12
Отказоустойчивость характеризует сохранение работоспособности
системы при воздействии различных дестабилизирующих факторов.
Существует множество способов обеспечить отказоустойчивость отдельных
компонентов операционной системы, сетевых служб или же всей системы в
целом. К мерам обеспечения отказоустойчивости можно отнести
кластеризацию сетевых ролей, дублирование данных по средством увеличения
числа улов предоставляющих сервис, использование различных файловых
систем и дисковых массивов обеспечивающих функции отказоустойчивого
хранения данных.
Защита от несанкционированного доступа также является
приоритетной функцией сетевой операционной системы. Программные модули
управляющие процессами аутентификации и авторизации могут
идентифицировать и предоставлять доступ пользователям приложениями м
компьютерам сети к различным ресурсам операционной системы в
соответствии с заранее определенными правилами и политиками.
1.2.2 Структура сетевой операционной системы
Несмотря на то, что каждый компьютер в сети автономен, под сетевой
операционной системой в широком смысле можно понимать совокупность
операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью
обмена информацией и разделения вычислительных ресурсов по единым
правилам – протоколам. Это взаимодействие обеспечивается структурой
сетевой ОС (рис.6)
13
Рисунок 6 - Структура сетевой ОС
В соответствии со структурой, показанной на рис.6, в сетевой
операционной системе отдельного компьютера можно выделить следующие
части:
Средства управления локальными ресурсами компьютера — это
функции распределения оперативной памяти между процессами,
планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами,
управления периферийными устройствами и другие функции управления
ресурсами локального компьютера.
Средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общее
пользование или сетевые средства. Они в свою очередь состоят из набора
сетевых служб, которые осуществляют предоставление ресурсов
14
операционной системы и транспортных средств, осуществляющих обмен
информацией с сетью.
Сетевые службы в свою очередь можно разделить на клиентскую и
серверную части. Серверная часть осуществляет обработку запросов к
данным, находящимся в распоряжении локальной операционной системы и
формирует ответы на эти запросы. Клиентская часть осуществляет
идентификацию и формирование запросов к данным или ресурсам,
находящимся в распоряжении других компьютеров в сети, а также
осуществляет прием ответов от серверов в сети и передачу полученных
данных приложениям, которые их запрашивали.
Транспортные средства сетевой операционной системы осуществляют
адресацию буферизацию и маршрутизацию входящих и исходящих потоков
информации. Задачу коммуникации между компьютерами сети решают
драйверы и модули сетевых протоколов.
И сетевые службы, и транспортные средства могут являться
встроенными компонентами операционной системы или же существовать в
виде отдельного программного обеспечения. К примеру, сетевая файловая
служба обычно является компонентом ОС, а программное обеспечение,
реализующее функционал обмена сообщениями по электронной почте чаще
всего, является отдельно стоящим программы продуктом. В большинстве
случаев сетевая операционная система имеет в своем составе широкий набор
драйверов и модулей, однако у пользователя или администратора,
практически всегда есть возможность расширить стандартный набор
приложений путем установки дополнительного программного обеспечения.
Решение о способе реализации клиентской и серверной сетевой
службы, а также драйверов и протокольных модулей принимается
разработчиками конкретной ОС с учетом самых технических коммерческих
и даже юридических соображений.
15
1.2.3 Клиентское и серверное программное обеспечение
Сетевая служба может входить в состав операционной системы либо
клиентской и серверной частями, либо только одной из них. В первом случае
операционная система, будет называться одноранговой, и будет иметь
возможность не только обращаться к ресурсам других компьютеров, но и
предоставляет собственные ресурсы в общее пользование для пользователей и
приложений на других компьютерах. Например, если все компьютеры сети
обладают установленными клиентской и серверной частями файловой службы,
то все пользователи сети смогут совместно использовать файлы,
предоставленные в общий доступ на их компьютерах. Компьютеры,
совмещающие функции клиента и сервера, называют одноранговыми узлами.
Операционная система, которая по большей части содержит клиентские
модули сетевых служб, называют клиентской ОС. Эти операционные системы
устанавливаются на компьютеры, которые обращаются с запросами к
вычислительным ресурсам других компьютеров сети. За такими
компьютерами, которые также называют клиентскими, работают рядовые
пользователи. Обычно клиентские компьютеры можно отнести к классу
относительно простых и дешевых устройств.
К другому типу операционных систем относится серверная операционная
система — она ориентирована на обработку запросов из сети к ресурсам своего
компьютера и в основном включает в себя серверные модули сетевых служб.
Компьютер с установленной на нем серверной ОС, занимающийся
исключительно обслуживанием запросов других компьютеров, называют
выделенным сервером сети. Выделенные серверы как правило не
предусматривают непосредственную работу пользователей за ними.
16
1.2.4 Требования к ОС офисной сети
Основными требованиями к сетевой операционной системе являются
исполнение ею основных функций по эффективному управлению ресурсами
локального компьютера, эффективное предоставление необходимых сетевых
сервисов и обеспечение удобного интерфейса для взаимодействия
пользователей и администраторов. Но кроме перечисленных выше
функциональных требований к сетевым операционные системам предъявляется
также ряд эксплуатационных требований: расширяемость, переносимость,
совместимость, отказоустойчивость.
Под расширяемостью операционных систем как правило понимается
возможность расширения или обновления функционала операционной системы
путём замены отдельных модулей в модульной структуре ОС. Модульная
структура подразумевает что отдельные программные компоненты
операционной системы взаимодействуют друг с другом через только через
функциональный интерфейс и могут быть заменены без нарушения о
работоспособности ОС в целом. Практически во всех современных
операционных системах расширяемость реализуется по средством системы
обновлений. После установки обновлений операционная система может
приобретать новые функции или изменять механизмы работы уже
существующих, расширять поддержку различных устройств протоколов и
программного обеспечения, а также повышать свою безопасность вследствие
закрытия обнаруженных уязвимостей.
Под переносимостью подразумевается возможность переноса кода
операционной системы с одного типа процессоров на другой, возможность
запуска ОС на различных аппаратных платформах. Переносимые
операционные системы как правило имеют различные редакции для различных
аппаратных платформ, поэтому их также называют много-платформенными.
17
Совместимость операционной системы означает, что она обладает
средствами для исполнения программного обеспечения надписного для других
операционных систем. Различают совместимость на уровне двоичных кодов и
на уровне исходного кода программы. Совместимость играет большую роль для
пользователя при выборе операционной системы так как позволяет ему
использовать уже привычное программное обеспечение для выполнения своих
задач.
Требования по отказоустойчивости, предъявляемые к сетевым
операционным системам, подразумевают, что ОС имеет механизмы защиты от
сбоев, вызванных внутренними и внешними факторами, поведение
операционной системы всегда предсказуемо в заданных условиях, а также
программное обеспечение, исполняемое в ОС, не может наносить вред ей и
другому ПО. Также сюда можно отнести требования по программной
поддержке аппаратных средств обеспечения отказоустойчивости, на пример
это могут быть дисковые массивы или источники бесперебойного питания.
18
1.3 Сетевые службы в офисной сети
Объединение компьютеров в сеть сам по себе не может я являться целю
построения вычислительной сети – это делается для того, чтобы представить
пользователям сети инструменты для повышения эффективности совместной
работы и расширить возможности их персональных компьютеров. Для
достижения этой цели в офисной сети используется ряд сервисов, самые часто
применяемые типы которых будут рассмотрены в этом разделе.
1.3.1 Служба DHCP
Служба DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol – протокол
динамической конфигурации узла) реализует работу одноименного протокола,
который позволяет предавать узлам настройки IP-адреса и другие параметры
необходимые для работы в сетях TCP/IP. DHCP является клиент- серверным
протоколом. На начальном этапе конфигурации сетевого интерфейса клиент
посылает широковещательный запрос обращенный к DHCP-серверу. Сервер
получивший запрос выделяет для запросившего узла IP-адрес из заранее
заданного администратором диапазона. Вместе с другими параметрами сети,
такими как: шлюз по умолчанию, адреса DNS и NTP серверов, имя домена,
ответ формируется и отправляется клиенту. DHCP сервер может оправлять
различные параметры различным клиентам основываясь на настройках заранее
произведенных администратором.
Взаимодействие по протоколу DHCP между клиентом и сервером
происходит по модели без установления соединения и может быть разделено на
четыре фазы (рис.7):
1) DHCP discovery – клиент отправляет запрос DHCPDISCOVER по
протоколу UDP (User Datagram Protocol) c IP-адреса 0.0.0.0 на
широковещательный IP-адрес 255.255.255.255. в качестве порта получателя
(сервера) указывается порт 67, а в качестве порта отправителя (клиента)
используется порт 68. В этот запрос клиент помещает информацию о своём
19
аппаратном MAC-адресе, последний использовавшийся клиентом IP-адрес
(если таковой существует), а также уникальный идентификатор транзакции.
Рисунок 7 - Схема взаимодействия по протоколу DHCP
2) DHCP offer – Получив запрос от клиента сервер проверяет свою
конфигурацию и определяет будет ли он обслуживать данного клиента. Если
сервер не обслуживает клиента, то он может ответить отказом или
проигнорировать запрос в зависимости от своей конфигурации. Если же сервер
обслуживает клиента, то но ответит пакетом DHCPOFFER в кортом содержится
предлагаемый клиенту IP-адрес, а также другие параметры сети, которые
передаются в виде нумерованных опций (описываются стандартом RFC 2132).
3) DHCP request – Клиент, получивший одно или несколько предложений
от DHCP серверов, выбирает из них наиболее подходящее и отвечает на него
широковещательным запросом на закрепление за ним предложенного IP-
адреса.
4) DHCP acknowledgement – Когда DHCP-сервер получает от клиента
сообщение DHCPREQUEST, процесс настройки переходит на завершающую
фазу. Фаза подтверждения заключается в отправке DHCPACK-пакета клиенту.
Этот пакет включает продолжительность аренды и любую другую информацию
о конфигурации, которую клиент мог запросить. На этом этапе процесс
настройки IP считается завершенным.
20
Использование сервера DHCP в офисной сети существенно упрощает
конфигурирование клиентских рабочих станций, а также других сетевых
устройств, которые могут использовать протокол DHCPдля конфигурации
сетевых параметров (sip-телефоны, сетевые принтеры и сканнеры, тонкие
клиенты и т.д.). Также он играет важную роль в развертывании заранее
подготовленных образов операционных систем на клиентские компьютеры так
как может передавать параметры необходимые для загрузки по сети.
1.3.2 Служба DNS
Служба DNS реализует в сети использование системы доменных имен
(Domain Name System) — это иерархическая децентрализованная система
именования для компьютеров, служб или других ресурсов, подключенных к
интернету или частной сети. Она связывает различную информацию с именами
доменов, назначенными каждому из участвующих объектов. Наиболее важной
функцией DNS является то, что она переводит легко запоминаемые имена
доменов в числовые IP-адреса, необходимые установления соединения
компьютеров служб и устройств с узлами по базовым сетевым протоколам.
Предоставляя всемирную распределенную службу каталогов, система
доменных имен является важным компонентом функциональности в интернете,
которая используется с 1985 года.
Система доменных имен делегирует ответственность за назначение
доменных имен и сопоставление этих имен с интернет-ресурсами, назначая
авторитетные серверы имен для каждого домена. Сетевые администраторы
могут делегировать полномочия над субдоменами своего распределенного
пространства имен другим серверам имен. Этот механизм обеспечивает
распределенное и отказоустойчивое обслуживание и был разработан, чтобы
избежать одной большой центральной базы данных.
21
Система доменных имен также определяет техническую
функциональность службы базы данных, которая находится в ее основе. Она
определяет протокол DNS, подробную спецификацию структур данных и обмен
данными, используемых в DNS, как часть пакета Internet Protocol Suite.
Исторически, другие службы каталогов, предшествующие DNS, не были
масштабируемы для больших или глобальных каталогов, поскольку они были
первоначально основаны на текстовых файлах, например используемый и по
сей день файл hosts.
Интернет поддерживает два основных пространства имен: иерархию
доменных имен и адресные пространства интернет-протокола (IP). Система
доменных имен поддерживает иерархию имен доменов и предоставляет услуги
перевода между ними и адресными пространствами. DNS-сервер – это сервер,
который хранит записи DNS для домена, каждый DNS-сервер отвечает
ответами на запросы к своей базе данных.
Пространство имен доменов состоит из древовидной структуры данных.
Каждый узел в дереве имеет имя и ноль или более записей ресурсов (RR),
которые содержат информацию, связанную с именем домена. Само название
домена состоит из имени узла, а также может дополняться именами
родительских узлов, располагаемых с права от имени узла и разделяемых
точкой. Подробно синтаксис DNS регламентируется стандартами RFC
1035,1123 и 2181.
Процесс трансляции доменного имени в IP-адрес называется
разрешением доенного имени. DNS сервера определяют серверы доменных
имен, ответственных за указанное доменное имя, с помощью
последовательности запросов, начинающихся с метки домена верхнего уровня
(самой правой).
DNS сервер реализует итеративный подход, предусмотренный RFC 1034;
в этом случае он обращается к трем серверам имен для разрешения полного