Будакова Е.А. Учебное пособие Современные информационные технологии

Подождите немного. Документ загружается.

Следует подчеркнуть, что в NetWare 3.х и 4.х данные о защите файлов и

каталогов отделены от системной базы данных и хранятся в элементах DET

томов файлового сервера.

Таблица 4 - Сравнительные характеристики сетевых операционных систем

Наименование NetWare Windows

NT/XP/2000

Unix

Многозадачность кооперативная вытесняющая вытесняющая

Защита памяти

отдельного процесса

нет

есть

Многопоточность есть есть есть

Поддержка SMP есть есть есть

Кластеры нет нет есть

Избыточная

отказоустойчивость

SFT III нет есть для

некоторых версий

Сертификация по C2 сеть рабочая

станция (NT

3.51)

разные варианты

для различных

версий

Многопользовательский интерфейс:

Поддержка алфавитно-

цифровых терминалов

есть есть есть

Продолжение таблицы 4

Сетевой графический

интерфейс

есть есть есть

Логическая организация

ресурсов

есть есть есть

Быстродействие сетевой

файловой системы

есть есть есть

Структура сетевой операционной системы с архитектурой «клиент -

сервер»

Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной

сети. В узком смысле сетевая операционная система - это операционная

система отдельной вычислительной машины, обеспечивающая ей возможность

работы в сети.

Структура сетевой операционной системы показаны на рисунке 49.

Рисунок 49 - Структура сетевой операционной системы

Средства управления локальными ресурсами компьютера реализуют

функции вычислительной машины в локальном режиме.

Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее

пользование (серверная часть сетевой операционной системы) обеспечивают

обработку запросов удаленного доступа к собственной файловой системе и базе

данных, управление очередями запросов удаленных пользователей к

своим

периферийным устройствам и т. д.

Средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их

использование (клиентская часть сетевой операционной системы) формируют и

перенаправляют в сеть запросы к удаленным ресурсам от приложений и

пользователей.

Средства управления коммуникационными устройствами реализуют

обмен сообщениями в сети, обеспечивая их адресацию и выбор маршрута

передачи

по сети.

Если узел вычислительной сети предоставляет свои ресурсы другим

пользователям сети, то он играет роль сервера, а узел, обращающийся к

ресурсам сервера, является клиентом.

Если выполнение каких-либо серверных функций является основным

назначением узла вычислительной сети (например, предоставление файлов в

общее пользование всем остальным пользователям сети, или организация

совместного использования принтера, или

предоставление всем пользователям

сети возможности хранения документов в памяти этого узла), то такой узел

называется выделенным сервером. В зависимости от того, какой ресурс сервера

является разделяемым, он и определяет название сервера, например файл-

сервер, принт-сервер и др.

2.3.2 Способы согласования протоколов вычислительных сетей

Понятие сетевой службы и сетевого сервиса

Реализация сетевых служб осуществляется программными средствами,

причем все сетевые службы соответствуют архитектуре «клиент -сервер».

Пара модулей сетевой операционной системы «клиент - сервер»

обеспечивает совместный доступ пользователей к определенному типу ресурсов,

например к файлам. В этом случае говорят, что пользователь имеет дело с

файловой службой. Обычно сетевая операционная система поддерживает

несколько видов

сетевых служб для своих пользователей -файловую службу,

службу печати, службу электронной почты, службу удаленного доступа и т. д.

Кроме доступа к аппаратным, программным средствам и данным, сетевые

службы решают и другие более специфические задачи, например, задачи,

связанные с распределенной обработкой данных. К таким задачам относится

обеспечение синхронизации нескольких копий данных, размещенных

на разных

узлах (служба репликации), или организация выполнения одной задачи

параллельно на нескольких машинах сети (служба вызова удаленных процедур),

определение соответствия доменного имени узла и его IP-адреса (DNS-служба).

Среди сетевых служб выделяется отдельная группа административных

служб, используемых только администратором сети для управления

вычислительной сетью. Например, служба администрирования пользовательских

учетных записей,

которая позволяет администратору вести общую базу данных о

пользователях сети, служба мониторинга сети, позволяющая захватывать и

анализировать сетевой трафик, служба безопасности, в функции которой входит

аутентификация пользователей и процессов и др.

Как правило, сетевая операционная система предоставляет услуги основных

сетевых служб, обеспечивающих стандартные функции вычислительной сети,

тогда как дополнительные услуги (сервис

) могут предоставляться сетевыми

службами, реализуемыми системными сетевыми приложениями или утилитами,

работающими под управлением операционной системы. Например, услуги

почтового клиента в операционных системах семейства Windows

предоставляются программой Outlook Express, которая интегрирована в

операционную систему.

Одним из главных показателей качества сетевой службы является ее

удобство, и в первую очередь удобство работы с ней пользователю. Именно

поэтому сетевые службы наделяются специальным интерфейсом, в большинстве

случаев интуитивно понятным пользователю.

При разработке сетевых служб решаются задачи выбора протокола сетевого

взаимодействия клиентской и

серверной части узлов вычислительной сети,

распределение функций между ними, согласования взаимодействия протоколов

различных вычислительных сетей.

Способы согласования протоколов вычислительных сетей

Проблема взаимодействия сетевых программных средств вычислительных

сетей является одной из главных проблем, решаемых при объединении

множества вычислительных машин в единую сеть.

Суть данной проблемы заключается в том, что узлы вычислительной

сети во

многих случаях имеют различные аппаратные платформы и соответственно

различные сетевые программные средства, которые включают множество

протоколов сетевого взаимодействия.

Вполне очевидно, что существование различных стеков протоколов не

является проблемой до тех пор, пока не возникает необходимость в их

взаимодействии. Как только возникает задача объединения различных сетевых

архитектур, так проявляется несовместимость

близких по назначению, но

различных по форматам данных и алгоритмам протоколов.

Как правило, общность различных стеков протоколов проявляется только на

нижних уровнях - физическом и канальном, поскольку большинство стеков

ориентированы на использование общих протоколов Ethernet, Token Ring, FDDI.

Вместе с тем объединение узлов вычислительной сети, использующих на нижних

уровнях (канальном и физическом) различные протоколы, а

на верхних (сетевой

и выше) одинаковые, не является в современных вычислительных сетях

проблемой. В этом случае можно использовать транслирующий мост,

переупаковывающий кадры (без анализа содержимого кадра) из одного формата в

другой.

Гораздо более сложной задачей является объединение узлов вычис-

лительной сети и вычислительных сетей, использующих различные протоколы

верхних уровней, начиная с

сетевого уровня. Решение этой задачи является более

сложным из-за большей сложности протоколов верхних уровней и их

разнообразия.

Именно с этим связаны попытки разработки и внедрения единого стека

протоколов, обеспечивающего полную совместимость любого сетевого

оборудования и сетевых программных средств. Предпринятая ISO попытка

внедрения единого стека протоколов (OSI) 2 уже более 10 лет не находит

широкой поддержки в сетевом сообществе; поэтому проблема совместимости в

вычислительных сетях актуальна и по сей

Для организации взаимодействия вычислительных узлов с различными

стеками протоколов в настоящее время используется два подхода.

Первый подход связан с использованием программных шлюзов, которые

обеспечивают согласование двух стеков протоколов путем преобразования

(трансляции) протоколов одного стека в протоколы другого стека. При таком

подходе шлюз размещается на «границе» взаимодействующих сетей и служит

посредником,

переводящим сообщения, поступающие от одной сети, в формат

другой сети.

Второй подход, более радикальный, заключается в том, что в сетевые

операционные системы одновременно внедряется несколько наиболее

популярных стеков протоколов. Такая технология получила название

мультиплексирования стеков протоколов.

Такой подход реализован в сетевых операционных системах Windows,

сетевое ядро которых включает наиболее распространенные стеки сетевых

протоколов, причем при необходимости один стек протоколов может быть

установлен, а другой не установлен.

На рисунке 50 показаны свойства сетевого подключения, установленного

операционной системой Windows XP, где показано, что для данного под-

ключения установлен и используется стек протоколов TCP/IP. Кроме этого, на

этом же рисунке показано, что при необходимости могут быть установлены

другие стеки

протоколов, в частности NetBIOS- и IPX/SPX-совместимые

транспортные протоколы.

Рисунок 50 - Пример возможности мультиплексирования стеков протоколов в

операционной системе Windows XP

Рассмотрим принцип работы программного шлюза, согласующего

коммуникационные протоколы одного стека с коммуникационными протоколами

другого стека (рисунок 51).

Рисунок 51 - Принцип работы программного шлюза

Рассмотрим следующий пример. Допустим, узел № XI входит в сеть X,

использующую стек протоколов TCP/IP. Узел № Y1, к которому формирует

запрос узел № XI, входит в другую сеть Y, использующую стек протоколов

IPX/SPX.

Запрос от прикладного процесса клиентского узла № XI сети X поступает на

прикладной уровень его стека протоколов. На прикладном

уровне стека

протоколов узла № XI формируется сообщение (запрос), которое передается

нижестоящим уровням для транспортировки по сети. Далее сформированный

канальным уровнем сетевой кадр поступает на физический уровень (канал

передачи данных), посредством которого передается узлу № 3, выполняющему

функции шлюза'.

Достигнув узла № 3, сетевой кадр проходит обратные преобразования,

соответствующие стеку протоколов узла № XI, т

. е. кадр преобразуется до

сообщения. После чего это сообщение проходит через все уровни стека

протоколов узла № Y1, которому адресован запрос. Сформированный узлом № 3

(шлюзом) сетевой кадр передается по каналу передачи данных к узлу № Y1. Узел

№ Y1 в соответствии с принятой схемой для используемого стека протоколов

преобразует полученный сетевой кадр в

сообщение и, получив сообщение,

обрабатывает его.

Если в ответ на запрос необходимо представить ответ, то процесс обратной

передачи данных будет происходить по такой же схеме через шлюз.

Таким образом, узел № 3, выполняющий функции шлюза, должен включать

оба стека протоколов, а также трансляторы протоколов TCP/IP в IPX/SPX и

наоборот.

В представленном на рисунке 51

примере рассматривается случай, когда

стеки протоколов полностью несовместимы. В тех случаях, когда стеки

протоколов частично несовместимы, например до транспортного уровня, шлюз

может быть запрограммирован на трансляцию протоколов не на прикладном

уровне, а на транспортном. В этом случае, вполне очевидно, что время, требуемое

на трансляцию стеков протоколов (работу шлюза), существенно сократится.

При мультиплексировании стеков протоколов на один из двух взаи-

модействующих узлов с различными стеками протоколов устанавливается стек

протоколов другого узла.

При мультиплексировании протоколов, помимо самих стеков протоколов,

на сервере устанавливается мультиплексор

протоколов, задачей которого

является определение стека протоколов узла, отправившего запрос.

Развитие технологии мультиплексирования стеков протоколов стало

возможным благодаря строгому определению функций протоколов (их

стандартизации) и интерфейсов различных уровней. Вторым фактором,

сыгравшим важную роль в развитии этой технологии, стало открытое описание

протоколов, что позволило сторонним разработчикам сетевых программных

средств обеспечить эффективное

взаимодействие нескольких стеков протоколов

в рамках, например, одной сетевой операционной системы.

Практика применения рассмотренных подходов для согласования

различных протоколов вычислительных сетей показывает, что эти подходы не

исключают друг друга, и каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

Выделенный программный шлюз концентрирует все средства согласования

стеков протоколов в одном месте, причем

в процессе согласования протоколов

программный шлюз не использует ресурсы узлов вычислительной сети,

постольку в большинстве случаев устанавливается на отдельной аппаратной

платформе. В этой связи вполне очевидны требования к аппаратной платформе

шлюза, которая должна обладать достаточными ресурсами для обслуживания

запросов всех узлов сети передающих или принимающих данные из смежных

сетей с

другими стеками протоколов. В случае недостаточности ресурсов

аппаратной платформы программного шлюза сетевое взаимодействие

пользователей замедлится, а шлюз станет «узким» местом сети. С этим связан и

еще один недостаток этого подхода, заключающийся в том, что при выходе из

строя шлюза взаимодействие узлов данной вычислительной сети с узлами другой

вычислительной сети, использующей отличающийся

стек протоколов, станет

невозможным, т. е. применение шлюзов понижает надежность межсетевого

взаимодействия.

Немаловажным достоинством программного шлюза является то, что при его

использовании для согласования стеков протоколов двух вычислительных сетей

формат внутрисетевого трафика каждой из сетей не меняется и соответствует

базовому для данной сети стеку протоколов. Это способствует сохранению

производительности сети,

поскольку работа операционной системы в

наибольшей степени оптимизирована для работы с базовым стеком протоколов.

Основным достоинством мультиплексирования стеков протоколов является

их высокая совместимость в рамках одной сетевой операционной системы между

собой и с другими программными продуктами узла вычислительной сети, что

обусловлено их внедрением в операционную систему.

Вместе с тем можно отметить, что мультиплексирование протоколов

замедляет работу узла вычислительной сети, привлекая его ресурсы для

согласования стеков протоколов. Однако мультиплексирование протоколов не

является узким местом вычислительной сети по сравнению с программным

шлюзом, поскольку нарушение функций согласования стеков протоколов одного

узла не скажется на других узлах вычислительной сети.

Определение вычислительной

сети и ее обобщенная структура

В результате всестороннего рассмотрения наиболее распространенных

сетевых архитектур, принципов построения вычислительных сетей и управления

ими сформулируем следующее определение вычислительной сети.

Вычислительная сеть - это многоуровневая система взаимосвязанных

аппаратных и программных средств, а также сетевых служб, предоставляющих

пользователю определенный набор сетевого сервиса (услуг).

Обобщенная многоуровневая структура вычислительной

сети представлена

на рисунке 52.

Рисунок 52 - Обобщенная структура вычислительной сети

Самый нижний уровень вычислительной сети - Уровень сетевых

аппаратных средств объединяет все сетевые аппаратные средства, в том числе

каналы передачи данных (проводные и беспроводные), различные

коммуникационные устройства (повторители, мосты, коммутаторы,

маршрутизаторы, концентраторы, модемы и др.), а также аппаратные средства

вычислительной машины - узла вычислительной сети. Набор

аппаратных средств

вычислительной сети должен всегда соответствовать решаемым задачам

вычислительной сетью и выполняемым ею функциям.

Второй уровень обобщенной структуры вычислительной сети - Уровень

сетевых программных средств включает все сетевые программные средства,

обеспечивающие согласованный обмен данными между узлами вычислительной

сети, а также интерфейс взаимодействия пользователя с вычислительной сетью.

Основой этого уровня в современной

концепции построения вычислительной

сети является сетевая операционная система с клиент-серверной архитектурой.

Основными требованиями к сетевому программному обеспечению являются

высокая совместимость между различными аппаратными и программными

платформами, надежность и безопасность.

Верхний уровень обобщенной сетевой модели - Уровень сетевых

приложений и сетевого сервиса является исключительно прикладным уровнем,

предоставляющим пользователю набор сетевых услуг.

Возможный набор сетевых

услуг определяется возможностями двух нижних уровней этой модели.

Например, доступ пользователя к Web-серверу и просмотр Web-страницы будет

возможен, если в распоряжении пользователя имеется специальная программа

Web-браузер. Выделение сетевых служб в отдельный уровень в обобщенной

структуре является условным, поскольку работа всех служб обеспечивается

соответствующими программами, поэтому этот уровень соответствует уровню

сетевых программных средств. Однако в последнее время, особенно с развитием

глобальной сети Internet, число сетевых служб значительно возросло, а

поль-

зователь в большинстве случаев работает именно с этими сетевыми службами,

при этом работа базовых сетевых программных средств для самого пользователя

становится все менее заметной. Это обстоятельство является решающим при

выборе обобщенной структуры вычислительной сети.

В заключение можно заметить, что представленная обобщенная структура

вычислительной сети хорошо согласуется с основными сетевыми моделями

. Так,

например, уровень сетевых аппаратных средств частично соответствует сетевому

уровню модели TCP/IP, функции уровня сетевых программных средств во

многом совпадают с функциями межсетевого и транспортного уровней этой

модели, а уровень сетевых приложений обобщенной структуры вычислительной

сети в полной мере соответствует прикладному уровню модели TCP/IP.

100

3 Мировая информационная сеть Internet

3.1 Электронные службы и базовые технологии сети Internet

3.1.1 Общая характеристика сети Internet

История развития сети internet

В 1961 году Defence Advanced Research Agensy (DARPA) по заданию

министерства обороны США приступило к проекту по созданию

экспериментальной сети передачи пакетов. Эта сеть, названная ARPANET,

предназначалась первоначально для изучения методов обеспечения надежной

связи между компьютерами различных типов. Многие

методы передачи данных

через модемы были разработаны в ARPANET. Тогда же были разработаны и

протоколы передачи данных в сети - TCP/IP. TCP/IP - это множество

коммуникационных протоколов, которые определяют, как компьютеры

различных типов могут общаться между собой.

Эксперимент с ARPANET был настолько успешен, что многие организации

захотели войти в нее, с целью использования для ежедневной передачи данных

. И

в 1975 году ARPANET превратилась из экспериментальной сети в рабочую сеть.

Ответственность за администрирование сети взяло на себя Defence

Communication Agency (DCA), в настоящее время называемое Defence Information

Systems Agency (DISA). Но развитие ARPANET на этом не остановилось;

Протоколы TCP/IP продолжали развиваться и совершенствоваться.

В 1971-72 годах вышел первый стандарт для протоколов TCP/IP

(разработчик - Internet Working Group), вошедший в Military Standarts (MIL STD),

т.е. в военные стандарты, и все

, кто работал в сети, обязаны были перейти к этим

новым протоколам. Для облегчения этого перехода DARPA обратилась с

предложением к руководителям фирмы Berkley Software Design - внедрить

протоколы TCP/IP в Berkeley(BSD) UNIX. С этого и начался союз UNIX и

TCP/IP.

Спустя некоторое время TCP/IP был адаптирован в обычный, то есть в

общедоступный стандарт, и термин Internet вошел во всеобщее употребление. В

1983 году из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к Defence

Data Network (DDN) министерства обороны США. Термин Internet стал

использоваться для обозначения единой сети: MILNET плюс ARPANET. И хотя в

1991 году ARPANET прекратила свое существование, сеть Internet существует, ее

размеры намного превышают первоначальные, так как она объединила

множество сетей во всем мире. Число хостов, подключенных к сети Internet с 4

компьютеров в 1969

году выросло до 150 миллионов в 2002. Хостом в сети

Internet называются компьютеры, работающие в многозадачной операционной

системе (Unix, VMS), поддерживающие протоколы TCP\IP и предоставляющие

пользователям какие-либо сетевые услуги.