Сетевые ОС и принципы их построения

Принципиальной же разницей между клиентом и сервером является то, что инициатором выполнения работы сетевой службой всегда выступает клиент, а сервер всегда находится в режиме пассивного ожидания запросов. Например, почтовый сервер осуществляет доставку почты на компьютер пользователя только при поступлении запроса от почтового клиента.

Обычно взаимодействие между клиентской и серверной частями стандартизуется, так что один тип сервера может быть рассчитан на работу с клиентами разного типа, реализованными различными способами и, может быть, разными производителями. Единственное условие для этого — клиенты и сервер должны поддерживать общий стандартный протокол взаимодействия.

Встроенные  сетевые службы и сетевые оболочки

На практике сложилось несколько  подходов к построению сетевых операционных систем, различающихся глубиной внедрения сетевых служб в операционную систему (рисунок 3):

• сетевые службы глубоко встроены в ОС;
• сетевые службы объединены в виде некоторого набора — оболочки;
• сетевые службы производятся и поставляются в виде отдельного продукта.

Первые сетевые ОС представляли собой совокупность уже существующей локальной ОС и надстроенной над ней сетевой оболочки. При этом в локальную ОС встраивался минимум сетевых функций, необходимых для работы сетевой оболочки, которая выполняла основные сетевые функции.

Однако в дальнейшем разработчики сетевых ОС посчитали более эффективным подход, при котором сетевая ОС с самого начала работы над ней задумывается и проектируется специально для работы в сети. Сетевые функции у этих ОС глубоко встраиваются в основные модули системы, что обеспечивает ее логическую стройность, простоту эксплуатации и модификации, а также высокую производительность. Важно, что при таком подходе отсутствует избыточность. Если все сетевые службы хорошо интегрированы, то есть рассматриваются как неотъемлемые части ОС, то все внутренние механизмы такой операционной системы могут быть оптимизированы для выполнения сетевых функций. Например, ОС Windows NT компании Microsoft за счет встроенности сетевых средств обеспечивает более высокие показатели производительности и защищенности информации по сравнению с сетевой ОС LAN Manager той же компании, являющейся надстройкой над локальной операционной системой OS/2. Другими примерами сетевых ОС со встроенными сетевыми службами являются все современные версии UNIX, NetWare, OS/2 Warp.

Другой вариант реализации сетевых служб — объединение их в виде некоторого набора (оболочки), при этом все службы такого набора должны быть между собой согласованы, то есть в своей работе они могут обращаться друг к другу, могут иметь в своем составе общие компоненты, например общую подсистему аутентификации пользователей или единый пользовательский интерфейс. Для работы оболочки необходимо наличие некоторой локальной операционной системы, которая бы выполняла обычные функции, необходимые для управления аппаратурой компьютера, и в среде которой выполнялись бы сетевые службы, составляющие эту оболочку. Оболочка представляет собой самостоятельный программный продукт и, как всякий продукт, имеет название, номер версии и другие соответствующие характеристики; В качестве примеров сетевой оболочки можно указать, в частности, LAN Server и LAN Manager.

Одна и та же оболочка может предназначаться  для работы над совершенно разными операционными системами. В таких случаях оболочка должна строиться с учетом специфики той операционной системы, над которой она будет работать. Так, LAN Server; например, существует в различных вариантах: для работы над операционными системами VAX VMS, VM, OS/400, AIX, OS/2.

Сетевые оболочки часто  подразделяются на клиентские и серверные. Оболочка, которая преимущественно содержит клиентские части сетевых служб, называется клиентской. Например, типичным набором программного обеспечения рабочей станции в сети NetWare является система MS-DOS с установленной над, ней клиентской оболочкой NetWare, состоящей из клиентских частей файловой службы и службы печати, а также компонента, поддерживающего пользовательский интерфейс.

Серверная сетевая оболочка, примерами которой могут служить  те же LAN Server и LAN Manager, а также NetWare for UNIX, File and Print Services for NetWare, ориентирована на выполнение серверных функций. Серверная оболочка как минимум содержит серверные компоненты двух основных сетевых служб — файловой службы и службы печати. Именно такой набор серверных компонентов реализован в упомянутых выше продуктах NetWare for UNIX и File and Print Services for NetWare. Некоторые же оболочки содержат настолько широкий набор сетевых служб, что их называют сетевыми операционными .системами. Так, ни один обзор сетевых операционных систем не будет достаточно полным, если в нем отсутствует информация о LAN Server, LAN Manager, ENS, являющихся сетевыми оболочками. Таким образом, термин «сетевая операционная система» приобретает еще одно значение — набор сетевых служб, способных согласованно работать в общей операционной среде.

С одним типом ресурсов могут быть связаны разные службы, отличающиеся протоколом взаимодействия клиентских и серверных частей. Так, например, встроенная файловая служба Windows NT реализует протокол SMB, используемый во всех ОС компании Microsoft, а дополнительная файловая служба, входящая в состав оболочки File and Print Services for NetWare для той же Windows NT, работает по протоколу NCP, «родному» для сетей NetWare. Кроме того, в стандартную поставку Windows NT входит сервер FTP, предоставляющий услуги файлового сервера для UNIX-систем. Ничто не мешает приобрести и установить для работы в среде Windows NT и другие файловые службы, такие, например, как NFS, кстати, имеющей несколько реализаций, выполненных разными фирмами. Наличие нескольких видов файловых услуг позволяет работать в сети приложениям, разработанным для разных операционных систем.

Сетевые оболочки создаются  как для локальных, так и для  сетевых операционных систем. Действительно, почему бы ни дополнить набор сетевых служб, встроенных в сетевую ОС, другими службами, составляющими некоторую сетевую оболочку. Например, сетевая оболочка ENS (Enterprise Network Services), содержащая базовый набор сетевых служб операционной системы Banyan VINES, может работать над сетевыми ОС UNIX и NetWare (конечно, для каждой из этих операционных систем требуется собственный вариант ENS).

Существует и третий способ реализации сетевой службы —  в виде отдельного продукта. Например, сервер удаленного управления WinFrame — продукт компании Citrix — предназначен для работы в среде Windows NT. Он дополняет возможности встроенного в Windows NT сервера удаленного доступа Remote Access Server. Аналогичную службу удаленного доступа для NetWare также можно приобрести отдельно, купив программный продукт NetWare Connect.

С течением времени сетевая служба может получить разные формы реализации. Так, например, компания Novell планирует поставлять справочную службу NDS, первоначально встроенную в сетевую ОС NetWare, для других ОС. Для этого служба NDS будет переписана в виде отдельных продуктов, каждый из которых будет учитывать специфику соответствующей ОС. Уже имеются версии NDS для работы в средах SCO UNIX и HP-UX, Solaris 2.5 и Windows NT. А справочная служба StreetTalk уже давно существует и в виде встроенного модуля сетевой ОС Bayan Vines, и в составе оболочки ENS, и в виде отдельного продукта для различных операционных систем.

Одноранговые  и серверные сетевые операционные системы

В зависимости от того, как распределены функции между компьютерами сети, они могут выступать в трех разных ролях:

• компьютер, занимающийся исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, играет роль выделенного сервера сети;
• компьютер, обращающийся с запросами к ресурсам другой машины, исполняет роль клиентского узла;
• компьютер, совмещающий функции клиента и сервера, является одноранговым, узлом.

Очевидно, что сеть не может  состоять только из клиентских или  только из серверных узлов. Сеть, оправдывающая свое назначение и обеспечивающая взаимодействие компьютеров, может быть построена по одной из трех следующих схем:

• сеть на основе одноранговых узлов — одноранговая сеть;
• сеть на основе клиентов и серверов — сеть с выделенными серверами;
• сеть, включающая узлы всех типов, — гибридная сеть.

Каждая из этих схем обладает своими достоинствами и недостатками, определяющими их области применения.

ОС в одноранговых сетях

В одноранговых сетях (рисунок 4) все  компьютеры равны в возможностях доступа к ресурсам друг друга. Каждый пользователь может по своему желанию объявить какой-либо ресурс своего компьютера разделяемым, после чего другие пользователи могут его использовать. В одноранговых сетях на всех компьютерах устанавливается такая операционная система, которая предоставляет всем компьютерам в сети потенциально равные возможности. Сетевые операционные системы такого типа называются одноранговыми ОС. Очевидно, что одноранговые ОС должны включать как серверные, так и клиентские компоненты сетевых служб (на рисунке они обозначены буквами соответственно С и К). Примерами одноранговых ОС могут служить LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroups, Windows NT Workstation, Windows 95/98.

При потенциальном равноправии  всех компьютеров в одноранговой сети часто возникает функциональная несимметричность. Обычно в сети имеются пользователи, которые не желают предоставлять свои ресурсы в совместное пользование. В таком случае серверные возможности их операционных систем не активизируются и компьютеры выполняют роль «чистых» клиентов (на рисунке неиспользуемые компоненты ОС изображены затемненными).

В то же время администратор  может закрепить за некоторыми компьютерами сети только функции по обслуживанию запросов остальных компьютеров, превратив их таким образом в «чистые» серверы, за которыми не работают пользователи. В такой конфигурации одноранговые сети становятся похожи на сети с выделенными серверами, но это только внешняя схожесть — между этими двумя типами сетей остается существенное внутреннее различие. Изначально в одноранговых сетях специализация ОС не зависит от того, какую функциональную роль выполняет компьютер — клиента или сервера. Изменение роли компьютера в одноранговой сети достигается за счет того, что функции серверной или клиентской частей просто не используются.

Одноранговые сети проще в организации  и эксплуатации, по этой схеме организуется работа в небольших сетях, в которых количество компьютеров не превышает 10-20. В этом случае нет необходимости в применении централизованных средств администрирования — нескольким пользователям нетрудно договориться между собой о перечне разделяемых ресурсов и паролях доступа к ним.

Однако в больших сетях средства централизованного администрирования, хранения и обработки данных, а особенно защиты данных становятся необходимыми, и такие возможности легче обеспечить в сетях с выделенными серверами.

ОС  в сетях с выделенными серверами

В сетях с выделенными серверами (рисунок 5) используются специальные  варианты сетевых ОС, которые оптимизированы для работы в роли серверов и называются серверными ОС.

Пользовательские компьютеры в  этих сетях работают под управлением клиентских ОС.

Специализация операционной системы для работы в качестве сервера является естественным способом повышения эффективности серверных операций. А необходимость такого повышения часто ощущается весьма остро, особенно в крупной сети. При существовании в сети сотен или даже тысяч пользователей интенсивность запросов к совместно используемым ресурсам может быть очень большой, 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.

Чем меньше функций выполняет ОС, тем более эффективно можно их реализовать, поэтому для оптимизации серверных операций разработчики ОС вынуждены ущемлять некоторые другие ее функции, причем иногда вплоть до полного их отбрасывания. Одним из ярких примеров такого подхода является серверная ОС NetWare. Ее разработчики поставили перед собой цель оптимизировать выполнение файлового сервиса и сервиса печати. Для этого они полностью исключили из системы многие элементы, важные для универсальной ОС, в частности графический интерфейс пользователя, поддержку универсальных приложений, защиту приложений мультипрограммного режима друг от друга, механизм виртуальной памяти. Все это позволило добиться уникальной скорости файлового доступа и вывело эту операционную систему в лидеры серверных ОС на долгое время.

Однако слишком узкая  специализация некоторых серверных  ОС является одновременно и их слабой стороной. Так, отсутствие в NetWare универсального интерфейса программирования и средств защиты приложений не позволяет использовать ее в качестве среды для выполнения приложений, приводит к необходимости включения в сеть других серверных ОС, когда требуется выполнение функций, отличных от файлового сервиса и сервиса печати.

Поэтому разработчики многих серверных операционных систем отказываются от функциональной ограниченности и  включают в состав серверных ОС все  компоненты, позволяющие использовать их в качестве универсального сервера и даже в качестве клиентской ОС. Такие серверные ОС снабжаются развитым графическим пользовательским интерфейсом и поддерживают универсальный API. Это сближает их с одноранговыми операционными системами, но существует несколько отличий, которые оправдывают отнесение их к классу серверных ОС:

• поддержка мощных аппаратных платформ, в том числе мультипроцессорных;
• поддержка большого числа одновременно выполняемых процессов и сетевых соединений;
• включение в состав ОС компонентов централизованного администрирования сети (например, справочной службы или службы аутентификации и авторизации пользователей сети);
• более широкий набор сетевых служб.

Клиентские операционные системы в сетях с выделенными  серверами обычно освобождены от серверных функций, что значительно упрощает их организацию. Разработчики клиентских ОС уделяют основное внимание пользовательскому интерфейсу и клиентским частям сетевых служб. Наиболее простые клиентские ОС поддерживают только базовые сетевые службы — обычно файловую службу и службу печати. В то же время существуют так называемые универсальные клиенты, которые поддерживают широкий набор клиентских частей, позволяющих им работать практически со всеми серверами сети.