сетей и подобным им сетей, появление персональных компьютеров и операционных систем для них^[21].

На самом деле действующий вариант стека протоколов TCP/IP был создан в конце 70-х годов, но доработан был только в 80-х.

Этот стек представлял собой набор общих протоколов для разнообразной вычислительной среды и предназначался для соединения экспериментальной сети ARPANET с другими «сателлитными» сетями^[22].

ARPANET - это своего рода первая компьютерная сеть, которая была создана в 1969 году Министерством обороны США по перспективным исследованиям и стала основой для появления глобальной сети Интернет.

В 1983 году стек протоколов TCP/IP был принят министерством обороны США в качестве военного стандарта. Переход компьютеров сети ARPANET на стек TCP/IP ускорил реализацию этой функции для операционной системы BSD Unix. С этого времени началось совместное существование Unix и протоколов TCP/IP, и практически все многочисленные версии Unix стали сетевыми.

То есть, можно сказать, что локальная ОС Unix превратилась после этого в сетевую операционную систему.

Внедрение протоколов TCP/IP в ARPANET дало этой сети все основные черты, которые отличают современный Интернет^[23]. В 1983 году сеть ARPANET была разделена на две основные части: MILNET, и новую сеть ARPANET. Для обозначения составной сети ARPANET и MILNET стало использоваться название Internet, которое сейчас и дает возможность к полному функционалу сетевых операционных систем.

Но нельзя забывать самое главное событие начала 80-х годов — появление первых персональных компьютеров.

Персональные компьютеры послужили одним из самых мощных катализаторов для бурного роста локальных сетей, создав отличную материальную основу в виде десятков и сотен компьютеров, принадлежащих одной организации или предприятию, и расположенных в пределах одного здания. В результате этого, поддержка сетевых функций стала для ОС персональных компьютеров необходимым условием. И сетевые операционные системы в это время были максимально популярными и занимали большую часть среди вариаций ОС^[24].

В 90-е годы ситуация сложилась следующим образом: почти все операционные системы, занимающие главенствующие места на рынке, стали сетевыми. На сегодня сетевые функции встраиваются в ядро ОС, являясь ее неотъемлемой и важной составной частью. Операционные системы получили средства для работы со всеми основными технологиями локальных сетей, таких как: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM, а также глобальных: X.25, frame relay, ISDN, ATM сетей, еще средства для создания составных сетей: IP, IPX, AppleTalk, RIP, OSPF, NLSP^[25].

Появились также и специализированные ОС, предназначенные только для решения задач коммуникации. Например, сетевая операционная система IOS компании Cisco Systems, работающая в маршрутизаторах, организует в мультипрограммном режиме компиляцию программы, которая реализует один из коммуникационных протоколов. Кстати, стоит отдельно упомянуть про операционные системы компании Cisco, на сегодняшний день они являются одними из самых популярных операционных систем для маршрутизаторов^[26].

Особое внимание в течение всего последнего десятилетия уделялось корпоративным сетевым ОС, для которых характерны очень высокая степень масштабируемости, поддержка сетевой работы, наличие средств централизованного администрирования и управления и развитые средства обеспечения безопасности.

Сервисы такого рода в сети включают взаимодействие между сетями отделов, доступ к БД (База данных) предприятия, а также высокоскоростным модемам и принтерам^[27]. Корпоративные сетевые ОС объединяют внутри себя все компьютеры, всех территорий отдельного предприятия, то есть они могут покрывать территорию от здания или города, вплоть до страны и даже континента, где находятся филиалы данного предприятия.

Сетевые операционные системы

2.1 Структура сетевой операционной системы

Для начала предлагаю разобраться, что такое компьютерная сеть. Компьютерная сеть — это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой, то есть на которых установлена сетевая операционная система, и снабженных соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров. Сеть может состоять из компьютеров разных типов, в частности рабочих станций, миникомпьютеров, персональных компьютеров или суперкомпьютеров^[28].

Сетевая ОС имеет в своем составе средства передачи сообщений между рабочими станциями по линиям связи, которые практически не нужны в автономной ОС, например, в операционных системах до появления протокола TCP/IP внутри операционной системы Unix такое было не нужно^[29]. На основе такого рода сообщений, сетевая операционная система поддерживает разделение ресурсов станции между удаленными пользователями, подключенными к сети и имеющими права доступа к конкретным данным другого компьютера или пользователя. Для поддержки функций передачи сообщений между станциями, сетевые операционные системы содержат специальные прикладные компоненты, реализующие популярные коммуникационные протоколы, которые мы разбирали чуть ранее, такие как IP, Ethernet, IPX и другие^[30].

Магистральным направлением развития сетевых операционных систем можно назвать достижение высокой степени прозрачности любых сетевых ресурсов. В идеальном случае, любая сетевая ОС должна быть в состоянии предоставить пользователю сетевой ресурс не в виде сети, а в виде ресурса единой виртуальной машины. Для такого рода операционной системы используют специальное название — распределенная операционная система^[31].

Сетевая операционная система предоставляет пользователю виртуальную вычислительную систему, с которой работать гораздо проще, чем с реальной сетевой аппаратурой. Но также эта виртуальная система не полностью скрывает распределенную природу реального прототипа. Ведь при обращении к ресурсам конкретной станции в сети пользователи сетевой операционной системы всегда помнят, что они работают с сетевыми ресурсами, и для доступа к последним нужно выполнить некоторые операции, например, отобразить удаленный разделяемый каталог на выбранную локальную букву дисковода или поставить перед именем этого каталога еще и имя компьютера, на котором он расположен. Также нельзя забывать о разграничении прав, так как безопасность превыше всего^[32]. Пользователи сетевой ОС обычно должны быть в курсе того, где хранятся их файлы и к каким конкретно файлам другие пользователи имеют доступ, также использовать команды передачи файлов для перемещения фалов с одной машины на другую.

Работая в среде сетевой ОС, пользователь имеет возможность запустить задание на любой машине компьютерной сети, при этом он всегда знает, на какой машине выполняется его задание. По умолчанию пользовательское задание выполняется на той машине, на которой пользователь сделал логический вход. Но если он хочет выполнить задание на другой машине, то ему необходимо сделать одно из двух^[33]:

1. Выполнить удаленный логический вход на эту машину, с которой он хочет взаимодействовать, используя команду типа «remote login»
2. Либо ввести специальную команду удаленного выполнения, в которой он должен указать информацию, идентифицирующую удалённый компьютер в сети.

В сетевой операционной системе отдельной машины можно выделить несколько частей (смотри Рисунок 2 в Приложении)^[34].

Средства управления локальными ресурсами компьютера можно разбить на такие категории^[35]:

1. Функция распределения оперативной памяти между процессами,
2. Планирование и диспетчеризация процессов,
3. Управления процессорами в мультипроцессорных машинах,
4. Управления периферийными устройствами.

Средства предоставления собственных ресурсов и услуг во всеобщее пользование в сети – это серверная часть ОС, то есть сервер. Эти средства в свою очередь обеспечивают:

1. Блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования с реальным разграничением прав доступа
2. Ведение справочников имен сетевых ресурсов
3. Обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе данных
4. Управление очередями запросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам.

Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования – это уже клиентская часть ОС, то есть редиректор^[36].

Эта часть выполняет распознавание и перенаправление в сеть любых запросов к удаленным ресурсам от приложений и пользователей, но при этом запрос поступает от приложения именно в локальной форме, а передается в сеть уже в другой форме, соответствующей требованиям конкретного сервера.

Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразует их в локальный формат, чтобы любое приложение понимало входную информацию, так чтобы для этих приложений выполнение локальных и удаленных запросов было неразличимо.

Коммуникационные средства операционной системы, с помощью которых происходит обмен сообщениями внутри сети, обеспечивают адресацию и буферизацию любых сообщений, выбор маршрута передачи сообщений по сети, а также обеспечивают надежность передачи, то есть являются средством транспортировки сообщений.

В зависимости от функций, возложенных на конкретный компьютер, в его операционной системе может присутствовать или отсутствовать клиентская или серверная часть^[37].

На рисунке 3 (смотри Рисунок 3 в Приложении)^[38] показано взаимодействие сетевых компонентов.

Здесь компьютер 1 выполняет роль "чистого" клиента, а компьютер 2 - роль "чистого" сервера, тем самым на первой машине отсутствует серверная часть, а на второй – клиентская часть. На рисунке хорошо видно, что компонент клиентской части – это редиректор^[39]. Редиректор перехватывает абсолютно все запросы, поступающие от прикладных программ, и анализирует их для обработки. Если выдан запрос к ресурсу конкретного компьютера, то он переадресовывается соответствующей подсистеме локальной операционной системы, если же это запрос к удаленному ресурсу, то он переправляется в сеть. При этом клиентская часть преобразует запрос из локальной формы в сетевой формат и передает его транспортной подсистеме, которая отвечает за доставку сообщений указанному серверу. Серверная часть операционной системы компьютера 2 принимает запрос, трансформирует его и передает для выполнения своей локальной операционной системе. После этого, результат получен и сервер обращается к транспортной подсистеме, затем направляет ответ клиенту, который выдал запрос.
Клиентская часть преобразует результат в соответствующий формат и адресует его той программе, которая выдала запрос.

Очень полезным преимуществом клиентской части ОС является способность отличить запрос к удаленному файлу от другого запроса к локальному файлу, то есть клиентская часть ОС умеет это делать и приложения не заботятся о том, с удаленным или локальным файлом они работают — ведь клиентская программа сама анализирует и перенаправляет (в переводе: redirect) запрос к удаленной рабочей станции. Поэтому и название, часто используемое для клиентской части сетевой ОС — редиректор^[40].

На этом мы вкратце разобрали структуру сетевой операционной системы и смогли убедиться, как сильно она выигрывает у локальной операционной системы, которая не имеет сетевых возможностей, - набор различных функций и преимуществ у сетевой операционной системы помогает ей охватывать очень большой спектр направлений для деятельности и предлагает, как системных администраторам, которые будут работать с ее настройкой и поддержкой, так и обычным пользователям, которые будут работать непосредственно с ее функциями и возможностями, получить эффективную работу при использовании данной ОС. Также мы выяснили, какие производственные средства имеет сетевая операционная система и проследили методы взаимодействия сетевых компонентов этого вида ОС.