Телеграфные службы, сети и службы ПД - часть 9

колов   TCP/IP   путем   перезагрузки   программ   без   каких-либо

изменений в аппаратных средствах сети. После перезагрузки

сеть будет работать с использованием протоколов TCP/IP.

13.4. Сетевые операционные системы

Системные программные средства, управляющие процессами в

компьютерных сетях, объединенные  общей архитектурой,  оп-

ределенными   коммуникационными   протоколами   и   механиз-

мами взаимодействия вычислительных процессов, называются

сетевыми   операционными   системами.  ,Они   предназначены   дд?

эффективного   решения   задач   распределенной   обработки   дан

них, т.е. обработки данных не на отдельном локальном компь-

ютере,   а   на   нескольких   объединенных   сетью,   причем   часто

бывает неважно — локальной или глобальной.

Сетевые операционные системы ограничены областью сво-

его   действия.   Сетевые   супервизоры   (управляющие   програм-

мы) поддерживают работу одной или нескольких взаимодейст-

вующих   локальных   сетей.   Если   взаимодействуют   несколько

сетей  (организована  интерсеть),  то сетевое  программное  обес-

печение реализуется также в шлюзах и мостах, связывающих

эти   сети,   а   все   сетевые   объекты   (рабочие   станции,   серверы),

принадлежащие разным сетям, подчиняются общему адресному

пространству.

Сетевые   операционные   системы,   поддерживая   распреде-

ленное выполнение процессов, их взаимодействие, обмен дан-

ными   между   процессорами,   доступ   пользователей   к   общим

ресурсам   и   другие   функции,   выполняют   важные   системные

требования   к   распределенной   системе   как   к   целостной   и

многопользовательской.

Требования   к   сетевым   операционным   системам.   Различают

следующие системные требования:

1) единая системная архитектура;

2) обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности;

       3) высокоуровневая и высоконадежная файловая система.

Единая системная архитектура. Понятие "системная ар

хитектура" охватывает следующие вопросы:

— распределение функций между узлами сети;

— принципы построения коммуникационных протоколов;

— методы выполнения отдаленных операций типа "кли

ент — сервер";

— структуру сетевой файловой системы;

— уровни прозрачности доступа к сети;

— принципы защиты данных;

— свойства общесетевого адресного пространства. Приме

ром может служить адресация в Internet.

Обеспечение требуемого высокого уровня прозрачности.  Се-

тевая операционная система должна обеспечивать для пользо-

вателей доступ к многообразным сетевым ресурсам независимо

от степени распределенное™, неоднородности и мобильности

данных, программ и устройств. Высокий уровень прозрачности

означает,   что   обеспечиваются   прозрачность   доступа,   прозрач-

ность   имен,   прозрачность   физических   устройств   и   сетевой

среды   и   т.д.   Сетевая   операционная   система   изолирует   от

пользователя   все   различия,   особенности   и   физические   пара-

метры привязки процессов к обрабатываемым сетевым ресур-

сам.   Например,   пользователь   может   обратиться   к   процессу

печати определенных данных, называя их уникальными состав-

ными   именами,   но   совершенно   не   заботиться   о   том,   где

практически   находятся   эти   данные   и   на   каком   физическом

принтере они будут распечатаны.

Высокоуровневая и высоконадежная файловая система.  Фай-

ловая система, поддерживаемая  сетевой операционной систе-

мой и входящая в ее состав, должна эффективно организовать

хранение   информации   общего   пользования   и   обеспечивать

одновременный   доступ   к   ней   многих   пользователей.   Высоко-

уровневость означает, что доступ обеспечивается как к локаль-

ным   файлам   (расположенным   на   рабочих   станциях),   так   и   к

удаленным   (на   серверах)   на   различных   уровнях   (справочник

файлов; файл; именованный блок; сегмент файла).

В сетевом режиме должны поддерживаться разнообразные

операции   с   файлами   (читать,   писать,   удалять,   модифициро-

вать).   Протокол   удаленного   доступа   и   управления   файлами

должен   обеспечивать   все   необходимые   сетевые   функции   соз-

дания, обработки, пересылки и защиты файла.

Файловая   система   —   центральный   элемент   сетевой   опе-

рационной системы, определяющий производительность и на-

дежность всей распределенной системы в целом [9].

Примеры сетевых операционных систем.  Рассмотрим несколь-

ко наиболее распространенных сетевых операционных систем.

До недавнего времени наиболее широко использовались опе-

рационные   системы   фирмы  Novell,  различные   версии   опе-

рационной системы  Netware. Все они делятся на две груп-

пы — одноранговые и операционные системы с выделенными

серверами.

К одноранговым можно отнести  NetWare  Lite  и  Personal

NetWare,   а   ко   второй   группе   —   версии  NetWare  2.2,

NetWare  3.12   и  NetWare  4.0.   Разница   состоит   в   том,   что   в

одноранговых   сетях   каждая   станций   может   выполнять   как

функции сервера, так и рабочей станции, а в сетях с выделен-

ными серверами роли расписаны более жестко: рабочие стан-

ции не разделяют свои ресурсы — это возможно только для

серверов. Файлы, предназначенные для многих пользователей,

хранятся на сервере. Винчестер на выделенном сервере фор-

матируется специальным образом, что повышает надежность и

сохранность информации.

В основном все версии операционных систем фирмы  No-

vell, включая версию 4.0, предполагают использование серверов

в   режиме   файл-сервер,   т.е.   для   хранения   и   предоставления

(разделения)   между   рабочими   станциями   файлов.   Отличной

можно считать лишь операционную систему  UnixWare, сервер

которой может выполнять прикладные задачи пользователей.

Следующий тип сетевой операционной системы — это

OS/2, работу над которой в 1985 г. начали совместно фирмы

IBM  и  Microsoft.   После   1991   г.   совместные   работы   были

прекращены   (начиная   с   1993   г.  Microsoft  стала   выпускать

собственную операционную систему Windows  NT). В настоя-

щее время IBM выпустила несколько версий OS/2 [8].

Фирма Microsoft выпустила две версии операционной сис-

темы  Windows  NT  3.51 и 4.0. Программные продукты предла-

гаются в виде двух наборов:  Microsoft  BackOffice  (последняя

версия 2.5) с серверными продуктами и  Microsoft  Office  (пос-

ледняя версия  Microsoft  Office  97) с продуктами, устанавлива-

емыми на рабочие станции локальной сети. В состав BackOffice

входят: 1) Microsoft NT server 4.0;

2) Microsoft SQL server 6.5 — программа, представляющая из

себя сетевую систему управления базами данных (СУБД);

3) Microsoft  Exchange  server —  программа обеспечивающая

обмен почтовой информацией в сетях Microsoft;

4) Microsoft SMS server — программное обеспечение для сете

вого администрирования;

5) Microsoft SNA server — программное обеспечение шлюза с

супер-ЭВМ.

В   состав  Microsoft  Office  97   входит   набор   прикладного

программного   обеспечения,   предназначенного   для   автомати-

зации делопроизводства:

1) система управления базами данных ACCESS;

2) электронные таблицы EXEL;

1) текстовой редактор WORD и другие полезные программные

средства, обеспечивающие прозрачный перенос информа

ции между каждым из перечисленных приложений.

Центральное   место   среди   сетевых   операционных   систем

занимает  UNIX  — это многопользовательская,  многозадачная

операционная   система.   Компьютер,   работающий   под   управ-

лением  UNIX, может решать одновременно несколько задач,

которые принадлежат разным пользователям [23]. Управление

этими задачами производится с различных терминалов, присо-

единенных   к  UNIX-серверу.   Разработка   этой   операционной

системы началась с 1969 г. в компании Bell Laboratories.

В настоящее время существует великое множество вариан-

тов   этой   операционной  системы,   разработанной  различными

фирмами — производителями программных продуктов. Среди

них можно выделить следующие:

1) IBM с операционной системой AIX (последняя версия 4.3);

2) Santa Cruz Operation (SCO) — OpenServer Enterprise System

Release 5;

3) Hewlett-Packard — операционная система HP-UX;

4) Digital Equipment Corporation — операционная система OSF;

5) свободно распространяемая UNIX — подобная операци

онная система Linux и т.д.

Как   правило,   перед   началом   работы   с   сетевой   опера-

ционной системой необходимо произвести процедуру присо-

единения к серверу (регистрации —  login), при которой поль-

зователь должен указать имя своей машины и свой пользова-

тельский пароль. Только после этого ему будет предоставлена

возможность пользоваться теми сетевыми ресурсами, которые

назначаются   системным   администратором.   В   качестве   таких

ресурсов можно указать права на чтение или запись инфор-

мации   в  определенные   файлы   и   каталоги   файловой   системы

сервера либо возможность запуска  на выполнение  тех или

иных задач.

Благодаря   использованию   тех   или   иных   протокольных

стеков   в   различных   сетевых   операционных   системах   под-

держивается обмен информацией между компьютерами, вклю-

ченными в сеть. Например, для сетей фирмы  Novell  применя-

ется   набор   протоколов  IPX/SPX,   для   сетей  Microsoft  —

NetBEUI (IPX/SPX и TCP/IP), для UNIX - протоколы  TCP/IP.

На базе компьютеров с операционной системой UNIX, исполь-

зующих протокольный стек TCP/IP, построена всемирная ком-

пьютерная сеть Internet. Применение технологий Internet внут-

ри учрежденческих (корпоративных) сетей называется intranet.

13.5. Локальные компьютерные сети

Аппаратные средства локальных компьютерных сетей.  Локаль-

ная   компьютерная   сеть   —   это   коммуникационная   система,

поддерживающая в пределах здания или группы зданий один

или несколько высокоскоростных каналов передачи цифровой

информации,   подключенных   устройствами   для   кратковремен-

ного монопольного использования.

Высокоскоростной   канал   —  это   канал,   скорость   передачи

информации   в   котором   значительно   выше,   чем   у   устройств,

включенных   в   локальную   компьютерную   сеть.   К   локальной

компьютерной сети могут подключаться следующие устройст-

ва:   ЭВМ   (персональные   компьютеры),   терминалы,   сетевые

устройства   внешней   памяти,   сетевые   печатающие   устройства,

графопостроители,   фотокопировальные   устройства,   контроль-

ное   и   управляющее   оборудование,   телефоны,   телекамеры   и

мониторы,   шлюзы   и   мосты,   т.е.   переходные   устройства   к

другим сетям.

Классификация локальных компьютерных сетей. Сети можно

классифицировать по назначению.

1. Сети терминального обслуживания. В них включаются

ЭВМ и периферийное оборудование, используемое в моно

польном режиме компьютером, к которому оно подключается,

или быть общесетевым ресурсом.

2. Сети, на базе которых построены системы управления

производством  и  учрежденческой деятельностью.   Они  объ

единяются группой стандартов MAP/TOP. В MAP описывают

ся стандарты, используемые в промышленности. ТОР описыва

ют стандарты для сетей, применяемых в офисных сетях.

3. Сети, которые объединяют системы автоматизации про

ектирования.   Рабочие   станции  таких  сетей   базируются   на

достаточно мощных персональных ЭВМ, например фирмы Sun

Microsystems.

4. Сети, на базе которых построены распределенные вы

числительные системы.

По   классификационному   признаку  структура   сети  ло-

кальные   компьютерные   сети   делятся   на   кольцевые,   шинные,

звездообразные,   древовидные.   По   признаку  скорость   —  на

низкоскоростные   до   10   Мбит/с,   среднескоростные   до   100

Мбит/с, высокоскоростные выше 100 Мбит/с; по  типу метода

доступа —  на случайные, пропорциональные, гибридные;  по

типу физической среды передачи —  на витую пару, коаксиаль-

ный и оптоволоконный кабель, инфракрасный канал, радиока-

нал.

Краткая историческая справка.  Наибольшую известность

в мире локальных сетей получили Arcnet, Ethernet и Token-Ring.

Главное различие между ними заключается в методах доступа

к каналам передачи данных и скоростях передачи информации.

На сегодняшний день широко распространяются и высокоско-

ростные   технологии  FDDI,  Fast-Ethernet,  ATM  и  Gigabit  Et-

hernet.   Среди   перечисленных   сетей   лидирующее   положение

занимает  Ethernet. Эта сеть работает со скоростью 10 Мбит/с,

имеет низкую стоимость, она несложна в установке и эксплу-

атации,   для   нее   разработан   широкий   спектр   оборудования.

Первоначальная версия  Ethernet  была разработана в середине

70-х   годов  XX  в.   фирмой   "Xerox",   ей   и   принадлежит   это

название.   В   начале   80-х   годов   фирмы   "Digital  Equipment",

"Intel" и "Xerox" совместно подготовили и опубликовали спе-

цификации Ethernet (именуемые стандартом DIX по первым

буквам названий фирм), в которых использовался метод досту-

па CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision De-

tection,   что   переводится   как   множественный   доступ   с   конт-

ролем несущей и обнаружением конфликтов). В соответствии

с этими спецификациями многие фирмы начали производить

сетевое   оборудование,   тем   самым   дав   мощный   импульс   к

внедрению локальных сетей. Накопленный опыт в 1985 г. был

обобщен в международном стандарте ШЕЕ 802.3 [13].

Метод CSMA/CD означает, что все станции имеют равные

права на использование канала. Большую часть времени каж-

дая станция находится в состоянии «прослушивания» канала,

определяя,   не ей  ли   предназначены  передаваемые  по  нему

данные. Когда какой-то станции надо самой передать сооб-

щение, она делает это, убедившись, что канал никем не занят.

Несколько станций могут начать передачу сообщений одновре-

менно.   Обнаружив   такую   ситуацию   (конфликт),   конфликту-

ющие станции прекращают передачу и возобновляют ее через

интервал времени, определяемый случайным образом.

Структуры сетей. Способ соединения компьютеров называ-

ется структурой, или топологией сети. Сети  Ethernet  могут

иметь топологию «шина» и «звезда» (рис. 13.6). В первом

случае все компьютеры подключены к одному общему кабелю

(шине), во втором имеется специальное центральное устройст-

во (хаб), от которого идут «лучи» к каждому компьютеру, т.е.

каждый компьютер подключен к своему кабелю.

Структура типа «шина» проще и экономичнее, так как для

нее   не  требуется   дополнительное   устройство   и  расходуется

меньше кабеля. Но она очень чувствительна к неисправностям

кабельной системы. Если кабель поврежден хотя бы в одном

месте, то возникают проблемы для всей сети. Место неисправ-

ности трудно обнаружить.

В этом смысле "звезда"  более устойчива. Поврежденный

кабель — проблема для одного конкретного компьютера, на

работе сети в целом это не сказывается. Не требуется усилий

по локализации неисправности.

В   сети,   имеющей   структуру   типа   "кольцо",   информация

передается между станциями по кольцу (см. рис. 13.6) с пере-

приемом   в   каждом   сетевом   контроллере.   Переприем   про-

изводится через буферные накопители, выполняемые на базе

оперативных запоминающих устройств, поэтому при выходе из

строя одного сетевого контроллера может нарушиться работа

всего кольца.

Достоинство кольцевой структуры — простота реализации

устройств, а недостаток — низкая надежность.

Все   рассмотренные   структуры   неиерархические.   Однако

благодаря   использованию   мостов,   специальных   устройств,

объединяющих локальные сети с разной структурой, из выше-

перечисленных типов структур могут быть построены сети со

сложной   иерархической   структурой.   Последнее   может   быть

продиктовано, например, целями модернизации уже существу-

ющих сетей.

Методы доступа к среде передачи в локальных сетях. Ключе-

вым звеном, определяющим производительность, надежность и

эффективность применения пропускной способности физичес-

кой   среды   передачи,   является   используемый   в   сети   метод

доступа. Среда передачи — общий ресурс в локальной сети.