Сетевые операционные системы

Выбор типа сети

Тип используемой сети зависит от следующих факторов (табл. 7.1):

Таблица 7.1 – Выбор типа сети

Фактор	Одноранговая сеть	Серверные сети
Размер организации	Менее 10	Более 10
Расположение компьютеров	В одном месте	Распределенное
Требования к безопасности	нет	Единая разделяемая политика безопасности
Бюджет	ограничен	Не сильно ограничен
Темпы роста сети	Низкие или не планируются	Планируется рост и иерархическая система управления предприятием

В одноранговых и серверных сетях применяются разные типы операционных систем.

В одноранговых сетях на всех компьютерах устанавливается операционная система, включающая как серверные, так и клиентские компоненты сетевых служб (рис. 7.1)

Рис. 7.1 – Одноранговая сеть

После установки сетевого адаптера, соединения узлов сети кабелем и настройки сетевых программ пользователь имеет возможность выхода в сеть. При этом нет необходимости изучать интерфейс сетевой программы, т.к. он строится так же, как и интерфейс всех остальных частей ОС.

Самой распространенной в настоящий момент одноранговой сетью является сеть на основе Windows XP.

В этой OC предусмотрена поддержка совместного использования дисков и принтеров, имеется возможность объединения всех пользователей в рабочие группы для более удобного поиска требуемых ресурсов и организации доступа к ним, имеется доступ к электронной почте.

При настройке сети пользователь должен выбрать тип сетевого протокола. По умолчанию используется протокол TCPIP, но возможно применение протокола IPX/SPX и NetBEUI.

При выборе протокола TCPIP можно задавать IP-адреса вручную или с помощью автоматической настройки адресации (в этом случае компьютер сам присвоит себе адрес из диапазона, не используемого в Internet).

Кроме того, необходимо задать индивидуальное имя компьютера и определить рабочую группу, к которой он относится.

При потенциальном равноправии всех компьютеров в одноранговой сети часто возникает функциональная несимметричность. Обычно некоторые пользователи не предоставляют свои ресурсы для совместного доступа. В таком случае серверные возможности их ОС не активизируются, и компьютеры играют роль "чистых" клиентов. В то же время администратор может закрепить за некоторыми компьютерами сети только функции, связанные с обслуживанием запросов от остальных компьютеров, сделав их "чистыми" серверами.

В такой конфигурации одноранговые сети становятся похожими на сети с выделенными серверами, хотя между ними имеется существенное различие. В одноранговых сетях отсутствует специализация ОС в зависимости от того, какую роль играет компьютер – клиента или сервера, а изменение его роли достигается за счет того, что функции серверной или клиентской частей просто не используются.

В серверных сетях используется два типа ОС – серверная и клиентская. Первый тип ОС содержит только серверные компоненты сетевых служб и устанавливаемая на сервере, второй тип – только клиентские компоненты и устанавливаемая на рабочих станциях сети (рис. 7.2).

Рис. 7.2 – Серверная сеть

В качестве клиентской ОС может выступать любая совместимая ОС, поддерживающая доступ к сети (например, Windows XP).

Серверная ОС – специальная ОС, оптимизированная для эффективного выполнения операций по организации сетевого обмена.

Процесс установки серверной ОС гораздо сложнее, чем в случае одноранговой сети. Он включает в себя следующие обязательные процедуры:

· Форматирование и разбиение на разделы жесткого диска сервера.

· Присвоение индивидуального имени серверу,

· Присвоение имени сети,

· Установка и настройка сетевого протокола,

· Выбор сетевых служб,

· Ввод пароля администратора.

Специализация ОС для работы компьютера в роли сервера является естественным способом повышения эффективности серверных операций. В большой сети интенсивность запросов к разделяемым ресурсам может быть очень значительной, и сервер должен справляться с этим потоком запросов без больших задержек. Очевидным решением этой проблемы является использование в качестве сервера компьютера с мощной аппаратной платформой и операционной системой, оптимизированной для серверных функций.

Примером серверной ОС является Windows Server 2003, которая предоставляет пользователям серверной сети большие возможности по сравнению с одноранговыми сетями.

Данная ОС позволяет строить сложные иерархические структуры сети на основе логических групп компьютеров (доменов, domain), наборов доменов (деревьев, tree) и наборов деревьев (леса, forst).

Домен представляет собой группу компьютеров, управляемых специальным сервером – контроллером домена. Домен использует собственную базу данных, содержащую учетные записи пользователей, и управляет собственными ресурсами. Каждому домену присваивается свое имя (обычно домен рассматривается как отдельная подсеть со своим номером).

В каждый домен может входить несколько рабочих групп, состоящих из пользователей, решающих общую задачу или сходные задачи. Хотя домен может включать тысячи узлов, обычно они не слишком велики. Несколько доменов объединяются в дерево, что упрощает управление сетью. Самой крупной административной структурой, поддерживаемой данной ОС, является лес – объединение нескольких деревьев.

В процессе установки Windows Server 2003 необходимо задать тип сетевого протокола. По умолчанию используется протокол TCPIP, но возможно применение протокола IPX/SPX.

Каждому серверу необходимо назначить роль, которую он будет выполнять в сети (контроллер домена, файловый сервер, сервер печати и т.д.).

Каждому пользователю сети необходимо присвоить свое учетное имя и пароль, а также определить полномочия – права доступа к ресурсам. Права доступа могут задаваться как индивидуально, так для целой рабочей группы.

· Windows Server 2003 обеспечивает следующие виды полномочий для папок и файлов:

· Полный контроль (просмотр, чтение, запись, удаление подпапок и файлов, запуск на исполнение, установка прав доступа),

· Изменение (просмотр, чтение, запись, удаление подпапок и файлов, запуск на исполнение),

· Чтение и исполнение (просмотр, чтение, запуск на исполнение),

· Просмотр,

· Запись,

· Чтение.

Гибридные сети сочетают в своем составе отношения клиент-сервер (серверная сеть) и одноранговые связи. Гибридная сеть включает узлы всех типов – клиенты, выделенные серверы и одноранговые узлы (рис. 7.3).

Рис. 7.3 - Гибридная сеть

1. Методы доступа к разделяемым каналам связи

Каналы связи, используемые для передачи несколькими абонентами (разделяемые каналы связи, моноканалы) имеются в любых сетях, кроме сетей с полносвязной топологией, где каждая пара узлов соединена индивидуальным каналом. При этом одновременная передача несколько пакетов по одному каналу приводит к возникновению конфликта (коллизии) – искажению, либо потере всех пакетов, участвующих в конфликте.

Значит, необходимо установить очередность доступа абонентов к разделяемому каналу, согласно набору правил, называемых методом доступа (методом управления обменом, методом арбитража, access method). Метод доступа определяет, каким образом разделяемый канал предоставляется узлам сети для осуществления передачи данных.

Тип метода доступа многом определяется особенностями топологии сети, но в, то же время, он не привязан жестко к топологии, как нередко принято считать.

Классификация методов доступа

Методы доступа делятся на централизованные (клиент-серверные) и децентрализованные (одноранговые).

Централизованный доступ осуществляется из центра управления сетью (сервера).

Недостатками централизованных методов доступа является неустойчивость к отказам центра и малая гибкость управления (центр обычно не может оперативно реагировать на все события в сети), достоинством - отсутствие конфликтов (центр всегда предоставляет право на передачу только одному абоненту, поэтому конфликтов не возникает).

Децентрализованный доступ осуществляется всеми станциями сети, т.к. отсутствует единый центр управления сетью.

Достоинствами децентрализованных методов является устойчивость к отказам и большая гибкость, недостатками – вероятность возникновения конфликтов.

Методы доступа также делятся на детерминированные и состязательные (методы случайного доступа, random access method).

При детерминированных методах доступа передающая среда распределяется между узлами с помощью специального механизма управления, гарантирующего передачу данных узла в течение фиксированного интервала времени. Абоненты имеют определенную систему приоритетов, в соответствии с которыми устанавливается очередность доступа к среде.

Детерминированный доступ обеспечивает наиболее полное использование моноканала. Конфликты пол­ностью исключены (или маловероятны), но некоторые абоненты могут дожидаться своей очереди на передачу слишком долго.

Случайные методы подразумевают конкуренцию всех узлов сети за право передачи. При этом возможны одновременные попытки передачи со стороны нескольких узлов, в результате чего возникают коллизии, поэтому методом предлагаются способы их разрешения.

Случайные методы значительно хуже, чем детерминированные, работают при больших информационных потоках в сети и не гарантируют абоненту величину времени доступа. В то же время они обычно более устойчивы к отказам сетевого оборудования и бо­лее эффективно используют сеть при малой интенсивности обмена.

К детерминированным методам относится:

· селективные методы,

· методы, основанные на резервировании времени,

· кольцевые методы,

· по приоритету запроса.

При использовании селективных методов узел должен получить разрешение перед началом передачи. К таким методам относятся метод опроса, метод передачи полномочий, маркерный метод.

Метод опроса (polling) и метод передачи полномочий используется в сетях с явно выраженным центром.

При реализации метода опроса разрешения передаются всем узлам по очереди.

Метод передачи полномочий использует маркер (token) – служебный пакет определенного формата, в который абоненты могут помещать свои информационные пакеты. Последовательность передачи маркера по сети от одного узла к другому задается сервером.

Маркер циркулирует по сети, и любой узел, имеющий данные для передачи, анализирует, свободен ли маркер. Если это так, узел помещает свой пакет в маркер, устанавливает признак занятости маркера и передает его дальше по сети кольцу. Узел, которому было адресовано сообщение, принимает его, устанавливает признак подтверждения приема информации и отправляет маркер в сеть. Передающий узел, получив подтверждение, освобождает маркер и отправляет его в сеть.

Маркерный метод относится к децентрализованным методам. Различают две разновидности маркерного метода - метод передачи маркера и метод включения маркера.

Метод передачи маркера (token passing) подобен методу передачи полномочий, но движением маркера по сети центр не управляет.

При методе включения маркера узел может передавать свои данные, даже если пришедший маркер занят. При этом поступивший маркер временно запоминается в буферной памяти узла, а вместо него формируется новый маркер, который передается по сети. После окончания передачи предыдущий маркер извлекается из памяти и отправляется в сеть.

Данный метод может быть реализован на основе приоритетов узлов, которые устанавливаются таким образом, что чем меньше номер узла, тем выше его приоритет. Маркер при этом содержит поле резервирования, в которое узел, собирающийся передавать данные, записывает свое значение приоритета.

Захват маркера может быть произведен узлом с приоритетом, не ниже приоритета маркера. После захвата маркера узел устанавливает для него свой приоритет и помещает в него данные. После передачи узел восстанавливает предыдущий приоритет маркера.

Маркерные методы доступа применяются в сетях с кольцевой топологией, где маркер передается по физическому кольцу, а также в сетях с шинной и звездообразной топологией, где маркер передается по логическому кольцу.

Методы, основанные на резервировании времени, сводятся к выделению интервалов времени (слотов), которые распределяются между узлами. Узел получает канал в свое распоряжение на всю длительность выделенных ей слотов. Существуют варианты методов, учитывающие приоритеты – узлы с более высоким приоритетам получают большее количество слотов.

Кольцевые методы используются в ЛВС с кольцевой топологией. При реализации метода вставки регистров параллельно к кольцу подключается один или нескольких буферных регистров, в которые записываются данные для передачи. Узел ожидает межкадрового промежутка и передает содержимое регистра в канал. Если во время передачи поступает кадр, он записывается в буфер и передается после своих данных.

Доступ по приоритету запроса обычно применяется в сетях с древовидной топологией. Концентрирующие устройства в узлах дерева управляют передачей данных от устройств, лежащих ниже в иерархии. Концентраторы опрашивают узлы, которые формируют запросы на передачу. Получив два запроса концентратор обслуживает запрос с более высоким приоритетом. Для обслуживания запроса концентратор выставляет запрос устройству, лежащему выше в иерархии.

К методам случайного доступа относятся:

· Множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect, CSMA/CD),

· Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, CSMA/CA).

При реализации метода CSMA/CD все узлы прослушивают разделяемый канал и начинают передачу только, когда он свободен. Два устройства, одновременно начавшие передачу, порождают коллизию. После ее возникновения все устройства останавливают передачу на случайный промежуток времени и начинают прослушивать канал снова.

При реализации метода CSMA/CA перед началом передачи узелсигнализирует в сеть о своем намерении передать данные с помощью широковещательного сообщения.

3 Стандарты локальных сетей

Дата добавления: 2014-01-20