新编计算机网络教程——第6章.ppt
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1、1 新编计算机网络教程新编计算机网络教程计算机精品教程2 Contents 第6章 网络操作系统操作系统概述6.1网络操作系统的功能6.2几种典型的网络操作系统6.3网络操作系统的选择6.4目录Contents服务器技术6.53 6.1 操作系统概述 操作系统是计算机系统中的一个系统软件,它是这样一些程序模块的集合它们管理和控制计算机中的硬件和软件资源,以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便的工作环境,从而在计算机与用户之间起到接口的作用。操作系统根据结构可大致分为三类:单块式、层次式、客户机/服务器式,这三类对应于操作系统的三个发展阶段,相对于单机操作系统而言的网络操作系统是
2、具有网络功能的计算机操作系统。最初的操作系统是单块式的,像我们目前大量使用的DOS就属于这类,它由一组可以任意互相调用的过程组成,它对系统的数据没有任何保护,没有清晰的结构,因此,安全性差,对它的扩展更加困难。另一种结构的操作系统是层次式的,UNIX 和VAXVMS等都属于这类。我们知道,目前大多数CPU都提供了这样的能力,它具有若干不同的特权级,在最高特权级时可以执行所有的指令,称为核心态;而在低的特权级时有些指令就不能执行,从而保护了系统的资源,也称为用户态。要想使操作系统安全可靠就必须通过系统调用获得服务,而操作系统本身又分成若干层次,在某一层次的代码只能调用下一层次的代码,这种结构的优
3、点是:层次分明,同时也容易增加或替换掉一层而不影响其他层次。但是整个操作系统都处于核心态运行,也会带来安全上的问题,要使它与其他操作系统兼容也有许多困难。4 6.1 操作系统概述 第三种结构为C/S(Client/Server)模式,以卡内基梅隆大学研制的Mach为代表的微内核结构的操作系统属于这种类型。操作系统有一个很小的内核(微内核),运行在核心态,它提供所有操作系统共同的那些操作,如线程(Thread)调度、消息传递、虚拟存储以及设备驱动等,而操作系统的其他部分则分成若干相对独立的进程,每一个进程实现一组服务,服务器的任务是检查是否有客户要求服务的请求,在满足客户的请求后将结果返回。而客
4、户可以是一个应用程序,也可以是另一个Server。客户机与服务器之间的通信是通过消息进行的,这是因为它们运行在不同的进程内,属于不同的虚拟地址空间,它们之间不能进行通信,必须通过内核进行,而内核则被映射到每个进程内,它可以操纵所有的进程。客户发出消息,内核将消息传给服务器,服务器执行相应的操作,其结果又通过内核返回给客户,这就是Client/Server模式,其优点在于:它将操作系统分成若干个小的并且包含的分支,每个分支(即Server)运行在独立的用户态进程中,即使某个服务器失败也不会引起其他系统的毁坏或崩溃,而且不同的服务器可以运行在不同的处理器或计算机上,从而使操作系统自然地具有分布式处
5、理的能力。同时,它简化了基本操作系统,使在操作系统中增加新的分支变得更加容易。5 Contents 第6章 网络操作系统操作系统概述6.1网络操作系统的功能6.2几种典型的网络操作系统6.3网络操作系统的选择6.4目录Contents服务器技术6.56 6.2 网络操作系统的功能 顾名思义,网络操作系统(Network Operation System,缩写为NOS)是指能使网络中的计算机方便而有效的共享网络资源的操作系统软件,它是网络用户和计算机网络的接口,管理着计算机的硬件和软件资源,为用户提供其所需的各种服务。资源共享观点的定义符合计算机网络的基本特征,这主要表现在如下三个方面。NOS有
6、各种形式,它可以分布于两台或多台计算机,甚至网上的所有计算机,这时它能够控制多台计算机中的资源;它也可以只运行于一台计算机,控制一台计算机中的资源,并允许网上的其他计算机访问这些共享的资源,对后一种形式,NOS将和网上的其他计算机的操作系统协同工作。最常见的NOS只是控制局域网上的文件和数据库服务器,以及提供打印机共享。这就是上面提到的后一种形式NOS,如常用的NetWare和LAN Manager。事实上,NOS的范围要广得多,包括像UNIX,Windows NT这样的操作系统,它们提供了很多跨网的扩展功能。NOS除了具备通常操作系统应具有的计算机管理、存储器管理、设备管理和文件管理功能外,
7、还应具备以下两大功能:l提供高效、可靠的网络通信功能。l提供多种网络服务功能,如远程管理服务、文件传输服务和远程打印服务等。6.2.1 什么是网络操作系统7 6.2 网络操作系统的功能 一种开放式的网络操作系统必须符合国际上公一种开放式的网络操作系统必须符合国际上公认的标准。其中,对网络发展影响最大的标准首属开放系统互连(OSI)。在局域网(LAN)条件下,网络操作系统只涉及OSI参考模型的第3到第7层,第1层和第2层在网板或网络设备上以固件形式实现,如图6-1所示。从分层的角度来说,网络操作系统由网络驱动程序、子网协议和应用层协议等3个方面组成。6.2.2 网络操作系统的组成图6-1 网络操
8、作系统与OSI参考模型的关系8 6.2 网络操作系统的功能1网络驱动程序 网络驱动程序涉及OSI的第2层和第3层,是网卡和高层协议间的桥梁或接口。网络驱动程序把网卡如何对来自和发往高层的包所使用的方法进行了屏蔽,使高层不必了解收发操作的复杂性,而网络驱动程序本身则必须对网卡的操作有详细的了解,如网卡上的各种控制寄存器和状态寄存器,DMA和I/O端口等。符合LAN标准的网卡,尽管厂商不同,但因为是按照同一标准所生产的,所以必定能够通过局域网进行通信。由于对标准的具体实现不同,网络驱动程序也就不同,正因为这样,网络集成商对所使用的网卡必须选择正确的驱动程序,并将所用的网络驱动程序同NOS集成到一起
9、。图6-1 网络操作系统与OSI参考模型的关系9 6.2 网络操作系统的功能2子网协议 子网协议涉及OSI参考模型的第3层、第4层和第5层。第3层(网络层)建立在数据链路层提供的点到点连接上。网络层的主要任务是如何对通信量进行路由选择,并提供拥塞和流量控制。网络层的一项重要服务是提供统一的网络寻址方法,以便令牌环和Ethernet网络能理解。在Novell的Netware环境下,寻址功能由IPX(网际包交换)来提供,它在功能上相应于OSI的网络层。传输层可对网络层提供的服务进行提高,能确保可靠的数据交付,它借用该层具有的校验机制保证了端到端的数据完整。如果低层服务质量不能满足用户要求,运输层可
10、以弥补,在这种意义下,传输层具有缓冲作用。该层的功能在SPX或PXP实现。会话层提供有序的会话服务,如可提供会话控制,权标管理和活动管理。会话控制是指对使用全工方式还是半双工方式进行控制。有些协议,一次只允许会话一方进行关键操作,因此,必须提供一种机制,用以防止双方同时进行这种操作,这就需要控制,实现这种控制的一种方法就是所谓权标,持有权标的一方可进行此操作。确定哪一方保持权标,权标在双方间如何交接便称为权标管理。10 6.2 网络操作系统的功能 为说明活动管理的概念,不妨举一个极端的例子。如果一个人在两台机器间进行文件传送,传送时间需要1小时,但网络每30分钟出现一次故障,那么,这种文件传送
11、任务永远不能完成。其原因是,一旦网络出现故障,就必须放弃传输,并重新传送。要避免这一向题出现,可将整个文件传送作为一个活动,并将校验点插到数据流中。如果网络出现故障,可同步到前一个校验点,不必重新从头开始,因而即使每30分钟出现一次故障,也可将文件传送完成。这种操作便称之为活动管理。在多数情况下,第5层的协议是不需要的,因为通过使用NetBIOS协议便可实现第5层的功能。子网协议及其与OSI的关系如图6-2所示,图中,IPX是网际包交换协议,SPX是顺序包交换协议,PXP是包交换协议,这3种协议来自Xerox公司的XNS(Xerox网络标准)协议。图6-2 子网协议与OSI的关系11 6.2
12、网络操作系统的功能3应用层协议 应用层协议最重要的是Netware提供的NCP(Netware Core Proeocol)。应该指出,有些资料将NCP看成是OSI第5层和第6层的功能,这是不对的,NCP完全是第7层的功能。NCP作为应用层的协议,提供了下述主要功能:l在不同方式下打开文件。l关闭打开的文件。l从打开的文件读取数据块。l将数据块写入打开的文件。l获取目录项表。l处理服务器数据库。l提供高级连接服务。l提供同步操作。从NCP提供的上述主要功能可以看出,NCP是属于服务协议,用以控制客户机和服务器间的交互作用,对此,NCP要在工作站和服务器间建立连接,并在服务器和客户机间传送请求和
13、响应。当应用程序请求网络资源时,该请求便置于NCP报文中,并发送到服务器进行处理,如果服务器能服务该请求,响应报文再次置于NCP包中并返回到请求的客户机。NCP允许客户请求范围广泛的网络服务,如文件、打印和命名管理等。通过使用NCP,客户工作站能透明地访问网络磁盘驱动器、网络打印机和其他网络资源,就如在本地一样。12 6.2 网络操作系统的功能 构筑计算机网络的基本目的是共享资源,根据共享资源的方式不同,NOS分为两种不同的机制:如果NOS软件相等地分布在网络上的所有节点,这种机制下的NOS称之为对等式网络操作系统;如果NOS的主要部分驻留在中心节点,则称为集中式NOS,集中式NOS下的中心节
14、点称为服务器,使用中心节点资源的节点称为客户。因此,集中式NOS下的运行机制就是所谓的“客户/服务器”方式。对等式NOS有多种,如Novell公司的Personal Netware,Invisible Software公司的Invisible LAN3.44,Microsoft公司的Windows for Workgroup 3.11等,对等式NOS容易操作,安装简单,管理方便,具有内建的生产工具,并具有一定的安全级别。集中式NOS也有多种,如Novell公司的Netware 2.X、3.X和4.1,Microsoft公司的Windows NT Advanced Server 3.1,OS/2
15、 LANServer Advanced 3.0和Banyan Vines等都属于集中式NOS之列。这种以客户/服务器方式操作的NOS,由于顺应20世纪90年代的计算模式,其发展非常迅速。NOS的功能比以前传统上只提供文件和打印共享的系统有了很大提高。例如Novell公司的4.X不再将网络看成一组无联系的服务器和服务,而是将其看作单个实体,同时还增加了完全符合X.500原理的目录服务等重要功能。6.2.3 网络操作系统的分类13 Contents 第6章 网络操作系统操作系统概述6.1网络操作系统的功能6.2几种典型的网络操作系统6.3网络操作系统的选择6.4目录Contents服务器技术6.5
16、14 6.3 几种典型的网络操作系统 随着计算机网络的飞速发展,市场上出现了多种网络操作系统,其中的主流产品是微软公司的Windows 2000、Windows Server 2003、Novell公司的Netware以及UNIX、Linux等。作为几大网络操作系统,它们有许多共同点,同时又各具特色,被广泛地应用于各类网络环境中,并都占有一定的市场份额。网络建设者应熟悉这几种网络操作系统的特性及优缺点,并应根据应用目的、具体的应用情况(包括安全性、稳定性、可靠性和以后网络升级的需要等等)以及网络使用者的水平来选择合适的网络操作系统。15 6.3 几种典型的网络操作系统网络。Windows NT
17、是微软公司开发的基于图形用户界面的网络操作系统。1991年,微软公司推出第一个Windows NT内核的操作系统Windows NT 1.0。随后推出的Windows NT1.1操作系统摆脱了DOS内核的束缚,它才算是真正的32位操作系统。1997年,微软公司推出Windows NT 3.1操作系统,这是第一个实际应用的Windows NT内核的操作系统。但是,Windows NT 3.1对系统资源要求过高,并且网络功能明显不足,这就限制了它的广泛应用。为了弥补Windows NT3.1操作系统的缺点,微软公司又推出Windows NT 3.5操作系统,它不仅降低了对微型机配置的要求,而且在网
18、络性能、网络安全与管理等方面有很大提高。在Windows NT 3.5操作系统推出后,马上受到了网络用户的普遍欢迎。至此,Windows NT操作系统成为有代表性的网络操作系统。2000年,微软公司推出了Windows 2000操作系统,它是在Windows NT Server 4.0的基础上开发的。这时,Windows NT内核的操作系统已经完全成熟,微软公司决定放弃DOS内核的Windows 9X与Windows ME操作系统。后来,微软公司陆续推出了Windows NT内核的其他操作系统,例如Windows XP与Windows Server 2003等。二.计算机网络的形成6.3.1
19、Windows NT操作系统16 6.3 几种典型的网络操作系统网络。Windows NT操作系统分为两个部分:Windows NT Server与Windows NT Workstation。其中,Windows NT Server是服务器端软件,而Windows NT Workstation是客户端软件。Windows NT操作系统定位在高性能台式机、工作站与服务器,以及政府机关、大型企业网络等多种应用环境。Windows NT操作系统具有友好易用的图形用户界面,并且能够提供很强的网络服务与安全功能,使得它适用于构建各种规模的网络系统。由于Windows NT操作系统对Internet的支
20、持,使它成为Internet服务器的重要操作系统之一。尽管Windows NT操作系统的版本不断变化,但是从网络操作与系统应用角度来看,工作组模型与域模型这两个概念始终没有变化。17 6.3 几种典型的网络操作系统 Windows 2000操作系统是一种多用途操作系统,支持客户操作系统是一种多用途操作系统,支持客户/服务器网络和点对点网络,集成了许多能够降低服务器网络和点对点网络,集成了许多能够降低总拥有成本的技术,并提供从小型网络到大型网络的伸缩性。为了适应不同的用户要求和环境,总拥有成本的技术,并提供从小型网络到大型网络的伸缩性。为了适应不同的用户要求和环境,Windows 2000为用户
21、提供为用户提供4种不同的版本。种不同的版本。6.3.2 Windows 2000操作系统1Windows 2000 Professional Windows 2000 Professional(Windows 2000专业版)源于Windows NT Workstation(Windows NT工作站版),主要用于Windows 2000网络中的工作站。此外,与Windows 95/98相比,它具有更强烈的网络管理功能;与Windows NT 4.0相比,它能支持FAT、FAT32、NTFS 3种文件系统,因此,可支持容量高达2TB的硬盘分区。此外,由于该操作系统较Windows 95/98更
22、稳定,因此,需要运行动画、多媒体制作软件的计算机也经常将其作为主流操作系统。18 6.3 几种典型的网络操作系统2Windows 2000 Server Windows 2000 Server(Windows 2000服务器版)是在Windows NT 4.0 Server(Windows NT 4.0服务器版)的基础上开发出来的。该操作系统是为服务器开发的多用途操作系统,可为部门工作小组或中小型公司用户提供文件打印、软件应用、Web功能和通信等各种服务。Windows 2000 Server最重要的改进是在“活动目录”的目录服务器技术基础上建立了一套全面的、分布式的底层服务,“活动目录”是集
23、成在系统中的,采用Internet的标准技术,是一套具有扩展性的多用途目录服务技术。它能有效地简化网络用户及资源的管理,并使用户能够更容易地找到企业网为他们提供的资源。Windows 2000 Server支持两路对称多处理器(SMP)系统,是中小型企业应用程序开发、Web服务器、工作组和分支部门的理想操作系统。19 6.3 几种典型的网络操作系统3Windows 2000 Advanced Server Windows 2000 Advanced Server(Windows 2000高级服务器版)最初的名称是Windows NT 5.0 Enterprise Edition(Windows
24、 NT服务器企业版)。它除了具有Windows 2000 Server的所有功能和特性外,还提供如下更强的特性和功能:l更强的SMP扩展能力:Windows 2000 Advanced Server提供更强的对称多处理器技术支持,支持数达到4路。l更强大的群集功能、更高的稳定性:可为核心业务提供更高的稳定性,在多种一般性错误发生后一分钟内自动重起应用软件。例如,把两台基于Intel结构的服务器组成一个群集,可以获得很高的可用性和可管理性。l网络负载平衡:为网络服务和应用程序提供高可用性和扩展能力,例如,TCP/IP和Web服务。l组件负载平衡:为COM+组件提供高可用性和扩展能力。l高性能排序
25、:Windows 2000 Advanced Server优化了大型数据集的排序功能。这些功能和特性使Windows 2000 Advanced Server比Windows 2000 Server具有更高的扩展性、互操作性和可管理性。20 6.3 几种典型的网络操作系统4Windows 2000 Datacenter Server Windows 2000 Datacenter Server(Windows 2000数据中心服务器版)是功能最为强大的服务器操作系统,它支持16路对称多处理器系统以及高达64GB的物理内存。与Windows 2000 Advanced Server一样,它将群集
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