Операционные среды, системы и оболочки Назаров Станислав Викторович Учебный курс

Учебный курс
Операционные среды,
системы и оболочки
Лекция 13
Лекции читает
доктор технических наук, профессор
Назаров Станислав Викторович
5.1. Недостатки сосредоточенных и изолированных систем
Мэйнфреймы как достижение технической мысли (60 – 80 гг.):
1) высокая производительность и точность вычислений; 2) универсальный
режим работы; 3) обслуживание больших коллективов пользователей; 4)
возможность удаленного доступа.
Недостатки: 1) большая стоимость; 2) опасность “универсального” краха
системы; 3)Необходимость высококвалифицированного обслуживающего
персонала большой численности
Система изолированных персональных компьютеров:
1) повышение отказоустойчивости; 2) распределенный вычислительный
потенциал у каждого пользователя, 3) высокое удобство индивидуальной
работы.
Недостатки: 1) проблема обмена информацией; 2) неудобства в
организации коллективной работы; 3) дополнительные затраты труда; 4)
высокая стоимость организации использования периферийных устройств.
Операционные системы
2
5.2. Понятие компьютерной сети. Преимущества объединения
Компьютерная сеть – это два или более компьютеров, связанных
коммуникационной системой и программным обеспечением, позволяющим
пользователям получать доступ к ресурсам этих компьютеров.
Преимущества объединения:
1. Совместное использование дорогостоящих устройств ввода-вывода
(цветные принтеры, плоттеры, цифровые камеры и т. п.
2. Совместное использование устройств хранения информации.
3. Совместное использование модемов и подключений к Интернет.
4. Совместное использование файлов данных и приложений.
5. Возможность организации электронной почты и аудио- и
видеоконференций.
6. Упрощение и удешевление технического обслуживания,
модернизации, замены и установки программного обеспечения.
Операционные системы
3
5.3. Терминология компьютерных сетей
1. Физическая топология сети
Операционные системы
4
2. Логическая топология сети определяет путь прохождения сигналов
от одного компьютера к другому. Логическая топология тесно связана с
физической, но не всегда ее повторяет.
3. Область действия сети: локальные сети, территориальные,
корпоративные (частные виртуальные сети), национальные, глобальные.
4. Компьютеры сети
Серверы – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы (данные,
программное обеспечение, периферийное оборудование, услуги – печать,
электронная почта и др.) пользователям сети. В больших сетях серверы
специализируются, т.е. выполняют одну определенную функцию. Виды
серверов: файловые серверы, серверы печати, серверы приложений,
регистрационные серверы (контроллеры доменов), интернет-серверы
(WEB-серверы), почтовые серверы, терминальные серверы, серверы
удаленного доступа, прокси-серверы, факс-серверы, кластерные серверы
Операционные системы
5
5. Клиенты, рабочие станции, хосты, узлы
Клиенты сети – компьютеры и другие сетевые устройства (например,
принтеры), имеющие доступ к ресурсам сети, также программы, имеющие
доступ к программам сервера. Чаще всего клиент – компьютер пользователя
сети. Клиенты-компьютеры могут быть “тонкими” и “толстыми”
клиентами.
Рабочая станция:
1. Клиентский (пользовательский) компьютер, на котором установлена
клиентская операционная система.
2. Высокопроизводительный компьютер, интенсивно использующий
локальные и сетевые ресурсы.
Хост – компьютер или другое устройство сети, имеющее IP-адрес.
Узел – точка соединения в сети – компьютер или другое устройство,
предназначенное для распознавания и обработки запросов на передачу
информации другим узлам сети.
Операционные системы
6
6. Сетевая коммуникационная аппаратура
Простые соединительные устройства – разъемы для подключения
коаксиальных кабелей (BNC T- разъемы и цилиндрические), телефонных линий (RJ11), витой пары (RJ-45), разъемы волоконно-оптических кабелей, коммутационные
панели и пассивные концентраторы.
Сложные соединительные устройства – преобразователи (для соединения
витой пары с волоконно-оптическим кабелем), повторители (для соединения
сегментов сети), активные концентраторы (многопортовые повторители).
Устройства сегментации и создания подсетей:
мосты – компьютеры или специализированные устройства, объединяющие два
сегмента сети (фильтрация данных на основе MAC-адресов);
маршрутизаторы - компьютеры или специализированные устройства для соединения
отдельных сетей (на основе IP –адресов);
коммутаторы, работающие на различных уровнях модели OSI.
Операционные системы
7
Модель
МодельOSI
OSI(Open
(OpenSystem
SystemInterconnection)
Interconnection)
Операционные системы
8
Модель OSI (Open System Interconnection)
Модель OSI состоит из семи уровней, каждый из которых представляет собой определенный этап
процесса сетевой коммуникации. Каждый уровень выполняет определенную задачу процесса
коммуникации, а затем передает данные вверх или вниз на следующий уровень.
Прикладной уровень обеспечивает взаимодействие между пользовательским приложением
и сетью: FTP , Telnet , SMTP , HTTP (передача гипертекста) и др.
Уровень представления (сжатие данных, шифрование, трансляция протоколов). На этом уровне
работают шлюзы для соединения различных сетей и Редиректоры – программы, определяющая, чем
должен быть обработан запрос – локальным компьютером или устройством сети.
Сеансовый уровень – устанавливает и разрывает диалоги приложений разных компьютеров
сети в дуплексном или полудуплексном режиме по установленным правилам обмена,
обеспечивает безопасность и распознавание имен.
Транспортный уровень – обеспечение целостности и последовательности пакетов данных.
На этом уровне работает DNS, организуются порты и Сокеты приложений.
Сетевой уровень – маршрутизация пакетов. Устройства этого уровня – маршрутизаторы и
коммутаторы сетевого уровня.
Канальный уровень: MAC – управление доступом к сети (48-разрядный двоичный адрес сетевой карты)
и LLC – управление логическими связями (определяет логическую топологию сети). На этом уровне
работают мосты и коммутаторы уровня 2
Физический уровень –формирование аналоговых, цифровых, модулированных и
других сигналов, синхронная и асинхронная передача и др.
Операционные системы
9
Коммутаторы – устройства объединения подсетей (сетей) на
различных уровнях модели OSI:
1. Коммутатор второго уровня – коммутирующий концентратор –
передает пакет только на требуемый порт (к портам подключены
компьютеры).
2. Коммутатор второго уровня – сегментный коммутатор, к его портам
подключены сегменты сети.
3. Коммутатор третьего уровня (сетевого) является маршрутизатором
специального типа.
4. Коммутатор четвертого уровня – использует информацию,
содержащуюся в заголовках протоколов TCP и UDP c целью повышения
безопасности данных путем фильтрации списка контроля доступа.
Маршрутизаторы – устройства объединения подсетей
(сетей) с выбором оптимального маршрута передачи пакета
данных (используют IP и IPX-адресацию).
Операционные системы
10
5.4. Сетевые и распределенные операционные системы
Сетевая ОС предоставляет пользователю виртуальную вычислительную
систему, работать с которой проще, чем с реальной сетевой аппаратурой.
В то же время эта виртуальная система не полностью скрывает
распределенную природу своего реального прототипа.
Термин “сетевая операционная система” используется в двух значениях:
1. Совокупность взаимодействующих ОС всех компьютеров сети.
2. Операционная система отдельного компьютера, позволяющая ему работать в
сети.
В идеальном случае сетевая ОС должна предоставлять пользователю
сетевые ресурсы в виде ресурсов единой централизованной виртуальной
машины. В этом случае сетевая ОС является распределенной ОС.
Распределенная операционная система существует как единая ОС в
масштабах всей вычислительной системы.
Степень автономности каждого компьютера сети, работающего под
управлением сетевой ОС, значительно выше по сравнению с
компьютерами, работающими под управлением распределенной ОС.
Операционные системы
11
Сетевые операционные системы
МД
Принтер
МЛ
Средства управления
локальными ресурсами
Сетевые средства
Серверна
я часть
Клиентская
часть
Редиректор
Сетевая операционная система
Транспортные средства
DVD
(сетевые службы)
В сеть
Операционные системы
Сетевая служба: серверная
и клиентская части
12
5.5. Сетевые службы и сетевые сервисы
Совокупность серверной и клиентской частей ОС, предоставляющих
доступ к конкретному типу сетевого ресурса, называется сетевой
службой.
Сетевой сервис – это набор услуг, предоставляемых сетевой службой.
Сетевые службы ориентированы на пользователя и администратора
сети.
Наиболее важными для пользователей сети являются файловая
служба и служба печати. Спектр служб может включать: почтовую
службу, удаленный терминальный доступ, передачу файлов,
видеоконференции и др.
К службам, ориентированным на администратора относятся: служба
мониторинга сети, служба безопасности, резервного копирования,
архивирования и др.
Сетевые службы имеют клиент-серверную архитектуру.
Операционные системы
13
2
Операционная
система
3
Операционная
система
Встроенные сетевые службы (UNIX,
Windows 2000,NetWare)
Сетевая оболочка
(набор сетевых
служб) – LAN
Manager, LAN Server
1
Операционная
система
Серверная
Клиентская
оболочка
оболочка
ОС: VAX VMS, VM,
OS/400, OS/2, AIX
Сетевые службы отдельные продукты
(WinFrame – для работы в среде Windows NT,
NetWare Connect – для работы в среде
NetWare)
Операционные системы
14
5.6. Одноранговые и серверные операционные системы
Локальная
часть
К
С
Транспорт
Локальная
часть
Локальная
часть
К
К
С
Транспорт
С
Транспорт
Локальная
часть
К
С
Транспорт
Одноранговая сеть
Операционные системы
15
Сеть с выделенными серверами
Сервер
Сервер
Рабочие станции
Рабочие станции
Рабочие станции
Особенности серверных ОС:
поддержка мощных аппаратных платформ, в том числе мультипроцессорных;
поддержка большого числа одновременно выполняемых процессов и сетевых
соединений; включение в состав ОС компонентов централизованного
администрирования сети (например, службы аутентификации и авторизации
пользователей сети); более широкий набор сетевых служб.
Операционные системы
16
5.7. Служба каталогов сетевых серверных ОС
5.7.1. Понятие службы каталогов
Служба каталогов (Directory Services) представляет собой базу данных и совокупность
служб для именования, хранения и выборки информации в распределенной среде,
доступных клиентам и администраторам этой среды.
Причины, требующие в сети централизованной базы справочной информации:
1. Появление корпоративных информационных систем. Усложнение задач управления
пользователями. Централизованное хранение учетных записей пользователей.
2. Управление сетевыми ресурсами, прозрачность доступа к сетевым ресурсам.
3. Управление сетью на основе БД о топологии сети и характеристик ее компонентов.
4. Организация управления распределенными приложениями.
5. Предоставление справочной информации для работы сетевых служб и сервисов.
6. Управления качеством обслуживания сетевого трафика.
Примеры реализации службы каталогов : Novell Directory Service, Banyan Street Talk,
Microsoft windows NT Directory Service, X500 (Consultative Committee for International
Telephone and Telegraph, CCITT совместно с ISO).
Способы реализации:
1. Локальные базы справочных служб узкого (специализированного) назначения.
2. Единая централизованная справочная служба на основе распределенной базы данных
Операционные системы
17