1.2. Сетевые операционные системы

1.2.1. Локальные и глобальные сети

Компьютерная сеть – это набор компьютеров, связанных коммуникационной системой и снабженная соответствующим программным обеспечением, позволяющим пользователям сети получать доступ к ресурсам этого набора компьютеров.

По используемым технологиям работы сетевых устройств на физическом и канальном уровнях различают локальные и глобальные сети. Технологии локальных и глобальных сетей подробно изучались в учебной дисциплине «Вычислительные системы, сети и телекоммуникации», поэтому здесь приводиться лишь очень короткая справка.

В локальных сетях в настоящее время доминируют различные стандарты кабельной технологии Ethernet:

IEEE 802.3 – Ethernet (скорость передачи 10 Мбит/с), в настоящее время уже редко применяется);

IEEE 802.3u – Fast Ethernet (скорость передачи 100 Мбит/с) - основной стандарт в кабельных локальных сетях, построенных на витой паре);

IEEE 802.3z – Gigabit Ethernet (скорость передачи 1 Гбит/с) и 10GE (скорость передачи 10 Гбит/с), применяется для построения высокопроизводительных сетей, например, серверных сетей, в которых сетевые устройства соединены, как правило, оптоволоконным кабелем.

Бурно развивается применение в локальных сетях беспроводных технологий (Wi-Fi), которые часто объединяют общим термином Radio Ethernet – стандарт IEEE 802.11:

IEEE 802.11b – скорость передачи до 11 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц;

IEEE 802.11а ­– скорость передачи до 54 Мбит/с в диапазоне 5 ГГц;

IEEE 802.11g ­– скорость передачи до 54 Мбит/с в диапазоне 2,4 ГГц;

В настоящее время стало практически обязательным оснащение ноутбуков и КПК (карманных персональных компьютеров) устройствами технологии Wi-Fi, превратив их в мобильные сетевые компьютеры. Для подключения их к локальным сетям, последние оснащаются беспроводными точками доступа – базовыми станциями.

Глобальные сети отличаются от локальных сетей, в первую очередь большой протяженностью телекоммуникационных каналов, что существенно увеличивает их стоимость, а следовательно, остро поднимает вопрос эффективности их использования. С этой целью в технологиях глобальных компьютерных сетей применяют технику виртуальных каналов, службу качества обслуживания трафика (Quality of Service, QoS), пытаются решать задачу инжиниринга трафика.

В России, кроме уже устаревшей технологии глобальных сетей X25, широко используется технология frame relay и внедряется перспективная технология ATM, которая в скором будущем может стереть техническую границу между локальными и глобальными сетями.

1.2.2. Назначение и функциональные компоненты сетевых операционных систем

По своему назначению операционная система компьютерной сети аналогична ОС автономного компьютера – она также представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, который обеспечивает удобство работы пользователям и программистам путем предоставления им некоторой виртуальной вычислительной системы, и реализует эффективный способ разделения ресурсов между множеством выполняемых в сети процессов.

При организации сетевой работы операционная система играет роль интерфейса, экранирующего от пользователя все детали работы программно-аппаратных средств транспортного, сетевого, канального и физического уровней компьютерной сети.

Например, вместо числовых адресов компьютеров сети как МАС-адреса и IP-адреса, операционная система компьютерной сети позволяет оперировать удобными символьными именами.

Различают сетевые операционные системы и распределенные операционные системы.

Пользователь сетевой ОС при использовании ресурсов компьютеров сети всегда помнит, что он имеет дело с сетевым ресурсами и что для доступа к ним нужно выполнить некоторые особые операции (указать сетевой путь, подключить сетевой диск и т. п.). Правда эти действия за пользователя может выполнить администратор сети, настроив его сетевое окружение необходимым образом.

По умолчанию при работе сетевой ОС пользовательские задания выполняются на том компьютере, на котором пользователь выполнил логический вход в сеть.

Распределенная ОС, динамически и автоматически распределяя работы по различным машинам системы для обработки, заставляет набор сетевых машин работать как один многопроцессорный компьютер. Этим достигается эффективная работа всей сети.

Пользователь распределенной ОС не имеет сведений о том, на каком компьютере сети выполняется его приложение.

В настоящее время все сетевые ОС еще далеки от истинной распределенности, поэтому в дальнейшем будем рассматривать только сетевые ОС.

Различают две трактовки понятия сетевая операционная система.

Во-первых, сетевая ОС рассматривается как совокупность операционных систем отдельных компьютеров, составляющих сеть. Причем на разных компьютерах могут быть разные ОС, функционирующие автономно при создании и завершении своих процессов и управлении локальными ресурсами. Но они должны иметь согласованный набор коммуникационных протоколов, систему адресации и маршрутизации для организации:

• взаимодействия процессов, выполняющихся на разных компьютерах сети;

• разделения ресурсов сети между пользователями сети.

Во-вторых, сетевая ОС рассматривается как операционная система отдельного компьютера, способного работать в сети, то есть предоставлять свои ресурсы в общее пользование и потреблять ресурсы других компьютеров. С этих позиций все современные ОС являются сетевыми, так как обеспечивают работу компьютеров в сети. В дальнейшем будем применять термин сетевая ОС именно в такой трактовке.

Функциональные компоненты сетевой ОС:

1. Средства управления локальными ресурсами компьютера, которые реализуют все функции ОС автономного компьютера;

2. Сетевые средства:

• серверная часть – средства предоставления локальных ресурсов и услуг в общее пользование;

• клиентская часть – средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам;

• транспортные средства ОС, которые совместно с коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений между компьютерами сети.

Рис. 1.2 иллюстрирует взаимодействие сетевых операционных систем различных компьютеров сети.

Рис.1.2. Взаимодействие сетевых операционных систем

Клиентская часть операционной системы одного компьютера не может получить непосредственный доступ к ресурсам другого компьютера сети. Она может лишь «попросить» об этом серверную часть его ОС. Эти «просьбы» в виде сообщений передаются при помощи транспортных средств по сети.

Очень удобной и полезной функцией клиентской части ОС является способность отличить запрос к удаленному ресурсу, например файлу на диске другого компьютера, от запроса к локальному ресурсу. В этом случае приложение не должно заботиться о том, с локальным или удаленным ресурсом оно работает, – клиентская программа сама распознает и перенаправляет (redirect) запрос к удаленному компьютеру. Отсюда часто клиентскую часть сетевой ОС называют редиректор. Иногда это отдельный программный модуль.

Совокупность серверной и клиентской частей ОС, предоставляющих доступ к конкретному типу ресурса компьютера через сеть, называется сетевой службой. Например, удаленный доступ к файлам выполняется файловой службой, а удаленный доступ к принтерам – службой печати.

Каждая сетевая служба предоставляет пользователям набор услуг, которые иногда называют сетевым сервисом. Среди сетевых служб есть службы, ориентированные не на простого пользователя, а на администратора сети. Такие службы используются для организации работы сети. Например, служба каталогов при доменной организации работы сети.

В операционной системе каждого компьютера сетевая служба может быть представлена как обеими частями – клиентской и серверной, так и только одной из них – клиентской или серверной. Говорят, что сервер предоставляет свои услуги клиенту, а клиент ими пользуется.

Принципиальной разницей между клиентом и севером является то, что инициатором выполнения работы сетевой службы всегда выступает клиент, а сервер всегда находится в режиме пассивного ожидания.

На практике сетевые службы могут быть реализованы тремя способами:

• сетевые службы встроены в операционную систему, например, как во всех операционных системах Windows;

• сетевые службы объединены в виде некоторого набора – оболочки, например, LAN Server и LAN Manager, которые имеют модификации для разных ОС; сетевые оболочки часто делят на клиентские и серверные и к ним также применяют термин «сетевая операционная система»;

• сетевые службы производятся и поставляются в виде отдельного продукта и расширяют тем самым возможности сетевых ОС; они также могут иметь клиентскую и серверную часть, например, Symantec – сетевая антивирусная служба.