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全国计算机等级考试四级复习纲要四

来源:考试吧Exam8.com) 2007-9-18 19:40:06 考试吧:中国教育培训第一门户 模拟考场

  十一、网络操作系统

  1.计算机网络的概念

  计算机网络的定义是:地域位置不同、具有独立功能的多台计算机系统,通过通信线路与设备彼此互联,在网络系统软件的支持下,实现更广泛的硬件资源、软件资源以及信息资源的共享。网络中的计算机系统可以是同型,也可以是异型的,在地域上可以在同一处,也可以分布在相距遥远的各个地方。网络中的多台计算机、外部设备、信息和其他资源既能独立使用、又能联合使用的方式连接。网络体系结构的关键是计算机与通信,它需要完成信息和数据的收集、存储、处理,也要完成信息和数据的传输、交换和共享,形成网络计算机的环境。计算机网络的构成按照地域分布情况分为广域网(WAN)和局域网(LAN)

  2.网络操作系统

  为计算机网络配置的操作系统常称为网络操作系统。对网络操作系统的观点有两种,一种是在现有的单机操作系统中增加网络功能,例如增加网络管理模块或网络层。另外一种是重新设计适合各种网络环境和互联的新型网络操作系统。目前,大部分操作系统采用了前一种方式,而对新推出的网络管理系统则采用后一种方式。不过,由于各类计算机网络的差异很大,从网络规模、结构、通信技术、通信协议,到与单机操作系统接口、硬件配置都有很大不同,建立一般性通用网络操作系统的设想受到很大限制,而且难度和复杂性都很大。因此,现时的网络操作系统多采用第一种方式建立。由于网络中的计算机都具有自己的操作系统(或者称局部操作),这些操作系统在种类和功能上又不尽相同,为了完成各个计算机系统之间的工作协作、数据通信、信息共享,就必须建立一套全网共同遵守的约定(如信息格式、内容、传输方式等),这就是网络通信协议。此外,网络操作系统必须为网络用户提供多种网络服务,如远程登陆、文件传输、电子邮件等服务,对网络资源进行总体管理,保证网络运行的可靠性和安全性。因此,有人也将网络操作系统称为网管系统。它与传统的单机操作系统有所不同,是建立在单机操作系统之上的一个开放的软件系统,面对的是各种不同的计算机系统的互联操作,面对各种不同的单机操作系统之间的资源共享、用户操作协调和与单机操作系统的交互,从而解决多个网络用户(甚至是全球的网络用户)之间争用共享资源的分配、管理以及网络间的安全控制。建立在本机操作系统上的网络操作系统也分为两种类型,一种是所谓外壳型,即在本机操作系统支持下,经过替换和扩充原操作系统的功能,建立一个独立的运行环境,对用户提供全面的网络服务。但其基础操作,如文件系统、I/O处理系统等仍然基于原本机操作系统,而且,要进入网络环境必须再次引导装入网络系统。另一种是整体性网络操作系统,通常称为网络管理系统,或网管系统。它主要运行在网络服务器上,有的也可将其一部分运行在网络各工作站点上。网络启动运行后,处于整体控制环境,并可以与任何接入网络的计算机系统的局部操作系统进行交互和通信。局域网络操作系统(LAN OS)是网络操作系统中的一大类,其主要对象是局域网络的联网及管理。LAN OS的发展大致分为三个阶段。其一是Omninet网阶段,操作系统名称为Constellation软件。它以CP/M DOS或AppleOS为单机操作系统支撑,以硬盘共享为基础,采用专用盘体、公用盘体、自由盘体支持网络用户的操作,对专用盘体采用存取要注册和口令以保护用户间操作的安全性,通信服务通过共享盘体中转。但该操作系统无统一的网络文件管理系统,使其使用效率较低。其二是以IBM和PCLAN等为代表的网络操作系统。它们的特点是基于DOSV3.1版本,并给予了扩充、增补和改造,以适应网络的多用户环境,提供了网络文件共享、假脱机(spooling)打印共享、电子邮件传递,网络名称服务等功能。这里,MSDOS的网络重定向功能的增加和IBM通信接口标准NETBIOS的颁布,为开发不依赖于具体网络操作系统的网络应用程序提供了实际的标准和支持。但由于DOS单进程内核机制、低效率文件系统和低速磁盘操作的限制,文件服务器的访问成为网络操作的瓶颈。因此,网络处理速度慢,用户站点支持少。其三,此间的局域网操作系统突破了DOS的限制,普遍采用了客户服务器模式,文件服务器成为局域网的核心,继而发展为多种服务器并存的多服务器网络环境。因此,必须要选择基于多任务的单机操作系统作为支持,并将它们进行扩充,建立网络通信时效,堪称具有网络支持功能的单机操作系统。同时,通过基于UNIX核心进行改造、重构形成相对独立的局域网络操作系统。例如:3COM的3+OPEN、MS的LANManager、IBM的LAN Server、Banyan的VINES、NovellR NetWare等。这些网络操作系统功能更完善,并加强了网络安全管理、网络容错功能、网络性能监测、统计和资源管理。这一阶段的网络操作系统对硬件和通信协议的依赖越来越少,支持各种类型的网络适配器控制器,可以使用多种网络协议进行通信,使网络互联方便易行。目前的主流操作系统经过不断地改进,为适合网络计算都毫无例外地加上了网络通信和远程处理的功能,有的由操作系统的内核实现,称为系统的网络通信,有的通过操作系统的配套软件实现网络功能扩充,称为网络套件,使这些主流操作系统都能够支持其特定的局域网络、支持常规局域网络和支持国际互联网络。例如:IBM公司1996年9月在原OS/2操作系统基础上推出的OS/2Warp4操作系统,MicroSoft公司1996年推出的WindowsCE操作系统,都具有网络计算功能。提供了系统管理和网络联网能力,可以与Internet互联网络交互,并与互联网络各种入网工具、浏览工具相匹配,提供若干新的非微机业务和消费工具,形成一种可以在通信、娱乐和网络计算工具等广泛领域中使用的操作平台。前者还采用了网络编程语言JAVA技术和语音识别软件,后者也提供了彼此通信、微机信息共享、数字信息寻呼,乃至蜂窝智能电话等功能。

  3.网络操作系统的结构模式

  从资源管理的角度,网络操作系统向用户提供一种一致性的操作界面,对网络环境下共享资源的范围和方式,有两种不同的观点。即对等(peer to peer)型资源共享和客户服务器型资源共享。对等型资源共享允许网上任一站点所拥有的资源(如磁盘、打印机等)作为网络公用资源,可以被其他网络用户共享。此时,本机操作系统支持前后台操作,当其前台执行应用程序时,后台支持其他网络用户使用该机资源。此种类型具有较好的灵活性,具有理想的资源共享,但由于站点机本身处理能力和存储器空间的限制,本地操作和网络业务间很难兼顾,导致处理速度下降。再者,资源服务分散在每个站点,协调和管理这些共享资源将使系统付出较大的开销,从而限制了网络规模的扩大。例如“PCLAN和LITE”系统的网络用户都限制在20个左右。客户服务器模型在网络应用中具体化了,网络中站点被分为两部分,一部分作为客户机,通常称为网络工作站,它可以访问网络中的共享资源,但本机的资源(如磁盘、打印机等)并不作为全网共享资源,只为本站点用户服务。另一部分作为服务器,它们专为网络提供共享资源,管理网络的通信,作为网络中的核心和关联设备。每个局域网至少有一台服务器,允许有多台服务器,分别提供不同的共享资源。仅运行网络操作系统,管理网络通信和资源共享的服务器称为专用服务器,既管理网络资源,又同时作为网络用户使用共享资源的服务器称为并发服务器(concurrent server)。基于客户服务器模型的局域网络操作系统的结构具有不对称性,分为服务器部分和工作站部分。网络操作系统的工作站部分包括系统外壳(shell)和通信协议模块构成,外壳是基于单机操作系统的扩充,负责处理用户命令和应用程序中的系统调用,作出判断和识别。如果是针对本机发出的命令或调用,交由本机操作系统(如DOS等)处理,如果是网络命令或调用,就将它们组装成一个网络请求包,送交通信模块,再通过网络卡送到网络联线上,最后到达服务器,从这个意义上说,网络操作系统的工作站部分仅是一个过滤器,也称网络重定向器,它不涉及本机的资源,只对网络命令和调用重新解释,并发送给服务器,等服务器处理完成后,接收服务器返回的处理结果(即响应)。可见,在任何情况下,工作站工作在本机操作系统的控制下工作,网络操作系统的这一部分不过提供了一个外壳。当然,不同的本机操作系统需要采用不同的工作站外壳。网络操作系统的服务器部分是它的核心,它既要通过通信协议与硬件打交道,又要管理服务器的各种资源,如处理器、磁盘、存储器、I/O设备、数据库等。它具有通信协议、多用户文件管理、I/O设备管理、进程管理等,形成一种完整的操作系统概念。

  4.网络操作系统的功能

  网络操作系统的设计思想和实现模式各不相同,但它必须都支持网络环境下的功能服务。这些功能是基本相同的,它们包括资源共享、多用户文件管理、网络安全、多通信协议、用户界面、网络管理、网络互联及电子邮件等。网络资源共享的重点是设备共享,局域网上共享的设备通常包括大容量存储设备(如磁盘、磁带、光盘及磁盘阵列等)、特殊输出设备(如激光打印机、大屏幕监视器、大型绘图设备、图形图像设备等)、通信设备(如调制解调器、传真机、网桥网关等)。网络设备的使用与本地设备相同,通过逻辑名进行访问,但必须先将设备名与网络设备连接,成为网络映射或重定位。局域网操作系统通常都支持服务器设备共享,也可将某台工作站配置为打印服务器作专门服务。网络中的共享资源通常放在不同的服务器上,用户登录到一个服务器一般仅能查阅到该服务器的资源。要使用户能够了解网络中所有的共享资源,必须建立统一的网络资源,命名管理中心,即所谓的命名服务器。它记录所有的网络资源和网络用户信息,形成一个资源数据库,供网络用户查阅。这种命名服务不采用路径名方式,而采用“名、域、组”的方式,即组代表网络所有者,域代表某个或者某些服务器,名代表制定的共享资源。这样,网络共享对用户就透明了,用户不必了解所需资源在网络中的实际位置,由命名管理程序自动查找。多用户文件管理与单用户文件管理不一样,关键是要提供文件访问的保护机制,避免多个用户存取同一文件时引起混乱。保护机制通常采用存取权限、文件属性、文件锁定标志等。网络文件和目录并非对所有用户都开放,不同的用户也具有不同的访问权限,文件的属性也决定它被使用的范围。权限和属性的设置除了根据应用需要设定外,还必须考虑系统为此付出的代价,权限设置太细会使管理开销增大,太宽又起不到保护作用,必须认真考虑。共享文件的互斥问题,可以通过常规操作系统的锁定标志、信号量机制实现,还可以根据文件使用的性质,如只读、读写或者执行的情况,采用不同的同步机制。网络安全是为了防止非法用户对网络系统和数据资源的窃取、修改和破坏。通常网络操作系统应当具有入网权限、用户权限、资源级安全和文件级安全等安全时效和机制。入网限制主要是用户身份识别,可以采用口令鉴别、用户名鉴别、限时登录、限位登录等安全方法,并结合口令时限、登录锁定、反跟踪等机制防止非法用户和外部入侵。进入网络用户可以分为网络管理员、特殊用户和一般用户,分别赋予不同的资源使用权限,形成第二级安全屏障。网络中的每类资源可以设置保护标志,避免用户有意或无意地对某些资源(如打印机、网关设备等)的修改、设置等操作,形成第三级安全屏障。第四级则是网络文件管理中的存取权限和文件属性控制。除了这四级网络安全措施外,再加上网络环境中采用的各种容错技术,如冗余备份、电源保护、磁盘镜像及双式技术、热修技术、事件跟踪技术等,从另一方面保证了系统的可靠性。只有具备了上述安全机制,网络操作系统才能正常地可靠地工作。网络操作系统的重要部分之一是通信,而且是远程通信和数据交换,它们通过通信协议软件和通信硬件部件共同完成。网络的逻辑组成结构分为七层,时效和对等时效间都通过通信协议建立联系。目前,具有多种通信协议,如NETBIOS、IDP、SPP、IPX、SPX、TCP/IP及ApˉpleTalk等,网络操作系统支持的通信协议越多,功能越强,适应面越宽,但也增加了系统的复杂性。用户界面是网络操作系统设计中要考虑的问题,包括了用户界面的友好性和交互性。用户操作界面可以采用命令行、屏幕菜单、窗口菜单等方式。同常规操作系统一样,向用户提供命令接口和程序接口(即网络系统调用等),并将它们转换到本地机或者远程站点操作上。网络管理是网络操作系统的重要功能,通常包括网络运行管理和网络性能监测。网络运行管理包括服务器控制操作、网络消息广播、资源配置、用户登录、安全设置、系统记帐与审计等系统管理功能。网络性能监测通过了解某段时间内网络各处流量、资源占用情况的记录分析,发现可能的通信拥塞和资源冲突,以便及时改变网络结构,重新调配网络资源,保证网络正常运行。网络操作系统除了本网络的管理外,需要提供与其他网络接口的功能。由于网络互联方式很多,各种支持软件必须与网络操作系统密切配合。多个网络可以运行同一风格操作系统。这些支持功能可以在网络操作系统内实现,也可以采用网络套件配合实现。目前,大多数网络操作系统都具有网络互联功能,尤其是与国际互联网络Internet的接口,形成了广域的网络环境。例如,电子邮件功能是基于网络的电子信件传输系统,也是网络互联中的重要功能。它通常不由系统核心完成,而通过专用软件包提供。一个网络操作系统至少支持一种电子软件系统,提供给用户编辑、发送、接收、转发、阅读等基本功能,扩充了基于网络的信息交换,扩大了网络的应用范围。而且,电子邮件系统的功能正在被逐渐地增强和扩充。形成了文电作业系统MHS(Message Handling System),它除文本信息外,还包括了图文图像等多媒休信息,同时吸取了电报、电传、传真等技术建立了更广泛的通信和信息处理机制。
  
  5.局域网络操作系统的实例

  目前,局域网络操作系统的重要代表是Novell公司的Netware操作系统,它抛弃了不适应多用户多任务环境的单机操作系统,吸取了大中型操作系统的思想,建立了独立的运行于服务器上的网络操作系统。NetWare网络操作系统由美国Novell公司于1983年推出,由于其性能良好、安全可靠以及系统和硬件结构的灵活性,在很短时间内便风靡全球。从NetWare86、NetWare286发展为V1.x,V2.x版,并于1989年推出V3.0,以及后来的V3.X和V4.X版。其特点如下。

  (1)多进程操作。服务器支持多类进程并发执行,如分组服务、磁盘管理、控制台操作、假脱机打印等服务进程。

  (2)高速文件访问。通过采用Hash等加速了服务器外存部件的存取速度。
  
  (3)安全机制。提供了多用户注册安全、权限安全、属性安全和服务器安全等四级安全机制。
  
  (4)系统容错。提供了热修复、写后校读、磁盘镜像和双工等多种容错手段。目前,NetˉWare已升级到4.x版本,并推出了与Internet和Intranet交互的新一代网络操作系统,并大力开发基于UNIX环境的网络操作系统UnixWare。随着网络技术和网络互联的发展,网际之间资源的共享性、安全性和可用性变得日益突出,单纯的局域网范围的操作系统(网络管理软件)已经不适合应用和管理的发展,因此,产生了所谓网际操作系统(Interworking Operating System———IOS),也称网间网操作系统。网际操作系统的优势不同于局域网操作系统,它可以将各种网际互联设备,如ATM交换机、局域网交换机、路由器等平滑地连接成一体,同时给用户提供一个可支持任意硬件界面、任意链路层、网络层协议的可扩展的开放型网络。例如:美国Cisco(思科)公司的IOS系统,不仅能够支持以太网、令牌环网、FDDI、CDDI、ATM、X2.5、VSAT、PSTN、ISDN、帧中继等常用数据网络,也支持TCP/IP、Novell IPX、DECnet IBMSNA、OSI、SDLC、VINES、Apple TALK、PPP、XNS、桥接等网络通信协议、路由协议和交换机协议,形成了一种事实上的操作系统工业标准。

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