Мережеві операційні системи та їх характеристика. Особливості функціонування ОС різних типів. Основи мережевої безпеки.

Мережева операційна система складає основу будь-кому обчислювальній мережі. Кожен комп'ютер в мережі в значній мірі автономний, тому під мережевою операційною системою в широкому сенсі розуміється сукупність операційних систем окремих комп'ютерів, що взаємодіють з метою обміну повідомленнями і розподіли ресурсів за єдиними правилами - протоколами. У вузькому сенсі мережева ОС - це операційна система окремого комп'ютера, що забезпечує йому можливість працювати в мережі.

Рисунок 3.1 - Структура мережевій ОС

У мережевій операційній системі окремої машини можна виділити декілька частин (рис. 3.1):

- засоби управління локальними ресурсами комп'ютера: функції розподіли оперативної пам'яті між процесами, планування і диспетчеризація процесів, управління процесорами в мультипроцесорних машинах, управління периферійними пристроями і інші функції управління ресурсами локальних ОС;

- засоби надання власних ресурсів і послуг в загальне користування - серверна частина ОС (сервер). Ці засоби забезпечують, наприклад, блокування файлів і записів, що потрібне для їх спільного використання; ведення довідників імен мережевих ресурсів; обробку запитів видаленого доступу до власній файловій системі і базі даних; управління чергами запитів видалених користувачів до своїх периферійним пристроям;

- засоби запиту доступу до видаленим ресурсам і послугам і їх використання - клієнтська частина ОС (редиректор). Ця частина виконує розпізнавання і перенаправлення в мережу запитів до видалених ресурсів від додатків і користувачів, при цьому запит поступає від додатки в локальній формі, а передається в мережу в іншій формі, що відповідає вимогам сервера. Клієнтська частина також здійснює прийом відповідей від серверів і перетворення їх в локальний формат, так що для додатки виконання локальних і видалених запитів невиразно.

Комунікаційні засоби ОС, за допомогою яких відбувається обмін повідомленнями в мережі. Ця частина забезпечує адресацію і буферизацію повідомлень, вибір маршруту передачі повідомлення по мережі, надійність передачі і т.п., тобто є засобом транспортування повідомлень.

Залежно від функцій, що покладаються на конкретний комп'ютер, в його операційній системі може бути відсутнім або клієнтська, або серверна частини.

На рис. 3.2 показано взаємодію мережевих компонентів. Тут комп'ютер 1 виконує роль " чистого" клієнта, а комп'ютер 2 - роль " чистого" сервера, відповідно на першій машині відсутня серверна частина, а на другий - клієнтська. На малюнку окремо показаний компонент клієнтській частині - редиректор. Саме редиректор перехоплює усі запити, що поступають від додатків, і аналізує їх. Якщо виданий запит до ресурсу даного комп'ютера, то він переадресовується відповідній підсистемі локальній ОС, якщо ж це запит до видаленому ресурсу, то він переправляється в мережу. При цьому клієнтська частина перетворить запит з локальної форми в мережевій формат і передає його транспортній підсистемі, яка відповідає за доставку повідомлень вказаному серверу. Серверна частина операційної системи комп'ютера 2 приймає запит, перетворить його і передає для виконання своїй локальній ОС. Після того, як результат отриманий, сервер звертається до транспортної підсистемі і направляє відповідь клієнтові, що видав запит. Клієнтська частина перетворить результат у відповідний формат і адресує його тому застосуванню, яке видало запит.

Рисунок 3.2 - Взаємодія компонентів операційної системи при взаємодії комп'ютерів

На практиці склалося декілька підходів до побудови мережевих операційних систем (рис. 3.3).

Рисунок 3.3 - Варіанти побудови мережевих ОС

Перші мережеві ОС представляли собою сукупність існуючої локальній ОС і надбудованою над нею мережевої оболонки. При цьому в локальну ОС вбудовувався мінімум мережевих функцій, необхідних для роботи мережевої оболонки, яка виконувала основні мережеві функції. Прикладом такого підходу являється використання на кожній машині мережі операційної системи MS DOS (у якої починаючи з її третьої версії з'явилися такі вбудовані функції, як блокування файлів і записів, необхідні для спільного доступу до файлів). Принцип побудови мережевих ОС у виді мережевої оболонки над локальною ОС використовується і в сучасних ОС, таких, наприклад, як LANtastic або Personal Ware.

Проте ефективнішим видається шлях розробки операційних систем, спочатку призначених для роботи в мережі. Мережеві функції у ОС такого типу глибоковбудовані у основні модулі системи, що забезпечує їх логічну стрункість, простоту експлуатації і модифікації, а також високу продуктивність. Прикладом такої ОС є система Windows NT фірми Microsoft, яка за рахунок встроенности мережевих засобів забезпечує вищі показники продуктивності і захищеності інформації по порівнянню з мережевою ОС LAN Manager тої ж фірми (спільна розробка з IBM), надбудовою, що являється, над локальною операційною системою OS/2.

Однорангові мережеві ОС і ОС з виділеними серверами

Залежно від того, як розподілені функції між комп'ютерами мережі, мережеві операційні системи, а отже, і мережі діляться на два класи: однорангові і двохрангові (рис. 3.4). Останні частіше називають мережами з виділеними серверами.

Рисунок 3.4 - (а) - Однорангова мережа, (б) - Двохрангова мережа

Якщо комп'ютер надає свої ресурси іншим користувачам мережі, то він грає роль сервера. При цьому комп'ютер, що звертається до ресурсам іншої машини, являється клієнтом. Як вже було сказано, комп'ютер, що працює в мережі, може виконувати функції або клієнта, або сервера, або поєднувати обоє ці функції.

Якщо виконання яких-небудь серверних функцій являється основним призначенням комп'ютера (наприклад, надання файлів в загальне користування усім іншим користувачам мережі або організація спільного використання факсу, чи надання усім користувачам мережі можливості запуску на цьому комп'ютері своїх додатків)то такий комп'ютер називається виділеним сервером. У залежності від того, який ресурс сервера є таким, що розділяється, він називається файл-сервером, факс-сервером, принт-сервером, сервером додатків і так далі

Очевидно, що на виділених серверах бажано встановлювати ОС, спеціально оптимізовані для виконання тих або інших серверних функцій. Тому в мережах з виділеними серверами найчастіше використовуються мережеві операційні системи, до складу яких входить декількох варіантів ОС, що відрізняються можливостями серверних частин. Наприклад, мережева ОС Novell NetWare має серверний варіант, оптимізований для роботи в якості файл-сервера, а також варіанти оболонок для робітників станцій з різними локальними ОС, причому ці оболонки виконують виключно функції клієнта. Іншим прикладом ОС, орієнтованій на побудову мережі з виділеним сервером, являється операційна система Windows NT. У відмінність від NetWare, обидва варіанти даної мережевій ОС - Windows NT Server (для виділеного сервера) і Windows NT Workstation (для робочої станції) - можуть підтримувати функції і клієнта і сервера. Але серверний варіант Windows NT має більше можливостей для надання ресурсів свого комп'ютера іншим користувачам мережі, оскільки може виконувати більше широкий набір функцій, підтримує більшу кількість одночасних з'єднань з клієнтами, реалізує централізоване управління мережею, має розвиненіші засоби захисту.

Виділений сервер не прийнято використовувати як комп'ютер для виконання поточних завдань, не пов'язаних з його основним призначенням, оскільки це може зменшити продуктивність його роботи як сервера. У зв'язку з такими міркуваннями в ОС Novell NetWare на серверній частині можливість виконання звичайних прикладних програм взагалі не передбачена, тобто сервер не містить клієнтської частини, а на робітниках станціях відсутні серверні компоненти. Проте в інших мережевих ОС функціонування на виділеному сервері клієнтської частини цілком можливо. Наприклад, під управлінням Windows NT Server можуть запускатися звичайні програми локального користувача, які можуть зажадати виконання клієнтських функцій ОС при появі запитів до ресурсам інших комп'ютерів мережі. При цьому робочі станції, на яких встановлена ОС Windows NT Workstation, можуть виконувати функції невиділеного сервера.

Важливо зрозуміти, що незважаючи на те, що в мережі з виділеним сервером усі комп'ютери в загальному випадку можуть виконувати одночасно ролі і сервера, і клієнта, ця мережа функціонально не симетрична: апаратно і програмно в ній реалізовано два типи комп'ютерів - одні, більшою мірою орієнтовані на виконання серверних функцій і що працюють під управлінням спеціалізованих серверних ОС, а інші - в основному виконуючі клієнтські функції і що працюють під управлінням що відповідає цьому призначенню варіанту ОС. Функціональна несиметрична, як правило, викликає і несиметрична апаратура - для виділених серверів використовуються потужніші комп'ютери з великими об'ємами оперативній і зовнішній пам'яті. Таким образом, функціональна несиметрична в мережах з виділеним сервером супроводжується несиметричною операційних систем (спеціалізація ОС) і апаратною несиметричною (спеціалізація комп'ютерів).

У однорангових мережах усі комп'ютери рівні в правах доступу до ресурсам один одного. Кожен користувач може по своєму бажанню оголосити який-небудь ресурс свого комп'ютера що розділяється, після чого інші користувачі можуть його експлуатувати. У таких мережах на усіх комп'ютерах встановлюється одна і та ж ОС, яка надає усім комп'ютерам в мережіпотенційно рівні можливості. Однорангові мережі можуть бути побудовані, наприклад, на базі ОС LANtastic, Personal Ware, Windows for Workgroup, Windows NT Workstation.

У однорангових мережах також може виникнути функціональна несиметрична: одні користувачі не бажають розділяти свої ресурси з іншими, і в такому випадку їх комп'ютери виконують роль клієнта, за іншими комп'ютерами адміністратор закріпив тільки функції по організації спільного використання ресурсів, а значить вони є серверами, в третьому випадку, коли локальний користувач не заперечує проти використання його ресурсів і сам не унеможливлює звернення до іншим комп'ютерам, ОС, встановлювана на його комп'ютері, повинна включати і серверну, і клієнтську частині. На відміну від мереж з виділеними серверами, в однорангових мережах відсутній спеціалізація ОС залежно від переважаючою функціональною спрямованості - клієнта або сервера. Усі варіації реалізуються засобами конфігурації одного і того ж варіанту ОС.

Однорангові мережі простіше в організації і експлуатації, проте вони застосовуються в основному для об'єднання невеликих груп користувачів, що не пред'являють великих вимог до об'ємів інформації, що зберігається, її захищеності від несанкціонованого доступу і до швидкості доступу. При підвищених вимогах до цих характеристик більше відповідними є двохрангові мережі, де сервер кращий вирішує задачу обслуговування користувачів своїми ресурсами, оскільки його апаратура і мережева операційна система спеціально спроектовані для цієї мети.

ОС для робочих груп і ОС для мереж масштабу підприємства

Мережеві операційні системи мають різні властивості в залежності від того, призначені вони для мереж масштабу робочої групи (відділу), для мереж масштабу кампусу або для мереж масштабу підприємства.

Мережі відділів - використовуються невеликою групою співробітників, вирішальних загальні завдання. Головною метою мережі відділу є розподіл локальних ресурсів, таких як додатки, дані, лазерні принтери і модеми. Мережі відділів зазвичай не розділяються на підмережі.

Мережі кампусів - сполучають декілька мереж відділів усередині окремої будівлі або усередині одній території підприємства. Ці мережі являються все ще локальними мережами, хоча і можуть покривати територію декілька квадратних кілометрів. Сервіси такої мережі включають взаємодію між мережами відділів, доступ до баз даних підприємства, доступ до факс-серверам, високошвидкісним модемам і високошвидкісним принтерам.

Мережі підприємства (корпоративні мережі) - об'єднують усі комп'ютери усіх територій окремого підприємства. Вони можуть покривати місто, регіон або навіть континент. У таких мережах користувачам надається доступ до інформації і додаткам, що знаходяться в інших робочих групах, інших відділах, підрозділах і штаб-квартирах корпорації.

Головним завданням операційної системи, використовуваної в мережі масштабу відділу, являється організація розподілу ресурсів, таких як додатки, дані, принтери і, можливо, низькошвидкісні модеми. Зазвичай мережі відділів мають один або два файлових сервера і не більше ніж 30 користувачів. Завдання управління на рівні відділу відносно прості. У завдання адміністратора входить додавання нових користувачів, усунення простих відмов, інсталяція нових вузлів і установка нових версій програмного забезпечення. Операційні системи мереж відділів добре відпрацьовані і різноманітні, також, як і самі мережі відділів, вже що давно застосовуються і досить відлагоджені. Така мережа зазвичай використовує одну або максимум дві мережеві ОС. Найчастіше це мережа з виділеним сервером NetWare 3.x або Windows NT, або ж однорангова мережа, наприклад мережа Windows for Workgroups.

Користувачі і адміністратори мереж відділів незабаром усвідомлюють, що вони можуть поліпшити ефективність своєї роботи шляхом отримання доступу до інформації інших відділів свого підприємства. Якщо співробітник, що займається продажами, може дістати доступ характеристикам конкретного продукту і включити їх презентацію, то ця інформація буде більше свіжіше і буде чинити більший вплив покупців. Якщо відділ маркетингу може дістати доступ характеристикам продукту, який ще тільки розробляється інженерним відділом, то він може швидко підготувати маркетингові матеріали відразу ж після закінчення розробки.

Отже, наступним кроком в еволюції мереж являється об'єднання локальних мереж декількох відділів у єдину мережу будівлі або групи будівель. Такі мережі називають мережами кампусів. Мережі кампусів можуть тягнутися на декілька кілометрів, але при цьому глобальні з'єднання не потрібно.

Операційна система, що працює у мережі кампусу, повинна забезпечувати для співробітників одних відділів доступ до деяких файлів і ресурсам мереж інших відділів. Послуги, що надаються ОС мереж кампусів, не обмежуються простим розподілом файлів і принтерів, а часто надають доступ і до серверів інших типів, наприклад, до факс-серверам і до серверам високошвидкісних модемів. Важливим сервісом, що надається операційними системами даного класу, являється доступ до корпоративним базам даних, незалежно від того, розташовуються чи вони на серверах баз даних або на мінікомп'ютерах.

Саме на рівні мережі кампусу починаються проблеми інтеграції. У загальному випадку, відділи вже вибрали для себе типи комп'ютерів, мережевого устаткування і мережевих операційних систем. Наприклад, інженерний відділ може використовувати операційну систему UNIX і мережеве устаткування Ethernet, відділ продажів може використовувати операційні середовища DOS/Novell і устаткування Token Ring. Дуже часто мережа кампусу сполучає різнорідні комп'ютерні системи, у той час як мережі відділів використовують однотипні комп'ютери.

Корпоративна мережа сполучає мережі усіх підрозділів підприємства, в загальному випадку що знаходяться на значних відстанях. Корпоративні мережі використовують глобальні зв'язки (WAN links) для з'єднання локальних мереж або окремих комп'ютерів.

Користувачам корпоративних мереж потрібно все ті застосування і послуги, які є в мережах відділів і кампусів, плюс деякі додаткові застосування і послуги, наприклад, доступ до додаткам мейнфреймов і мінікомп'ютерів і до глобальних зв'язкам. Коли ОС розробляється для локальної мережі або робочої групи, то її головним обов'язком являється розподіл файлів і інших мережевих ресурсів (зазвичай принтерів) між локально підключеними користувачами. Такий підхід не застосовний для рівня підприємства. Разом з базовими сервісами, пов'язаними з розподілом файлів і принтерів, мережева ОС, яка розробляється для корпорацій, повинна підтримувати ширший набір сервісів, в який зазвичай входять поштова служба, засоби колективної роботи, підтримка видалених користувачів, факс-сервіс, обробка голосових повідомлень, організація відеоконференцій та ін.

Крім того, багато існуючих методи і підходи до рішення традиційних завдань мереж менших масштабів для корпоративної мережі виявилися непридатними. На перший план вийшли такі завдання і проблеми, які в мережах робочих груп, відділів і навіть кампусів або мали другорядне значення, або взагалі не проявлялися. Наприклад, проста для невеликої мережі завдання ведення облікової інформації про користувачів виросла в складну проблему для мережі масштабу підприємства. А використання глобальних зв'язків вимагає від корпоративних ОС підтримки протоколів, що добре працюють на низькошвидкісних лініях, і відмови від деяких традиційно використовуваних протоколів (наприклад, тих, які активно використовують широкомовні повідомлення). Особливого значення набули завдання подолання гетерогенності - в мережі з'явилися численні шлюзи, що забезпечують узгоджену роботу різних ОС і мережевих системних застосувань.

До ознак корпоративних ОС можуть бути віднесені також наступні особливості.

Підтримка додатків. У корпоративних мережах виконуються складні застосування, що вимагають для виконання великою обчислювальною потужності. Такі застосування розділяються на декілька частин, наприклад, на одному комп'ютері виконується частина додатка, пов'язана з виконанням запитів до базі даних, на іншому - запитів до файловому сервісу, а на клієнтських машинах - частина, що реалізовує логіку обробки даних додатка і організуюча інтерфейс з користувачем. Обчислювальна частина загальних для корпорації програмних систем може бути занадто об'ємною і непідйомною для робочих станцій клієнтів, тому додатки виконуватимуться більше ефективно, якщо їх найбільш складні в обчислювальному відношенні частини перенести на спеціально призначений для цього потужний комп'ютер - сервер додатків.

Сервер додатків повинен базуватися на потужній апаратній платформі (мультипроцесорні системи, часто на базі RISC -процессоров, спеціалізовані кластерна архітектура). ОС сервера додатків повинна забезпечувати високу продуктивність обчислень, а значить підтримувати багатонитяну обробку, витісняючу багатозадачність, мультипроцесування, віртуальну пам'ять і найбільш популярні прикладні середовища (UNIX, Windows, MS - DOS, OS/2). В цьому відношенні мережеву ОС NetWare важко віднести до корпоративним продуктам, оскільки в їй відсутні майже усі вимоги, що пред'являються до серверу додатків. В той же час хороша підтримка універсальних додатків в Windows NT власне і дозволяє їй претендувати на місце у світі корпоративних продуктів.

Довідкова служба. Корпоративна ОС повинна володіти здатністю зберігати інформацію про усіх користувачів і ресурси так, щоб забезпечувалося управління нею з однієї центральної точки. Подібно великій організації, корпоративна мережа потребує централізованого зберіганні як можна повнішої довідковій інформації про саму собе (починаючи з даних про користувачів, серверах, робочих станціях і кінчаючи даними про кабельну систему). Природно організувати цю інформацію у вигляді бази даних. Дані з цієї бази можуть бути затребувані багатьма мережевими системними застосуваннями, в першу чергу системами управління і адміністрування. Окрім цього, така база корисна при організації електронної пошти, систем колективної роботи, служби безпеки, служби інвентаризації програмного і апаратного забезпечення мережі, та і для практично будь-якого великого бізнес-додатки.

База даних, що зберігає довідкову інформацію, надає все те ж різноманіття можливостей і породжує все ту ж множину проблем, що і будь-яка інша велика база даних. Вона дозволяє здійснювати різні операції пошуку, сортування, модифікації і т.п., що дуже сильно полегшує життя як адміністраторам, так і користувачам. Але за ці зручності доводиться розплачуватися рішенням проблем розпреділеності, реплікації і синхронізації.

У ідеалі мережева довідкова інформація має бути реалізована у вигляді єдиної бази даних, а не бути набором баз даних, що спеціалізуються на зберіганні інформації того або іншого виду, як це часто буває в реальних операційних системах. Наприклад, в Windows NT є по крайньому заходу п'ять різних типів довідкових баз даних. Головний довідник домена (NT Domain Directory Service) зберігає інформацію про користувачів, яка використовується при організації їх логічного входу в мережа. Дані про тих же користувачів можуть міститися і в іншому довіднику, використовуваному електронною поштою Microsoft Mail. Ще три бази даних підтримують дозвіл низькорівневих адрес: WINS - встановлює відповідність Netbios -имен IP -адресам, довідник DNS - сервер імен домена - виявляється корисним при підключенні NT -сети до Internet, і нарешті, довідник протоколу DHCP використовується для автоматичного призначення IP -адресов комп'ютерам мережі. Ближче до ідеалу знаходяться довідкові служби, що поставляються фірмою Banyan (продукт Streettalk III) і фірмою Novell (NetWare Directory Services), що пропонують єдиний довідник для усіх мережевих додатків. Наявність єдиної довідкової служби для мережевої операційної системи - один з найважливіших ознак її корпоративності.

Безпека. Особливу важливість для ОС корпоративної мережі придбавають питання безпеки даних. З одного боку, у великомасштабній мережі об'єктивно існує більше можливостей для несанкціонованого доступу - із-за децентралізації даних і великий распределенности " законних" точок доступу, із-за великого числа користувачів, благонадійність яких важко встановити, а також із-за великого числа можливих точок несанкціонованого підключення до мережі. З іншого боку, корпоративні бізнес-застосування працюють з даними, які мають життєво важливе значення для успішної роботи корпорації в цілому. І для захисту таких даних в корпоративних мережах разом з різними апаратними засобами використовується увесь спектр засобів захисту, що надається операційною системою: виборчі або мандатні права доступу, складні процедури аутентифікації користувачів, програмна шифрация.

Таблиця. 3.2 - Основні характеристики популярних мережевих операційних систем