Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сетевые средства операционных систем. Учебное пособие
.pdf
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«Российский университет транспорта»
________________________________________________________
Институт управления и цифровых технологий
Кафедра «Вычислительные системы, сети и
информационная безопасность»
Т.Б. ЛАРИНА
СЕТЕВЫЕ СРЕДСТВА ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Учебное пособие
для магистров направлений подготовки «Информатика и
вычислительная техника» и «Информационная безопасность»
Москва – 2021
УДК 004
Л-25
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем:
Учебное пособие. - М.: РУТ (МИИТ), 2021. – 106 с.
В учебном пособии излагаются базовые вопросы
организации сетевого взаимодействия операционными
системами. Рассматриваются принципы организации сетевого
взаимодействия, программные интерфейсы операционных систем
для взаимодействия удаленных процессов и основные системные
службы сетевой инфраструктуры.
Разделы учебного пособия сопровождают упражнения и
вопросы для самоконтроля усвоения материала.
Рекомендуется для магистров направлений подготовки
«Информатика и вычислительная техника» и «Информационная
безопасность».
Рецензенты:
профессор департамента программной инженерии факультета
компьютерных наук НИУ «Высшая школа экономики», к.т.н.,
с.н.с. Шилов В.В.,
старший преподаватель кафедры ЦТУТП РУТ (МИИТ),
Новиков А.И.
РУТ (МИИТ), 2021
1. Организация взаимодействия удаленных процессов . . . . . .
4
1.1 Структура сетевых операционных систем . . . . . . . . . . .
4
1.2 Основы сетевого взаимодействия . . . . . . . . . . . . . . .
11
1.3 Уровни и протоколы сетевого взаимодействия . . . . . . . .
18
1.4 Адресация узлов и процессов . . . . . . . . . . . . . . . . .
28
1.5 Организация сетевых приложений . . . . . . . . . . . . . .
37
Вопросы для самоконтроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
2. Программные интерфейсы сетевого взаимодействия . . . . . .
47
2.1 Механизм сокетов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
2.1.1 Сокеты: понятия и характеристики . . . . . . . . . . .
47
2.1.2 Алгоритмы сокетного взаимодействия удаленных
процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
2.1.3 Системные вызовы работы с сокетами в API WinSock
56
2.2 Вызов удаленных процедур . . . . . . . . . . . . . . . . . .
64
Вопросы для самоконтроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
74
Упражнения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
76
3. Сетевые службы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
79
3.1 Централизованные службы каталогов . . . . . . . . . . .
79
3.2 DHCP. Служба автоматического конфигурирования TCP/IP.
86
3.3 DNS. Служба разрешения доменных имен узлов сети . . . .
89
3.4 WINS. Служба разрешения символических имен узлов . . .
97
Вопросы для самоконтроля . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
102
Рекомендуемая литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
103
СОДЕРЖАНИЕ
3
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
4
1. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
УДАЛЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
1.1 Структура сетевых операционных систем
«Сетевая операционная система» - так традиционно называли
операционную систему (ОС) автономного компьютера, которая
обеспечивает также возможность его работы в сети.
«Сетевую операционную систему» отличает наличие в ее
составе сетевых средств, что принципиально не меняет структуру
операционной системы в целом. В настоящее время практически все
операционные системы являются «сетевыми», то есть имеют средства
для удаленного взаимодействия.
Сетевая ОС предполагает, что ее пользователь знает о наличии
сети. Для обращения к удаленному ресурсу через интерфейс
операционной системы, пользователь должен, как минимум, выбрать
удаленный компьютер и открыть нужный ресурс.
Следует понимать также различие в терминах «сетевая ОС» и
«распределенная ОС».
«Распределенная операционная система» в идеале должна
функционировать, как единая операционная система в масштабе всей
сети, представляя сеть как одну вычислительную систему.
Внутренняя структура распределенной операционной системы
принципиально отличается от автономных и сетевых операционных
систем.
Все ресурсы сети операционная система должна представлять
пользователю в централизованном виде. Разделение хранимых данных
и вычислительных работ по компьютерам сети распределенная ОС
делает сама.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
5
Функциональная структура сетевой операционной системы
Обобщенная структура сетевой ОС показана на рис.1-1.
Средства управления локальными ресурсами обеспечивают
функции операционной системы автономного компьютера. Это
следующие основные задачи - распределение оперативной памяти
между загруженными процессами, управление процессами,
управление вводом-выводом на внешние устройства, поддержка
файловых систем на внешних носителях, интерфейс для пользователя
и так далее [1].
Рис.1-1. Структура сетевой операционной системы
Отличительной особенностью сетевых ОС является наличие
клиентской и серверной компонент операционной системы, которые
обеспечивают доступ к ресурсам удаленного компьютера через сеть.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
6
Серверная компонента обеспечивает предоставление ресурсов
компьютера в общее пользование сети, а клиентская компонента
предоставляет средства запросов к общим удаленным ресурсам. В
совокупности эти средства образуют Сетевые службы.
Сетевые службы предоставляют набор услуг по доступу к
удаленным ресурсам. Сетевые клиенты и серверы могут
взаимодействовать между собой только через коммуникационные
(транспортные) средства операционной системы.
Коммуникационные средства обеспечивают собственно
передачу сообщений между компьютерами сети. Они выполняют
формирование сообщения, деление его пакеты и кадры, определение
маршрута в сложной сети и т.д.
Коммуникационные средства ОС реализуют необходимый
набор коммуникационных протоколов для работы в сети.
Современное коммуникационное оборудование (коммутаторы,
маршрутизаторы) работает под управлением собственного
программного обеспечения. Оно бывает настолько развито, что его
называют «специализированной сетевой ОС оборудования». Таким
является, например, специализированная система IOS для
маршрутизаторов Cisco.
Совокупность сетевых средств операционных систем
компьютеров и специализированных сетевых ОС коммуникационного
оборудования можно рассматривать как единую программную
коммуникационную систему.
Взаимодействие сетевых компонентов операционной
системы
Рассмотрим общую схему взаимодействия сетевых компонентов
на примере (рис.1-2). Допустим, Приложение 1, выполняющееся на
Компьютере 1, обращается к удаленному ресурсу на Компьютере 2.
Компьютер 1 в этом примере является с сетевой точки зрения
"чистым" клиентом, а компьютер 2 - "чистым" сервером. Поэтому на
первом компьютере не показана серверная часть операционной
системы, а на втором компьютере – клиентская часть.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
7
Важным свойством клиентской части ОС является способность
отличать запрос к локальным ресурсам компьютера от запроса к
удаленному ресурсу. Часто это функция клиентской части выделяется
в самостоятельный модуль – редиректор (redirector) .
На компьютере 1 редиректор принимает запросы от
пользователя или приложений и анализирует.
Если выдан запрос к локальному ресурсу этого компьютера, он
переадресовывается в подсистему управления локальными ресурсами.
Если это запрос к удаленному ресурсу на Компьютере 2, он будет
направлен в сеть на серверную часть Компьютера 2. Для передачи
запроса в коммуникационную подсистему клиентская часть
преобразует запрос из локальной формы в специальный сетевой
формат.
Рис.1-2. Схема взаимодействия сетевых компонентов ОС
Серверная компонента операционной системы Компьютера 2
принимает запрос и преобразует его из сетевого формата в локальный.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
8
Затем запрос передается в подсистему управления локальными
ресурсами, где и происходит обработка. Получив от локальной
подсистемы результат, серверная часть обращается к
коммуникационной подсистеме и направляет результат клиенту,
который сделал запрос.
Клиентская часть Компьютера 1 преобразует результат из
сетевого формата и передает его Приложению 1.
Одноранговые и серверные сетевые ОС
Распределение функций между компьютерами в сети может
быть следующим:
- «выделенный сервер» - компьютер, предназначенный только
для обслуживания запросов других компьютеров на его ресурсы;
- «клиентский узел» - компьютер, который обращается с
запросами к другим компьютерам сети, но свои ресурсы им не
предоставляет;
- «одноранговый узел» - компьютер, совмещающий в себе
функции клиента и сервера.
В зависимости от предназначения компьютера в сети
выбирается и тип его операционной системы.
Одноранговые операционные системы
Одноранговыми называют сети, в которых компьютеры имеют
одинаковые возможности по доступу к ресурсам друг друга.
Операционные системы, которые обеспечивают такие возможности,
называют «одноранговыми ОС». Одноранговые ОС включают в себя в
одинаковых соотношениях и серверные, и клиентские компоненты
сетевых служб.
В одноранговой сети администратор может настроить
компьютер на роль «чистого сервера» или «чистого клиента», но это
достигается только за счет того, что соответствующая программная
компонента операционной системы - клиентская или серверная,
используется в большей степени. Что не влияет на структуру и
функциональные возможности одноранговой ОС.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
9
Серверные операционные системы
Используются в сетях с большим объемом централизованных
данных и критичными требованиями по их защите, что требует
использования выделенных «серверов» - компьютеров с более
мощной аппаратной платформой и большими ресурсами внешней
памяти.
Для выделенных серверов используется и специализированная
под серверное применение операционная система. Это позволяет
добиться большей эффективности обработки запросов на
обслуживание и, соответственно, функционирования сети.
Рис.1-3. Сеть с выделенными серверами
Один из подходов к реализации серверной ОС – максимально
ограничить ее функции в пользу серверных операций. Примером таких
реализаций являлись в свое время специализированные серверные
операционные системы NetWare фирмы Novell [3]. Они были
ориентированы на использование компьютера в качестве файлового
сервера и сервера печати. Из системы был исключен графический
интерфейс, поддержка универсальных приложений, защита процессов
в многозадачном режиме исполнения и многое другое.
В настоящее время производители функционально не
ограничивают серверные операционные системы. В них есть все
средства, которые позволяют использовать выделенный сервер в
качестве универсального компьютера.
Ларина Т.Б. Сетевые средства операционных систем
10
Требования к современным операционным системам
Основное требование, предъявляемое к операционной системе –
ее функциональная полнота и эксплуатационные характеристики.
Функциональная полнота в современном понимании
подразумевает следующие возможности операционной системы:
- мультипрограммная организация исполнения программ
(процессов);
- поддержка механизмов динамического управления памятью
(виртуальной памяти);
- развитый графический интерфейс;
- модульность структуры, обеспечивающая возможность
расширения и модификации системы;
- наличие операционных сред для исполнения программ,
написанных под другие ОС.
Важной функциональной характеристикой является показатель
производительности. Операционная система должна обладать
хорошим быстродействием и реакцией на события, что определяется в
основном используемой аппаратной платформой и архитектурными
решениями.
К эксплуатационным требованиям относят отказоустойчивость
и безопасность системы. Надежность и отказоустойчивость
операционной системы определяется в первую очередь архитектурой
операционной системы, используемой аппаратной платформой и
качеством реализации исполняемого кода.
Безопасность предполагает реализацию защиты данных и
ресурсов системы от несанкционированного доступа. Корпоративная
операционная система обязательно должна обеспечивать следующие
средства безопасности:
- механизмы аутентификации для проверки подлинности
пользователей,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]