Сетевые операционные системы (СОС)

Лекция №10

 

СОС - это система программ­ных средств, управляющих процессами в сети и объединенных общей ар­хитектурой, определенными коммуникационными протоколами и механиз­мами взаимодействия вычислительных процессов. Она обеспечивает пользователям стандартный и удобный доступ к разнообразным сетевым ресурсам и обладает высоким уровнем прозрачности, т.е. изолирует от пользователя все различия, особенности и физические параметры привяз­ки процессов к обрабатываемым ресурсам. Операционная система, управ­ляющая работой ЛВС, является распределенной. Она распределяет все ресурсы сети между АС и организует обмен между ЭВМ AC. COC ло­кальных сетей либо создаются на базе готовой одномашинной ОС (напри­мер, в сетях Ethernet, Arcnet и Token Ring), либо разрабатываются заново как единое целое.

 

Возможны следующие варианты структур COCЛВС:

а) каждая ЭВМ сети реализует все функции COC, т.е. хранит в своей ОП резидентную часть COC и имеет доступ к любой нерезидентной части, хра­нящейся на внешних носителях;

б) каждая ЭВМ сети имеет копии программ только часто реализуемых функций COC, копии программ редко реализуемых функций имеются в памя­ти только одной (или нескольких) ЭВМ;

в) каждая ЭВМ сети выполняет только определенный набор функций COC, причем этот набор является либо индивидуальным, либо некоторые функции будут общими для нескольких ЭВМ.

 

Различия в структурах COC обусловлены принятыми способами, управ­ления ЛВС (децентрализованное или централизованное управление). Отли­чительной особенностью COC ЛВС является наличие слоя операционных систем, обеспечивающего обмен информацией между ЭВМ сети.

В сетях с централизованным управлением сетевая операционная система, называемая также ОС сервера, обеспечивает выполнение базо­вых функций, таких, как поддержка файловой системы, планирование за­дач, управление памятью. Сетевая операционная система и ОС рабочей станции абонентской системы несовместимы, поэтому для обеспечения взаимодействия сервера и PC в рабочую станцию вводится специальная программа, называемая сетевой оболочкой. Оболочка загружается в опе­ративную память PC как резидентная программа. Она воспринимает при­кладные запросы пользователей сети и определяет место их обработки -в локальной ОС станции или в COC на сервере. Если запрос должен обра­батываться в сети, оболочка преобразует его в соответствии с принятым протоколом, обеспечивая тем самым передачу запроса по нужному адресу.

 

В персональных компьютерах (ПК), используемых в качестве PC, при­меняются ОС с разной архитектурой и возможностями. Ядро ОС обычно дополняется набором сервисных программ, с помощью которых осуществ­ляются начальная разметка дисков, установка параметров внешних устройств, тестирование оперативной памяти, выдача информации на печать, стыковка с большими ЭВМ и ЛВС и т.д. Получило широкое распространение и факти­чески стандартизировано несколько «семейств» операционных систем -СР/М, MSX, MS DOS, Windows, Unix, OS/2, ориентированных на определен­ные классы машин.

 

В качестве сетевой оболочки ОС рабочей станции ЛВС используются более широко следующие:

• сетевая оболочка NetWare для взаимодействия с СОС NetWare фир­мы Novell. Она тесно связана с другими сервисными программами ОС PC, в совокупности с которыми образуется более крупная оболоч­ка, обеспечивающая взаимодействие с сетью;

• MS Windows фирмы Microsoft. За годы разработки и совершенствова­ния среда Windows превратилась в удобный интерфейс для пользова­телей. Выпущено много версий Windows с различным назначением: для работы в качестве сетевой оболочки, в качестве программного обеспечения сетевого сервера, для конечных пользователей;

• Х Window - обеспечивает среду, которая представляет собой набор инструментальных средств, управляющих обменом информацией с графическим дисплеем. Она ориентирована на работу в сетях и имеет в своей основе модель клиент - сервер, характерную для ЛВС с цент­рализованным управлением;

• Х Tree Net - для совместной работы с многопользовательской СОС с разделением времени NetWare LAN фирмы Novell. В этой оболочке имеется встроенный текстовый редактор, полностью совместимый с редактором Word Star;

• программа Norton Commander - отличается простотой в эксплуатации и надежностью, в нее включены все основные функции управления файлами и каталогами (копирование, перемещение, удаление, сравне­ние содержимого двух каталогов и др.). Из оболочки Norton Commander можно автоматически запускать прикладные программы, а ее функ­ции по поддержке коммуникаций достаточно просты. Наиболее распространенными для ЛВС типа клиент - сервер являются четыре зарубежные СОС [23]: NetWare фирмы Novell (65% рынка СОС на 1992 год), LAN Server фирмы IBM (14%), LAN Manager фирмы Microsoft (3%), Vines фирмы Banyan (2%), выполненная на базе Unix. В последние годы широко используется СОС Windows NT. Эти СОС отличаются между собой по таким параметрам, как надежность, удобство и разнообразие админист­ративных средств для управления сетью и работой пользователей, использо­вание разделяемых ресурсов, наличие защиты информации от несанкциони­рованного доступа, объем резидентной части, занимаемой сетевой оболоч­кой на PC, зависимость производительности от количества PC в сети, возможность использования нескольких серверов в сети.

Одной из наиболее популярных является СОС Novell NetWare 386 версии 3.11, которая представляет собой 32-разрядную многозадачную СОС реаль­ного времени, работающую в защищенном режиме процессора 80386 или 80486. Эта система работает на одном или нескольких компьютерах, исполь­зуемых в качестве файл-серверов. Остальные компьютеры сети функциони­руют в качестве PC, и на них загружается сетевая оболочка - специальный компонент NetWare для PC. К одному серверу подключаются до 250 PC. Все пользователи сети системным администратором могут быть разделены на группы, управление которыми осуществляют администраторы групп.

Выпущенная фирмой новейшая СОС Novell NetWare версии 4.0 предназ­начена для создания крупных многосегментных сетей, содержащих множе­ство серверов и обслуживающих до 1000 пользователей. В новой версии пре­дусмотрено централизованное управление серверами, т.е. системный адми­нистратор может управлять всеми серверами и вести единый список пользователей на всех серверах. Следовательно, пользователь, подключив­шись к сети, получает доступ одновременно ко всем ее ресурсам.

Кроме указанных СОС, в ЛВС типа клиент-сервер применяются и дру­гие операционные системы, например СОС Windows NT, Windows NT Advanced Server (фирма Microsoft, 1993 г.)

В сетях с децентрализованным управлением, или одноранговых се­тях, объединяются компьютеры, каждый из которых может быть и серве­ром, и клиентом. В такой сети любой компьютер работает под управлением обычной дисковой ОС, а для выполнения сетевых функций в его оператив­ную память загружаются программы одноранговой СОС.

Для одноранговых ЛВС наиболее популярными СОС являются NetWare Lite фирмы Novell и LANtastic фирмы Artisoft. Большинство этих систем, как и СОС для ЛВС с централизованным управлением, базируется на ОС ПЭВМ типа MS DOS, OS/2, Unix и Windows.

Система NetWare Lite довольно удобна для управления работой неболь­ших одноранговых сетей любой топологии: Ethernet, Arcnet, Token Ring. Кро­ме того, ее работа согласуется с Novell NetWare 3.11. что позволяет комби­нировать возможности сетей с централизованным управлением на базе NetWare 3.11 с удобным разделением ресурсов отдельных PC.

В сети с системой NetWare Lite управление сетью сравнительно про­стое. оно включает распределение ресурсов между пользователями, управ­ление доступом к сети и другие задачи. Здесь также может быть введен администратор, однако, как правило, каждый пользователь сам решает, ка­кие ресурсы своей АС он выделяет в общее распоряжение. Система NetWare Lite работает в среде MS DOS, поэтому ее возможности, предоставляемые прикладным программам, не отличаются от возможностей DOS (например, режим «клиент—сервер» здесь невозможен).

Система LANtastic (выпущена фирмой Artisoft в 1987 г.) является од­ной из первых одноранговых СОС. Она очень удобна для пользователей одноранговых сетей, работающих в упрощенном режиме, когда основные операции в сети сводятся к передаче небольших сообщений между компь­ютерами и использованию в режиме разделения времени общих файлов или устройств. Фирма Artisoft готовит усовершенствованные версии этой СОС, обеспечивающие, в частности, повышенную производительность операций ввода-вывода для эффективной многопользовательской работы с базами данных.

В одноранговых ЛВС применяются также СОС Windows for Workgrups, Personal NetWare, POWERLan.

Сетевые операционные системы обеспечивают выполнение лишь общих функций ЛВС (поддержка файл-сервера, обеспечение многопользовательс­кой работы, безопасности и секретности данных и т.д.), но они не могут са­мостоятельно реализовывать многочисленные прикладные процессы. Напри­мер, не все СОС имеют собственные средства программирования электрон­ной почты (ЭП) - одного из основных приложений ЛВС. Поэтому важным требованием к большинству современных пакетов прикладных программ (ППП) является их способность работать в условиях локальных сетей, т.е. выполнять функции прикладных программ сети (ППС).

В состав наиболее известных ППС входят:

• текстовые процессоры нового поколения (Word 5.0, Word 6.0, Word 7.0);

• пакеты электронных таблиц, или табличных процессоров (SuperCalc-5, Lotus 1-2-3 версии 2.01 и 3.0, Quatro Pro версия 3.0, Exel 7.0);

• СУБД (Access, dBASE-4;5, CLIPPER-5.0, Paradox 5,0 и др.);

• пакеты группового обеспечения (Notes, Offis Vision);

• пакеты электронной почты (Microsoft Mail);

• интегрированные пакеты (Sumphony, Frame Work);

• пакеты телесвязи для обеспечения передачи файлов между ПК (CROSSTALK, SMARTTERM, SMARTCOM II, KERMIT).

Эти ППС должны обеспечивать возможность функционирования в сети определенного типа. В настоящее время 90 % рынка объединились вокруг сетей Ethernet, ARCnet и Token Ring. Именно к этим типам сетей приспосаб­ливается большинство разработчиков сетевых программных средств.

 

Таблица 1. Характеристика основных зарубежных ЛВС

№ п/п	Наименование ЛВС, фирма, год разработки	Топо­логия	Метод доступа	Среда передачи	Скорость передачи, Мбит/с	Количество абонентов (ПК)	Расстоя­ние, м
	Ethernet 3Com, 1972	Звезда, шина	CSMA/CD	ВП, КК, волс		Сегментов-15, количество ПК на сегмент-100, количество ПК в сети-1024	Длина сегмента-300 для КК, 4500 для ВОЛС и 150 для ВП
	Arcnet Datapoint Corp.,1977	Звезда, шина	Маркер­ная шина	КК	2,5	На один сегмент-256	Длина сегмента-300
	Token Ring, IBM, 1984	Кольцо	Маркер­ное кольцо	ВП. волс	4,0-10,0 до 16,0	Для ВП-72, для ВОЛС-260	Между блоками доступа и ПК-300

Обозначения: ВП - витая пара, КК - коаксиальный кабель, ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи, ПК - персональный компьютер.

ЛВС Ethernet фирмы 3 Com, которая считается мировым лидером по про­изводству оборудования ЛВС. Сети работают на кабеле разного типа: витые пары, коаксиальный кабель (тонкий и толстый), оптические волокна. Все эти типы кабеля можно смешивать в одной сети с помощью специальных уст­ройств. Адаптеры фирмы поддерживают широкий набор сетевых операцион­ных систем: Novell NetWare, IBM LAN SERVER, 3+Open, VINES Banyan и др. ЛВС Ethernet фирмы 3 Corn совместимы с предшественницей, «первород­ным» вариантом сети Ethernet, созданным и поддерживаемым фирмами DEC, Intel и Xerox, принятым в 1982 г. в качестве международного стандарта.

В настоящее время используются более совершенные, высокоскоростные варианты сети Ethernet. Например, в конце 1993 г. фирма Kalpana внедрила дуплексную технологию Ethernet, где используются два канала со скоростью передачи 10 Мбит/с каждый. Каналы работают одновременно, причем один из них служит для приема, а другой - для передачи данных. Дуплексная Ethernet -это коммутированная специализированная версия стандартной Ethernet, в кото­рой каналы со скоростью передачи 10 Мбит/с можно формировать в двух на­правлениях, чтобы добиться суммарной пропускной способности 20Мбит/с.

Разработана и внедрена технология 100-VG Any LAN (VG - Voice Grade, т.е. «класс передачи речи») со скоростью передачи 100 Мбит/с. Эта техноло­гия стала стандартом IEEE 802.12. В качестве передающей среды могут ис­пользоваться неэкранированная и экранированная витые пары, волоконно-оп­тический кабель. Применяется не традиционный для Ethernet метод CSMA/ CD, а другой метод доступа - обработка запросов по приоритету. Все узлы сети разбиты по приоритету на две группы: первая группа с высоким приори­тетом и вторая - с низким. Всем узлам сети предоставляется право равного доступа. Концентратор, опрашивая узлы. выявляет наличие запроса на пере­дачу, а затем разрешает этот запрос в соответствии с приоритетом узла.

Сеть Arcnet фирмы Datapoint Corp. может иметь звездообразную топо­логию, если число станций исчисляется десятками, или шинную - для объе­динения в сеть небольшого числа близко расположенных компьютеров (при этом к сегменту длиной не более 300 м можно подключить 8 станций). В сети со звездообразной топологией имеется ряд активных концентраторов, соеди­ненных между собой коаксиальным кабелем. К каждому активному концент­ратору можно подключить 4, 8, 16 или 32 компьютера по звездообразной схе­ме. Маркер, созданный одним из компьютеров сети, переходит последова­тельно от компьютера к компьютеру в порядке возрастания их сетевых номеров, даже если смежные номера находятся на разных концах сети. По достижении самого старшего номера в сети маркер переходит к самому младшему, со­здавая таким образом логическое кольцо. Компьютер, получив маркер, мо­жет передать один пакет данных длиной до 512 байт, из них 508 байт соб­ственно данные, а остальные - для служебной информации. Если для данной станции одного пакета оказывается недостаточно, чтобы передать все сооб­щение, потребуется несколько проходов маркера по логическому кольцу.

Сеть Token Ring оказала большое влияние на создание и развитие ЛВС с кольцевой топологией. Поставщиками сетевого программного обеспече­ния для этих сетей выступают фирмы 3 Com, Novel и Univation. В сети Token Ring используется звездообразная кольцевая топология: до 8 компьютеров подключаются непосредственно (по звездообразной схеме) к многостанци­онному блоку доступа или концентратору, а последние соединены по кольце­вой схеме. Неисправные компьютеры просто отключаются от сети путем их отсоединения от блока доступа, что устраняет недостаток простой эстафе­той передачи, когда один неисправный компьютер может вывести из строя всю сеть, так как все компьютеры регенерируют маркер и передают его по кольцу. Сеть Token Ring через мосты и шлюзы может выходить в другие локальные и глобальные сети.

Отечественные ЛВС. В большинстве отечественных ЛВС копируют­ся решения в разработках сетей Token Ring и Ethernet, использованные еще в 80-х годах. Это закрепляет отставание по техническим характеристикам ЛВС от образцов зарубежного производства. Оснащение отечественных ЛВС про­граммным обеспечением также ведется в основном путем копирования, адап­тации или русификации зарубежных программных продуктов. Вместе с тем отмечаются разнообразие и многочисленность разработок без решения про­блемы оперативного обеспечения потребителей качественными сетевыми программно-техническими средствами.

Необходимо отметить, что количество отечественных ЛВС, находящих­ся в эксплуатации на предприятиях и в организациях России, ничтожно мало по сравнению с количеством используемых ЛВС зарубежного производства.

В производстве и использовании отечественных ЛВС можно выделить три направления [ 22 ]:

• низкоскоростные ЛВС со скоростью передачи не более 0,5 Мбит/с (на­пример, ЛВС «Орбита») - в основном для электронной почты и редак­тирования документов;

• среднескоростные со скоростью передачи до 4 Мбит/с (прототип -сеть «Руслан») - для организации электронной почты, распределен­ных баз данных (РБД);

• высокоскоростные со скоростью передачи более 4 Мбит/с (прототи­пы - ЛВС ЕС-8430, «Невод-1», ASINet) - для построения систем РБД, организации электронной почты, использования ресурсов ЭВМ высо­кой производительности. Особенно эффективна организация электрон­ной почты в локальной сети учреждения, офиса, так как она является основой построения безбумажной технологии, сочетающей в себе до­стоверность письменного документа с оперативностью телефонного звонка. На рынке программного обеспечения имеется большое число пакетов для организации систем ЭП в ЛВС. Лидирующее положение по объему продаж и распространенности занимает пакет СС: Mail.

Ниже приводится информация о некоторых отечественных ЛВС (табл. 13.2).

 

 

Таблица 13.2 Характеристика основных отечественных ЛВС

№ п/п	Наименование ЛВС, разработчик	Тополо­гия	Метод доступа	Среда передачи	Скорость передачи Мбит/с	Типы ЭВМ	Количест­во абонен­тов (ПК)	Расстояние между узлами, м
	«Руслан» ИПМ РАН	К	М	КК	1.0-4,0	IBM PC EC-1841 CM-2M
	«Эстафета-2» НПО «Инфор­матика»	К	Вставка регистра	ВП, КК	0,125	EC-184X ДВК-4 CM-1810
	«КВАНТ-С» НПО «Гранат»	ш	CSMA/ CD	КК	1,0	CM-1300 CM-1420 CM-4
	ЕС-8430 Кировский приборострои­тельный завод	к	М	КК, волс	4,0-10,0	EC ЭВМ CM ЭВМ ПЭВМ		1000-КК 3000-ВОЛС
	«ИВА-3» ИПИ РАН	к	М	КК	1,0-4,0	IBM PC EC ЭВМ CM-4
	«КУРЬЕР»	к	М	КК, волс	5,0-10,0	IBM PC EC ЭВМ CM ЭВМ
	«ASInet» фирма ASI (РФ)	К,Ш, дерево	М, ДВПУ	КК, ВП	2,0-10,0	IBM PC EC-1840

Обозначения: К - кольцо, Ш - шина, М маркер, ДВПУ - децентрализованное пространственно-временное управление, ВП - витая пара, КК - коаксиальный кабель, ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи.

ЛВС «Эстафета-2» — применялась для организации автоматизирован­ных систем управления предприятием и технологическим процессом, си­стем автоматизации учрежденческой деятельности, информационно-по­исковых систем, гибких автоматизированных производств, систем ав­томатизированного проектирования. В составе АС сети использовались ЭВМ (СМ ЭВМ, ДВК-4, ЕС-1841), периферийные устройства, станции сети (СЛС-02). Станция строилась на базе 8-разрядного микропроцес­сора и подсоединялась к ЭВМ через последовательный асинхронный интерфейс типа стык С2. Станция СЛС-02 могла принимать данные от нескольких передающих станций и устанавливать до 63 виртуальных каналов с другими станциями. Включение и выключение станции произ­водились без нарушения графика остальной сети, при этом не происхо­дило потери данных.

ЛВС «Руслан» - обеспечивает организацию коллективного исполь­зования ресурсов сети (БД, ППП, файлов и т. д.), оперативный обмен данными между абонентами, повышение эффективности работы абонен­тов. В состав сети, кроме ЭВМ, входят адаптеры (для соединения ЭВМ с контроллерами) и контроллеры локальной сети (для соединения ЭВМ в «кольцо» через адаптеры). Сетевое программное обеспечение позво­ляет создать системы распределенной обработки данных и организо­вать совместное использование ресурсов сети.

ЛВС «ASInet» - по своим возможностям существенно превосходит описанные выше сети. Основу программного обеспечения сети состав­ляет система НЕСТОР, представляющая собой распределенную опера­ционную среду - РОС НЕСТОР. В сущности, она является базовым ком­муникационным уровнем интегрированной распределенной среды ASInet. Верхний (пользовательский) уровень представлен распределенной вы­числительной средой пользователя TeleCommander, т.е. интегрированной оболочкой, которая дает возможность пользователям сети сформиро­вать свою вычислительную среду. Компьютеры, работающие в сети под управлением РОС, могут быть рабочими станциями и серверами одно­временно.

Функции, поддерживаемые РОС НЕСТОР, весьма разнообразны: ре­жим сетевого терминала (выполнение каталоговых функций на удален­ном ПК, транспорт файлов с одного ПК на другой, эмуляция терминала удаленной ЭВМ на персональном компьютере, построение автоматизи­рованных систем распределенной обработки информации), межзадачный обмен сообщениями, управление вычислительным процессом, визуаль­ная и звуковая индикация выполняемых операций, удаленный доступ к ресурсам сети, блокировка несанкционированного доступа к ресурсам сети.

Коммуникационная подсистема TeleCommander предоставляет пользо­вателю сети: услуги электронной почты в пределах ЛВС и с выходом в сети более высокого уровня, возможность организации электронных до­сок объявлений и телеконференций, сервисные средства деловой деятель­ности (электронный секретарь), эффективный интерфейс для взаимодей­ствия с разнообразными средствами телекоммуникаций (телефонами, те­лефаксами, телексами, телетайпами).

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: