网络操作系统与网络结构

　　网络操作系统与网络结构
　　操作系统概述
　　单机操作系统l作为计算机和用户之间的接口，是为用户提供计算机资源的手段；由一些程序模块组成，管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源；
　　合理地组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境；
　　只为本地用户服务，不能满足网络环境的要求；网络操作系统l网络操作系统l屏蔽本地资源与网络资源的差异；
　　作为网络用户和计算机网络的接口；
　　管理计算机的硬件和软件资源，如网卡、网络打印机、大容量外存等；
　　为用户提供文件共享、打印共享等各种网络服务；
　　完成网络的共享资源管理、网络的安全管理；
　　网络操作系统的定义：＂利用局域网底层所提供的数据传输功能，为网络用户提供局域网共享资源管理服务和其他网络服务功能的局域网系统软件＂；网络操作系统的特征 l与硬件无关l广域网连接l支持多客户端和多用户l网络管理l系统容错l安全性和存取控制网络操作系统的服务功能l文件服务l打印服务l数据库服务l通信服务
　　信息服务
　　目录服务
　　网络管理服务Internet/Intranet服务网络系统的结构及相关概念
　　计算机网络有两种基本的网络结构类型：对等网络；基于服务器的网络；
　　从资源的分配和管理的角度来看，对等网络和基于服务器的网络最大的差异就在于共享网络资源是分散到网络的所有计算机上，还是使用集中的网络服务器。
　　l对等网络采用分散管理的结构；基于服务器的网络采用集中管理的结构。对等网络 l网络上的计算机平等地进行通信。每一台计算机都负责提供自己的资源（文件、目录、应用程序、打印机、调制解调器或传真卡等），供网络上的其他计算机使用。
　　每一台计算机还负责维护自己资源的安全性。
　　对等网络的优点 l对等网络的结构简单，网络中对硬件的需求比较低。由于对等网络中的资源被分布到许多计算机中，因此不需要高端服务器，节省了网络成本。针对网络用户较少的网络，对等网络很容易安装和管理。
　　每一台机器都可以对本机的资源进行管理，如设置网络上其他用户可以访问的本地资源，以及设置访问密码等。管理网络的工作人员被分配给每台计算机的用户。
　　对等网络并不需要使用网络操作系统，只要每台计算机安装有支持对等连网功能的操作系统，就可以实现对等网络。
　　支持对等网络的操作系统有Windows 95/98、Windows NT Workstation/2000 Professional等。
　　对等网络的缺点
　　用户计算机的性能会受影响
　　网络的安全性无法保证
　　备份困难基于服务器的网络
　　使用一台高性能的计算机（服务器）用于存储共享资源，并向用户计算机分发文件和信息。
　　网络资源由服务器集中管理，服务器控制数据、打印机以及客户机需要访问的其他资源，当客户机或工作站需要使用共享资源时，可以向服务器发出请求，要求服务器提供服务。基于服务器网络的优点
　　易于实现资源的管理和备份l具有良好的安全性
　　l具有较好的性能l可靠性较高网络服务器的种类 l
　　文件服务器l文件服务器主要提供共享的硬盘来存储数据和应用程序，以便向客户机分发这些资源。当一台客户机需要使用文件服务器上的资源时，客户机首先将所需的文件复制到客户机本地，然后再对这些资源进行处理。在服务器上，不进行应用程序的处理，所有任务都在客户机本地进行。
　　应用服务器l在客户机和应用服务器上都运行有应用程序。客户机运行本地的程序，向服务器发出服务请求，要求服务器对某个数据进行处理，而服务器会将处理后的信息返送给客户机。通过这种方法，客户机几乎不处理信息，所有任务都由服务器处理。
　　数据库服务器： 其他类型的服务器；
　　邮件服务器。
　　邮件服务器专为处理客户机的电子邮件需要而建立，为客户机提供发送和接收电子邮件的环境。Web服务器Web服务器广泛应用于Internet和Intranet，用户通过客户机上的浏览器应用程序，浏览Web服务器上的信息。
　　通信服务器
　　通信服务器为处理远程用户拨号入网而建立。为安全起见，通信服务器应用程序通常放置在单独的服务器上。
　　视频服务器l视频服务器可以提供视频点播业务，同时支持多个视频流的单播或广播。服务器技术
　　多处理器技术
　　总线能力
　　内存
　　磁盘接口技术
　　容错技术
　　磁盘阵列技术
　　热插拨技术
　　双机热备份
　　服务器状态监视多处理器技术
　　l中央处理器（CPU）是决定服务器性能好坏的重要因素之一。虽然服务器对其他组件的性能要求也很高，但处理器对于决定服务器的性能仍然是很重要的。服务器可以使用一个处理器或多个处理器运行l多处理器技术的类型l非对称多处理器AMP；
　　对称多处理器SMP；
　　对多处理器的选择l根据使用的网络操作系统；l根据服务器所完成的功能；lCPU的种类Intel、AMD、Cyrix等总线和内存l服务器需要内部的高速总线来完成各种任务。l总线是计算机系统中的数据传送的＂主干线路＂，CPU、内存和其他的设备组件都连接到总线上。在某一时刻，服务器可能将大量的数据从磁盘传送到网卡、处理器、系统内存，并在处理完数据后将其传送回磁盘。
　　内存分为三种l非奇偶校验RAMl奇偶校验RAMl带有错误检查和更正（ECC）的RAM 磁盘接口技术 l计算机系统基本上采用两种硬盘接口，即EIDE（Enhanced Integrated Drive Electronics）和SCSI（Small Computer Systems Interface）。
　　SCSI系列标准：
　　SCSI-1
　　SCSI-1是最基本的SCSI技术规范，它使用8位的数据带宽，以大约5Mbps的速度将数据读出或写入硬盘。由于SCSI技术的不断发展，使得SCSI-1基本上不再使用了。
　　SCSI-2
　　SCSI-2扩展了SCSI技术规范，而且向SCSI添加了许多特性，还允许更快的SCSI连接。另外，SCSI-2 大大提高了不同SCSI设备制造商之间的SCSI兼容性。lFAST-SCSIlFAST-SCSI使用了基本的SCSI-2技术规范，将SCSI总线的数据传输速度从5Mbps增加到10Mbps。FAST-SCSI也被称为＂Fast NARROW-SCSI＂。磁盘接口技术lSCSI系列标准lWIDE-SCSIlWIDE-SCSI也是基于SCSI-2的技术，WIDE-SCSI将SCSI-2从8位增加到16位或32位的数据带宽。使用16位的WIDE-SCSI最高可以达到20Mbps。
　　Ultra-SCSIlUltra-SCSI也被称为＂SCSI-3＂，它将SCSI总线的数据传输速度增加到20Mbps。使用8位的总线时，Ultra-SCSI可以达到20Mbps的速度。使用16位总线时，速度可以提高到40Mbps。
　　Ultra2-SCSI
　　Ultra2-SCSI是SCSI标准的另一个发展，Ultra2-SCSI 使Ultra-SCSI 性能再次提高。Ultra2-SCSI 系统使用16位的总线，速度可达到80Mbps。
　　Ultra3-SCSIlUltra3-SCSI使得Ultra2-SCSI 的性能再一次提高，达到了160Mbps的速度。SCSI系列标准l容错是指在硬件或软件出现故障时，仍能完成处理和运算，不降低系统性能，即用冗余的资源使计算机具有容忍故障的能力，容错技术可分为：
　　软件容错 采用多处理器和具有容错功能的操作系统来实现容错。
　　硬件容错 由于硬件成本不断下降，而软件成本不断升高，因此硬件容错技术的应用越来越普遍。
　　硬件容错系统应具有的特性为：
　　使用双总线体系结构，确保系统的某一部分发生故障时仍能运行，不降低系统性能；l冗余CPU、内存、通信子系统、磁盘、电源等，确保这些关键部件的可靠性；
　　自动故障检测，以及故障部件的隔离和更换。磁盘阵列技术
　　磁盘阵列（Disk Array）是由一个硬盘控制器来控制多个硬盘的相互连接，使多个硬盘的读写同步，以减少错误，提高效率和可靠性的技术。
　　lRAID（Redundant Array of Inexpensive Disks）表示的是廉价磁盘冗余阵列，是磁盘阵列技术标准，RAID采用冗余的硬盘来对信息进行冗余保存，从而提高磁盘系统的可靠性。如果某个硬盘发生故障，则可以通过保存在其他硬盘上的冗余信息恢复故障硬盘的信息。 RAID技术1.RAID 0 oRAID 0采用数据分割技术，将所有硬盘构成一个磁盘阵列，可以同时对多个硬盘进行读写操作；oRAID 0阵列将数据分成多个数据块，并将数据分块分布在两个或更多的硬盘上。 oRAID 0阵列中的一个驱动器出错将会导致所有硬盘上的数据全部丢失，因此可靠性最差。 RAID技术2.RAID 1 oRAID 1不采用将数据分块存储在多个硬盘上的方法，而是采用磁盘镜像技术。o使用两个硬盘，并且将一个硬盘的内容同步复制到另一个硬盘上。如果其中一个硬盘出现故障，另一个硬盘将继续正常工作。 oRAID 1的可靠性较高，但硬盘的使用效率较低。 RAID技术3.RAID 3oRAID 3采用数据交错存储技术。RAID 3在多个数据磁盘上分块分布数据，然后对各个数据磁盘上存储的所有数据使用异或操作，以产生一个校验数据（ECC数据），并将这个数据存储到一个校验硬盘（ECC硬盘）。如果其中一个存储数据的硬盘发生故障，导致数据出错或丢失，那么RAID 3先读出其余硬盘上的数据，再读出ECC硬盘上的校验数据，就可以恢复出错或丢失的数据。 RAID技术4.RAID 5oRAID 5对RAID3技术进行了改进，除了保持分块存储数据的功能外，RAID 5将校验数据存放在所有的硬盘中。oRAID 5的优点是不必依赖一个ECC驱动器来进行所有写操作，所有硬盘都共享ECC工作，因此RAlD 5的性能要比RAID 3稍高一些，如果任何一个硬盘出现故障，可以将其替换，且数据也能够恢复。oRAID5能够将三至三十二个硬盘组合到一个阵列中。其他服务器技术
　　热插拨技术
　　大多数服务器都支持热插拨技术的组件（热插拨硬盘、热插拨电源和热插拨风扇等），它们可以在系统保持运行的同时被替换。l双机热备份l
　　双机热备份是指在系统使用两台或多台服务器，其中一台主用，另外一台备用，而且这些服务器都处于正常运行状态，如果主用服务器发生故障，则可自动启动备用服务器。
　　服务器状态监视 l大多数服务器可以监视内部组件，并预先发出可能会出现问题的警告。高端的服务器通常可以监视以下情况：
　　风扇的转动、系统电压、内存错误、磁盘错误、内部温度、机箱被打开等。典型的网络操作系统
　　早期的网络操作系统具有简单的文件服务和某些安全性特性。随着用户要求的增加，现代网络操作系统提供了更为广泛的服务。
　　目前，常用的网络操作系统有：Novell 公司的NetWare；
　　Microsoft的Windows NT/2000；l带有网络功能的UNIX。
　　Windows NT和Windows 2000
　　1983年11月，Microsoft第一个Windows产品——Windows 1.0；l1987年12月，Windows 2.0，其在技术上已有了明显的进步，允许同时执行多个程序，利用微处理器中的保护模式，突破了DOS中的640KB内存的限制 ；l1990年5月，Windows 3.0，对Windows 2.0进行了改进；
　　1992年5月，工作组网络Windows for Workgroup 3.1；Windows NT和Windows 2000l1993年5月，Windows NT 3.1，与DOS脱离，采用了很多新技术，但对硬件资源要求较高； l1994年9月，Windows NT 3.5，对NT 3.1进行了改进，降低了对硬件资源的要求，增加了与UNIX和NetWare等的连接和集成；
　　1996年7月，Windows NT 4.0，在性能、易用性与可管理性以及支持Internet/Intranet方面，有了重大的改进；
　　2000年，Windows 2000，适用于个人和企业对操作系统的各种需要；
　　2001年，Window XP。Windows NT的特性 l体系结构的独立性；
　　多处理器支持；
　　多线程的多任务；
　　大量的内存空间；
　　集中化的用户环境文件；
　　远程访问服务；
　　基于域和工作组的管理功能；
　　容错与多驱动器阵列(RAID)支持；Windows 2000 产品系列 lWindows 2000 ProfessionallWindows 2000 Professional是Microsoft在Windows NT Workstation 4.0基础上发展起来的客户端的操作系统，不仅继承了NT Workstation 4.0的稳定性和可靠性等优点，而且还拥有了更好的用户界面、支持即插即用、管理起来也更加方便，而且具有更高级别的安全性和更好的性能。Windows 2000产品系列lWindows 2000 Serverl用来支持文件和打印、应用程序、Web以及通信服务功能的多任务操作系统。
　　提供可扩展、基于Internet标准、与操作系统紧密结合的活动目录服务，方便了网络资源的管理和查找。
　　提供了Web和Internet服务，为客户在商业上采用Web技术提供了便利条件，它能适应从简单的Web站点到Web应用及视频点播等流媒体服务的各种需要。l支持4GB的物理内存和两路SMP对称多处理系统，并包含了活动目录、COM+、公共密钥设施、智能镜像(ntellimirror)和Terminal服务等特性，它适合于中小型规模企业作为应用分发、Web服务器、工作组和分支办公室的服务器操作系统。Windows 2000产品系列lWindows 2000 Advanced Serverl部门和应用服务器，比Windows 2000 Server提供了更多的网络功能和Internet服务；支持四路SMP和64GB物理内存；
　　集成了可伸缩集群服务，是数据库应用、高可用集群和为大型系统和应用的可伸缩性提供负载平衡服务的理想平台。Windows 2000 Server产品系列lWindows 2000 Datacenter ServerlDatacenter Server是功能性最强的服务器操作系统。l支持16路SMP和64GB的物理内存。lWindows 2000 Datacenter Server提供了集群和负载平衡服务两个基本特征服务，适合于大规模数据仓库、计量经济学分析、大规模科学和工程计算、事务处理、大规模的ISP等应用。 NetWare操作系统 lNetWare操作系统的发展起源于1981年，Novell公司首次提出了LAN文件服务器的概念；
　　1983年，基于Motorola MC68000 (操作系统为CP/M)的网络操作系统Novell SHARE-NET。 1984年， NetWare 1.0，以MS-DOS为环境的网络操作系统。
　　1985年，Advanced NetWare 1.X，增加了多任务处理功能，完善了低层协议，并支持基于不同网卡的结点互连；
　　1986年，Advanced NetWare 2.0，扩充了虚拟内存工作方式，并且内存寻址突破640KB；NetWare操作系统
　　1987年， NetWare 2.1，在Netware文件服务器增加了系统容错机制(SFT)，包括热修复、磁盘镜像和磁盘双工等特性；
　　1990年， NetWare 3.1，在网络整体性能、系统的可靠性、网络管理 和应用开发平台等方面予以增强；
　　1993年， NetWare 4.0，在3.11的基础上，增加了目录服务和磁盘文件压缩功能，具有良好的可靠性、易用性、可缩放性和灵活性。
　　1998年9月，NetWare 5，更大程度地支持并加强了Internet/Intranet以及数据库的应用与服务。
　　NetWare操作系统的结构 lIPX（Internet Packet eXchange）作为网络层的分组交换协议，提供分组寻址和选择路由功能，但不保证可靠到达，相当于数据报功能。IPX是Netware结构中关键部分，是工作站和文件服务器相互通信的协议，是较高层SPX和NetBIOS的基础。lSPX（Sequenced Packet eXchange）是NetWare的运输层协议，它与TCP/IP协议组中的TCP协议类似，以面向连接的通信方式工作，向上提供简单却功能很强的服务。它可以保证信息流按序、可靠地传送。NetWare操作系统的结构 oNetWare核心协议NCP（NetWare Core Protocol）在用户发送请求给服务器的远端文件服务过程中执行。文件服务过程所产生的相应信息送回给用户。在NCP的基础上形成了文件和网络所有的服务。利用这些服务，可以构成各种功能的应用程序。NCP支持使用虚电路和数据报两种网络应用接入接口。oNCP的主要功能是：服务连接维护、目录维护、文件维护、数据访问同步、保密库维护、网络维护、打印维护、软件拷贝保护、计费服务和队列管理服务。
　　Netware的特点
　　具有多任务、多用户的功能，工作站软件所占内存较小，支持多种局域网硬件，保护了已有硬件投资；NetWare使用开放性协议技术OPT(Open Protocol Technology)，允许各种协议的结合，使各类工作站可与公共服务器通信；NetWare高效的硬盘存取管理技术消除了服务器的瓶颈。Netware文件服务器具有五种安全性措施：注册口令、受托者权、目录权、文件属性和文件服务器安全性。这些安全性措施可以单独使用，也可以混合使用。Netware的系统容错技术
　　三级容错l第一级针对硬盘表面介质出故障而设计，采用双重目录、文件夹、磁盘热修复等；
　　第二级针对硬盘故障而设计，采用硬盘镜像方法；
　　第三级提供文件服务器镜像的功能；事务跟踪系统l防止在写数据库记录的过程中系统出故障而造成数据丢失；采用＂事务＂处理方法；UPS监控l防止网络供电系统电压波动或中断造成损失；
　　UNIX操作系统
　　UNIX不是网络操作系统，但由于它能支持通信功能，并提供一些大型服务器的操作系统的功能，因此也可把它作为网络操作系统；
　　在20世纪80年代，UNIX是用于小型计算机的操作系统，以替代一些专用操作系统。在这些系统中，UNIX作为一种多用户操作系统运行，应用软件和数据集中在一起，经过不断的发展，UNIX已成为可移植的操作系统，能运行在范围广阔的各种计算机上，包括大型主机和巨型计算机，从而大大扩大了应用范围。 UNIX操作系统的结构
　　UNIX内核
　　UNIX内核的功能是完成底层与硬件相关的功能，控制着计算机的资源，并且将这些资源分配给正在计算机上运行的应用程序。
　　ShelllShell的作用是解释来自用户和应用的命令，使计算机资源的管理更加容易和高效。Shell程序与用户进行交互，使用户能够运行程序、拷贝文件、登录或退出系统以及完成一些其它的任务。Shell程序可以显示简单的命令行提示光标，或者显示一个有图标与窗口的图形用户界面（X-Windows）。Shell程序与在UNIX上运行的应用程序一起利用内核提供的服务，对文件与外围设备进行管理。由于Shell程序与硬件无关，因此更容易移植，UNIX可具有多种 Shell。o实用程序与应用n实用程序处于Shell的外层，提供了大部分的可执行程序，而用户的应用程序在实用程序之上。严格来讲，实用程序和应用程序是属于同一性质的，但实用程序大多是为了帮助操作系统执行作业以及帮助程序员开发软件。由于UNIX具有很多的实用程序，使UNIX实际上成为和硬件独立的操作系统，适用于开发范围甚广的各种应用。UNIX操作系统的结构 UNIX操作系统的功能特性
　　UNIX是一个多用户、多任务操作系统；
　　UNIX具有良好的用户界面；
　　UNIX的设备独立性；l具有很好的可移植性；l可以直接支持网络功能；l可靠的系统安全。关于Linux操作系统
　　UNIX操作系统一个很大的缺点就是UNIX价格昂贵，Linux是一个自由软件，它对各厂家的UNIX造成了巨大的冲击。
　　Linux是一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统，它主要用于基于Intel x86系列CPU的计算机上。这个系统是由全世界各地的成千上万的程序员设计和实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用的UNIX兼容产品。