Барабанова М.И., Кияев В.И. Информационные технологии: открытые системы, сети, безопасность в системах и сетях

Подождите немного. Документ загружается.

102

• машинные переводчики – программные средства, предназначенные

для просмотра web-страниц на различных языках;

• антивирусные сетевые программы – программы, предназначен-

ные для предотвращения попадания программных вирусов на

компьютер пользователя или распространения его по локальной

сети фирмы.

Системное программное обеспечение (СПО) включает в себя:

• операционную систему (ОС) – обязательную часть СПО, обеспечи-

вающую эффективное функционирование ЭВМ в различных режи-

мах, организующую выполнение программ и взаимодействие поль-

зователя и внешних устройств с ЭВМ;

• сервисные программы – программы, которые расширяют возмож-

ности ОС, предоставляя пользователю и его программам набор до-

полнительных услуг;

• систему технического обслуживания – систему, которая облегчает

диагностику, тестирование оборудования и поиск неисправностей

в ПК.

Рис. 3.13. Состав сетевого программного обеспечения

Спе

иальное Системное

Сетевое программное обеспечение

Системы

технического

обсл

живания

Сервисные

системы

Интерфейсные

системы,

оболочки ОС

Утилиты

Наладочные

Диагности-

ческие

Тестовые

хивато

Антивирусные

сетевые п

ог

аммы

Об

ее

зе

HTML-

редакторы

Машинные

переводчики

Windows NT Server

Windows NT for

Work

rou

Сетевые операци-

онные системы

MS DOS

OS/2

UNIX

Windows 95

Windows NT

Windows 2000

103

компьютерных сетей

Для управления работы компьютеров в сети и управления сетью

существуют специальные сетевые операционные системы, которые по

своей организации можно разделить на одноранговые (Peer-To-Peer

Network) и с выделенным файловым сервером (Dedicated File Server

Network).

К одноранговым относятся следующие сетевые операционные сис-

темы: NetWare Lite, Personal NetWare (Novell), Windows For Workgroups

(Microsoft), LANtastic (Artisoft).

Таблица 3.1

Преимущества и недостатки одноранговых ОС

Преимущества Недостатки

Простота инсталляции.

Обеспечивают доступ к ре-

сурсам других рабочих

станций

Низкая производительность сети, вызванная не-

большой мощностью рабочих станций

Имеют ограниченные возможности по обеспече-

нию связи удаленных сегментов сети

Отсутствуют развитые средства управления се-

тью

Не обеспечивают режим работы СУБД «клиент-

сервер»

В сетях с выделенным сервером сетевая ОС инсталлируется и загру-

жается на отдельной станции, которую называют файловым сервером (File

Server). Рабочие станции имеют доступ к общим данным и другим ресур-

сам, хранящимся на файловом сервере.

К операционным системам, которые устанавливаются на файловом

сервере, относятся следующие ОС: Vines 5.53 (Banyan), OS/2 LAN Serv-

er 4.0 Advanced (IBM), Windows NT Server (Microsoft), NetWare 5.0

(Novell).

Для устранения недостатков, присущих сетям рассмотренных типов,

часто на одном сегменте сети устанавливают две операционные системы:

одноранговую и с выделенным сервером.

В одноранговых сетях на каждой WS сети могут быть загружены две

группы модулей: модули сервера и клиента На серверах функционируют

сетевые операционные системы, позволяющие совместно использовать

104

ресурсы сервера, на клиентах – программное обеспечение доступа к сети,

обеспечивающее работу с разделяемыми ресурсами.

Таблица 3.2

Преимущества и недостатки ОС с выделенным сервером

Преимущества Недостатки

Высокая производительность сети за счет ис-

пользования файлового сервера большой мощ-

ности

Наличие развитых аппаратных и программных

средств связи удаленных сегментов сети и ра-

бочих станций

Наличие развитых средств управления и адми-

нистрирования в сети

Обеспечивают режим работы СУБД «клиент-

сервер»

Некоторая сложность в

освоении

Ограниченные возможно-

сти доступа к ресурсам

рабочих станций

Загрузка в оперативную память (ОП) рабочей станции модулей серве-

ра обеспечивает доступ других пользователей к ресурсам этого компьюте-

ра. А наличие модулей клиента позволяет пользователю иметь доступ к

ресурсам других рабочих станций сети.

Функции модуля клиента операционных систем:

• исполнение пользовательских приложений;

• реализация интерфейса пользователя с сетью;

• обеспечение соединения с сетью.

Функции модуля сервера операционных систем:

• управление учетными записями;

• защита доступа;

• централизованное лицензирование;

• защита данных;

• многозадачность и многопроцессорная обработка.

Сетевые операционные системы

Существует множество сетевых операционных систем, различающих-

ся своими возможностями и условиями эксплуатации. Основными пара-

метрами, которые учитываются при сравнении систем, являются:

• зависимость производительности от количества рабочих станций;

• надежность работы в сети;

105

• уровень сервиса (объем и качество предоставляемых услуг, воз-

можности разработки прикладных программ в сети, управление

функционированием, удобство проведения инсталляции, настрой-

ки, профилактики и других операций);

• защита информации от несанкционированного доступа;

• потребление ресурсов сетевыми средствами (объем оперативной и

дисковой памяти, требуемая доля производительности вычисли-

тельной системы);

• возможности использования в сети нескольких серверов;

• типы поддерживаемых топологий в сети, а также возможность из-

менения состава сети;

• перечень поддерживаемых сетевых устройств (сетевых плат, прин-

теров, сканеров, модемов и т.д.);

• наличием интерфейсов с другими сетями и Internet.

В случае сети, территориально разбросанной, неоднородной по соста-

ву аппаратных и программных средств, а также со сложными прикладны-

ми программами может оказаться необходимой среда на базе нескольких

сетевых операционных систем.

В сетевой операционной системе можно выделить несколько частей

(рис. 3.14):

Рис. 3.14. Структура сетевой операционной системы

• Средства управления локальными ресурсами WS: функции распре-

деления оперативной памяти между процессами, планирования и

диспетчеризации процессов, управления процессорами в мульти-

процессорных машинах, управления периферийными устройствами

и другие функции управления ресурсами локальных ОС.

• Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее

пользование – серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспе-

в сеть

Средства предоставления

собственных ресурсов в

общее пользование

Средства управления локальными ресурсами

(Локальная ОС)

Средства запроса досту-

па к удаленным ресурсам

и услугам

Серверная часть Клиентская часть

Комм

никационные с

едства

Оболочка

106

чивают, например, блокировку файлов и записей, что необходимо

для их совместного использования; ведение справочников имен се-

тевых ресурсов; обработку запросов удаленного доступа к собст-

венной файловой системе и базе данных; управление очередями

запросов удаленных пользователей к своим периферийным устрой-

ствам.

• Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их

использования – клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть вы-

полняет распознавание и перенаправление в сеть запросов к уда-

ленным ресурсам от приложений и пользователей, при этом запрос

поступает от приложения в локальной форме, а передается в сеть в

другой форме, соответствующей требованиям сервера. Клиентская

часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразо-

вание их в локальный формат, так что для приложения выполнение

локальных и удаленных запросов неразличимо.

• Коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит

обмен сообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и

буферизацию сообщений, выбор маршрута передачи сообщения по

сети, надежность передачи и т.п., то есть является средством

транспортировки сообщений.

Ядро сетевой операционной системы обеспечивает функционирова-

ние набора системных сетевых функций и пользовательского интерфейса.

Ниже выделены некоторые общие функции ядра.

• Управление выполнением процессов посредством их создания, за-

вершения или приостановки и организации взаимодействия между

ними.

• Планирование очередности предоставления выполняющимся про-

цессам времени центрального процессора (диспетчеризация). Про-

цессы работают с центральным процессором в режиме разделения

времени: центральный процессор выполняет процесс, по заверше-

нии отсчитываемого ядром кванта времени процесс приостанавли-

вается и ядро активизирует выполнение другого процесса. Позднее

ядро запускает приостановленный процесс.

• Выделение выполняемому процессу оперативной памяти. Ядро

операционной системы дает процессам возможность совместно ис-

пользовать участки адресного пространства на определенных усло-

виях, защищая при этом адресное пространство, выделенное про-

цессу, от вмешательства извне. Если системе требуется свободная

память, ядро освобождает память, временно выгружая процесс на

внешние запоминающие устройства, которые называют устройст-

вами выгрузки. Если ядро выгружает процессы на устройства вы-

107

грузки целиком, такая реализация системы UNIX называется сис-

темой со свопингом (подкачкой); если же на устройство выгрузки

выводятся страницы памяти, такая система называется системой с

замещением страниц.

• Выделение внешней памяти с целью обеспечения эффективного

хранения информации и выборка данных пользователя. Именно в

процессе реализации этой функции создается файловая система.

Ядро выделяет внешнюю память под пользовательские файлы, мо-

билизует неиспользуемую память, структурирует файловую систе-

му в форме, доступной для понимания, и защищает пользователь-

ские файлы от несанкционированного доступа.

• Управление доступом процессов к периферийным устройствам, та-

ким как терминалы, ленточные устройства, дисководы и сетевое

оборудование.

• Ядро реализует ряд необходимых функций по обеспечению выпол-

нения процессов пользовательского уровня, за исключением функ-

ций, которые могут быть реализованы на самом пользовательском

уровне.

Серверное программное обеспечение характеризуется высокой стои-

мостью, которая возрастает с увеличением количества лицензий. Затраты

перехода на новую версию учитываются сразу, несмотря на то, что они от-

несены на более поздний период. Цена на клиентское программное обеспе-

чение ниже, чем на с серверное. Снижение затрат на клиентское программ-

ное обеспечение при большом количестве инсталляций возможно, если ис-

пользовать специальные лицензионные планы поставщика программного

обеспечения. Следует не забыть и о лицензии клиентского доступа, без ко-

торой невозможно рабочую станцию подключить к серверу.

3.5. Типовые архитектуры компьютерных сетей

Различают следующие типы архитектуры компьютерных сетей:

• архитектура с выделенным сервером, содержащая клиентов и об-

служивающая их серверы;

• одноранговая архитектура, в которой нет серверов и разделяются

ресурсы независимых узлов;

• гибридная архитектура – архитектура клиент-сервер с одноранго-

выми разделяемыми ресурсами.

3.5.1. Архитектура с выделенным сервером

108

Существуют два основных принципа управления в сетях: централи-

зация и децентрализация.

Системы, в которых сервер выполняет только процедуры организа-

ции, хранения и выдачи клиентам нужной информации, носят название

систем «файл-сервер»; те же системы, в которых на сервере наряду с хра-

нением выполняется и содержательная обработка информации, принято

называть системами «клиент-сервер». Сервер, работающий по технологии

«файл-сервер», сам называется файл-сервером, работающий по техноло-

гии «клиент-сервер» – сервером приложений.

В сетях с централизованным управлением функции управления обме-

ном данными возложены на файл-серверы.

В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на

сервер для выполнения тех или иных процедур: чтение файла, поиск ин-

формации в базе данных, печать файла и т.д. Сервер выполняет запрос,

поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются

клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего использования,

организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Достоинства архитектуры с выделенным сервером:

• сильная централизованная защита;

• отсутствие ограничения на число рабочих станций;

• простота управления по сравнению с одноранговыми сетями;

• центральное хранилище файлов, благодаря чему все пользователи

могут работать с одним набором данных, а резервное копирование

важной информации значительно упрощается;

• высокое быстродействие;

• возможность совместного использования дорогого оборудования;

• оптимизированные выделенные серверы функционируют в режиме

разделения ресурсов быстрее, чем одноранговые узлы;

• доступ к разделяемым ресурсам сети обеспечивается по одному па-

ролю;

• освобождение пользователей от задачи управления разделяемыми

ресурсами;

• централизованная организация, предотвращающая потерю данных

на компьютере.

Недостатки серверных сетей:

• дорогое специализированное аппаратное обеспечение;

• дорогостоящие серверные операционные системы и клиентские

лицензии;

• зависимость быстродействия и надежности сети от сервера;

• меньшая гибкость по сравнению с одноранговой сетью;

• требуется администратор сети.

109

Преимуществом централизованных сетей является высокая защищен-

ность сетевых ресурсов от несанкционированного доступа, удобство ад-

министрирования сети, возможность создания сетей с большим числом

узлов. Основной недостаток состоит в уязвимости системы при наруше-

нии работоспособности файл-сервера, а также в предъявлении довольно

высоких требований к ресурсам серверов.

3.5.2. Одноранговая архитектура

Одноранговая архитектура – концепция сети, в которой ее ресурсы

рассредоточены по всем абонентским системам. Рассматриваемая архи-

тектура характеризуется тем, что в ней абонентские системы равноправны

и их обращение к ресурсам друг друга является симметричным.

Для одноранговых сетей характерно отсутствие централизованного

управления. В них нет серверов. Поэтому часто такие сети называют «де-

централизованные сети». При необходимости пользователи могут рабо-

тать с общими дисками и такими ресурсами, как принтеры и факсы.

Одноранговые сети организуются по рабочим группам. Кроме того,

одноранговые сети не оптимизированы для разделения ресурсов. В этих

сетях существует лицензионное ограничение, не позволяющее получить

доступ к ресурсу сразу большому числу пользователей.

Преимущества одноранговых сетей:

• низкая стоимость;

• просты в инсталляции;

• не требуют специальной должности администратора сети;

• позволяют пользователям управлять разделением ресурсов;

• при работе не вынуждают полагаться на функционирование других

компьютеров;

• высокая надежность.

Для одноранговых сетей характерны и определенные недостатки:

• дополнительная нагрузка на компьютеры из-за совместного ис-

пользования ресурсов;

• неспособность одноранговых узлов обслуживать, подобно серверу,

столь же большое число соединений;

• отсутствие централизованной организации, что затрудняет поиск

данных;

• нет центрального места хранения файлов, что усложняет их архи-

вирование;

• необходимость администрирования пользователями собственных

компьютеров;

• слабая и неудобная система защиты;

110

• возможность подключения небольшого числа рабочих станций (не

более 10);

• отсутствие централизованного управления, осложняющее работу с

большими одноранговыми сетями.

3.5.3. Клиент-серверная архитектура

Архитектура клиент-сервер – способ организации взаимодействия

программ или компонентов многокомпонентной программы, подразуме-

вающей наличие программы или компонента программы, называемого

сервером, и один или несколько других компонентов, называемых клиен-

тами (рис. 3.15).

Клиент-серверная система состоит в простейшем случае из трех ос-

новных компонентов:

• сервер баз данных, управляющий хранением данных, доступом и

защитой, резервным копированием, отслеживающий целостность

данных в соответствии с бизнес-правилами и, самое главное, вы-

полняющий запросы клиента;

• клиент, предоставляющий интерфейс пользователя, выполняющий

логику приложения, проверяющий допустимость данных, посы-

лающий запросы к серверу и получающий ответы от него;

• сеть и коммуникационное программное обеспечение, осуществ-

ляющее взаимодействие между клиентом и сервером посредством

сетевых протоколов.

Рис. 3.15. Клиент-серверная архитектура

111

Сервер сети предоставляет ресурсы (услуги) рабочим станциям

и/или другим серверам. Клиент имеет возможность асинхронно для серве-

ра инициировать выполнение процедур сервера и получать результаты их

выполнения. Как правило, архитектура клиент-сервер обеспечивает воз-

можность нескольким клиентам взаимодействовать с сервером параллель-

но и независимо друг от друга.

Существуют три основных программных компонента архитектуры

клиент-сервер:

1) ПО конечного пользователя (средства разработки программ и гене-

раторы отчетов, в том числе электронные таблицы и текстовые

процессоры);

2) промежуточное обеспечение (слой программного обеспечения,

осуществляющий трансляцию) допускает использование различ-

ных операционных систем и типов компьютеров;

3) ПО сервера.

Модели архитектуры клиент-сервер

«Толстый» клиент. Наиболее часто встречающийся вариант реализа-

ции архитектуры клиент-сервер в уже внедренных и активно используе-

мых системах. Серверная часть, при данном подходе, представляет собой

сервер баз данных, а большинство приложений находится на стороне кли-

ента. К описанной модели часто применяют технологию, называемую

«удаленный доступ к данным» (Remote Data Access – RDA ).

«Тонкий» клиент. Модель, активно использующаяся в корпоративной

среде в связи с распространением Internet-технологий и, в первую очередь,

Web-браузеров. Это, чаще всего, упрощенные компьютеры, предназна-

ченные для работы с серверами, на которых находятся и базы данных, и

приложения для работы с ними, и офисные приложения. Тонкие клиенты

лучше использовать для работы в распределенных корпоративных систе-

мах.

Двухзвенная модель (two-tier model) – система клиент-сервер, в кото-

рую входят компьютеры клиента и сервера. Клиент запрашивает данные у

сервера, а сервер предоставляет данные. Большинство систем клиент-

сервер построены с использованием этой модели, но двухзвенные модели

способны обеспечить работу лишь ограниченного числа клиентов.

Двухзвенная модель клиент-сервер подходит для небольших про-

граммных приложений на уровне рабочих групп при общем числе пользо-

вателей менее 100 (конечно, в зависимости от того, что делают приклад-

ные программы), в большинстве двухзвенных систем невозможно сущест-

венно увеличить это число.