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网络操作系统 第1讲网络操作系统基础 1 1网络操作系统的概念1 2网络系统管理1 3网络操作系统的基本功能1 4网络操作系统的特征1 5网络操作系统的工作模式1 6网络操作系统的体系结构1 7常用的网络操作系统及功能简介1 8网络服务 1 1网络操作系统的概念 操作系统的概念从资源管理的观点看 作业管理 进程管理 存储管理 文件管理和设备管理从用户角度看 为用户提供一个清晰 整洁 易于使用的友好界面普通用户 能够运行自己应用软件的平台软件开发人员 能够提供一系列的功能 接口等工具来编写和调试程序系统管理员 资源管理者 1 1网络操作系统的概念 网络操作系统 NOS 是网络的心脏和灵魂 是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统 它在计算机操作系统下工作 使计算机操作系统增加了网络操作所需要的能力 它是在网络环境下用户与网络资源之间的接口 用以实现对网络的管理与控制 向网络上的计算机和外部设备提供通过网络的服务请求的能力 以及向其他计算机提供正确使用服务的能力 实现用户之间的通信 网络操作系统运行在称为服务器的计算机上 并由联网的计算机用户共享 这类用户称为客户 网络操作系统运行于网络服务器上 在整个网络系统中占主导地位 指挥和监视整个网络的运转 网络操作系统一般定义为 网络操作系统是使网络上各计算机通过开放互连坏境 能方便地管理和有效地共享资源以及为网络用户提供所需的各种服务的软件以及完成网络通信的有关协议软件的集合 1 1网络操作系统的概念 1 网络系统管理的对象硬件元素 计算机设备物理介质和联网设备 以太网适配器 Hub FDDI ATM和帧中继等联网产品 协议适配器 集中器等通信设备网络互联设备 网桥 路由器 网关 多路复用器等软件元素 操作系统软件系统软件 数据库软件 文件服务器软件通信软件 FDDI ATM等协议软件 路由器 网桥等软件应用软件 1 2网络系统管理 2 网络系统管理的结构操作系统Windows Linux Unix或NetWare协议族支持网络系统管理如TCP IP体系结构的通信协议网络系统管理框架各种网络系统管理应用工作的基础结构 主要提供基本的管理操作和用户接口功能 为存储管理信息提供数据库支持等网络系统管理应用用户根据需求开发的软件 实现特定的系统管理目标 如业务管理 故障诊断 性能优化和安全控制等 1 2网络系统管理 3 网络系统管理的配置网络系统管理实体一组与网络系统管理有关的软件 收集 记录 存储 统计以及传送有关通信和网络系统活动方面的信息 并且响应网络控制中心的请求 根据网络控制中心的指令 设置或修改设备的有关参数 管理站如主机 路由器网络系统管理应用提供用户接口 根据用户的命令显示管理信息 通过网络向网络系统管理实体发出请求或指令 以便获得有关设备的管理信息 或改变设备配置等 代理模块网络中的其它结点在网络系统管理实体的控制下与管理站通信 交换管理信息 这些结点中的网络系统管理实体模块称为代理模块 所有代理在管理站监视和控制下协调工作 1 2网络系统管理 4 网络系统管理软件的配置在网络系统管理软件方面 用户通过网络系统管理接口与管理专用软件协调作用 监视和控制网络系统资源 接口软件可以对异构网络进行监控 也可以处理信息 管理专用软件包括管理信息库访问模块和协议栈 1 2网络系统管理 5 网络系统管理的任务和目标要确认网络系统环境中可以利用的各种资源 根据资源的情况制定划分资源的标准 以便确定资源的最优组合方式 同时还要以最有效的方式满足用户日益增长的应用需求要完成程序运行和数据处理的管理 能够在分布式环境中实现对程序和数据的安全保护 备份 恢复与更新 并在数据与程序一致的前提下尽可能高效率地使用资源 保证网络系统管理所提供的规划和管理任务能够安全 可靠地执行 基本目标 减少停机时间 加快响应速度消除网络系统瓶颈 优化网络系统结构降低运行维护费用 提高设备利用率加强网络系统的安全性和可靠性增强网络系统的实用性适应网络系统技术进步 1 2网络系统管理 1 3网络操作系统的基本功能 1 网络通信其任务是在源主机和目标主机之间 实现无差错的 透明的数据传输 建立和拆除通信链路 传输控制 差错控制2 资源管理采用有效地方法统一管理网络中的共享资源 协调各用户对共享资源的使用 保证数据的安全性和一致性 使用户在访问远程共享资源时能像访问本地资源一样方便 3 网络服务在前两个功能的基础上 向用户提供多种有效地网络服务 如电子邮件服务 远程访问服务 Web服务 FTP服务以及共享文件打印服务等 1 3网络操作系统的基本功能 4 网络管理其最主要的任务是安全管理 主要反映在通过 存取控制 来确保数据的安全性 通过 容错技术 来保证系统故障时数据的可靠性 此外 还包括对网络设备故障进行检测 对使用情况进行统计等 5 互操作把若干相同或不同的设备和网络互连 用户可以透明地访问各服务点 主机 以实现更大范围的用户通信和资源共享 提供网络接口向用户提供一组方便有效地 统一的 获取网络服务的口以改善用户界面 如命令接口 菜单 窗口等 总之 NOS要处理资源的最大共享及资源共享的受限性之间的矛盾 一方面NOS能够提供用户所需要的资源及其对资源的操作 使用 为用户提供一个透明的网络 另一方面NOS对网络资源要有一个完善的管理 对各个等级的用户授予不同的操作权限 保证在一个开放的 无序的网络里 数据能够有效 可靠 安全地被用户使用 1 4网络操作系统的特征 1 硬件独立性NOS应独立于具体的硬件平台 支持多平台 X86的Intel系统 基于RISC的系统 DECAlpha MIPSR4000 HAL2 网络特性能够连接不同的网络 提供必要的网络连接支持 能够支持各种的网络协议和网络服务 具有网络管理的工具软件 能搞方便地完成网络的管理 3 安全性能够进行系统安全性保护和各类用户的存取权限控制 能够对用户资源进行控制 提供用户对网络的访问方法 4 可移植性和可集成性5 多用户和多任务6 支持多种文件系统7 高可靠性8 容错性9 对资源的最优选择 1 4网络操作系统的特征 1 5网络操作系统的工作模式 1 对等式网络无专用服务器多为星型拓扑结构共享文件 打印机服务便宜提供较少的服务功能 难以确定文件的位置 使得整个网络难以管理 1 5网络操作系统的工作模式 2 文件服务器模式通过若干台工作站与一台或多台文件服务器通信线路连接起来 存取服务器文件 共享存储设备的工作模式 数据的共享大多是以文件形式通过对文件的加锁 解锁来实施控制的 各用户之间的文件共享只能依次进行 不能对相同的数据做同时更新 增加了网络流量 无法适应用户多 大型的应用系统 1 5网络操作系统的工作模式 3 客户机 服务器模式Server是提供服务的逻辑进程 一个或多个分布式进程组成 Client是向Server请求服务的进程 通常其中一台或几台较大的计算机集中进行共享数据库的管理和存取 而将其他的应用处理工作分散到网络中的其他微机上去做 构成分布式的处理系统 服务器控制管理数据的能力已由文件管理方式上升为数据库管理方式 注重于数据定义 存取安全备份及还原 并发控制及事务管理 执行诸于选择检索和索引排序等数据库管理功能 它有足够的能力做到把通过其处理后用户所需的那一部分数据而不是整个文件通过网络传送到客户机 从而减轻了网络的传输负荷 B S模式 通用性和易维护性 1 6网络操作系统的体系结构 内核和壳的概念 内核是操作系统的核心 负责管理系统的进程 内存 设备驱动程序 文件和网络系统 决定着系统的性能和稳定性 Windows kernel32 dllUnix或Linux kernel壳程序包裹了与硬件直接交流的内核 为用户提供使用操作系统的接口 内核 单内核 monolithickernel 微内核 microkernel 超微内核 nanokernel 外核 exokernel 1 6网络操作系统的体系结构 单内核结构在硬件之上定义了一个高阶的抽象界面 应用一组原语来实现操作系统的功能 如进程管理 文件系统和存储管理等 这些功能由多个运行在核心态的模块来完成 尽管每一个模块都是单独地服务这些操作 但内核代码是高度集成的 而且难以编写正确 由于所有的模块都在同一个内核空间上运行 一个很小的bug就会使整个系统崩溃 单内核的优点是运行效率高 内核的核心部分简洁 Linux和FreeBSD为单内核结构 微内核结构 20世纪80年代 强调结构性部件与功能性部件的分离 它由一个非常简单的硬件抽象层和一组比较关键的原语或系统调用 线程管理 地址空间和进程间通信等 组成 其目标是将系统服务的实现和系统的基本操作规则分离开来 从而使得内核中最核心的部分的设计更简单 一个服务组件的实效并不会导致整个系统的崩溃 内核需要做的仅仅是重新启动这个组件 而不影响其他的部分 微内核结构的例子有 AIX Minix MorphOS QNX VSTa 超微内核 外核 20世纪末 理论界80年代起 大部分理论研究都集中在以微内核为首的新兴结构之上 然而 在应用领域中 以单内核结构为基础的操作系统一直占据着主导地位 微内核和超微内核结构主要用于研究性操作系统 还有一些嵌入式系统使用外核 1 6网络操作系统的体系结构 1 Windows2000的体系结构模块化操作系统 由小型的 独立的软件组件组成一组对象 用户模式层和内核模式层用户模式层由一组组件 子系统 构成 子系统 环境子系统和整体子系统 通过I O系统服务 子系统将I O请求传送到适当的内核模式驱动程序 该子系统将与内核模式组件有关的必要信息与其最终用户和应用程序隔离开来 内核模式层有权访问系统数据和硬件 能直接访问内存 并在被保护的内存区域中执行 内核模式层的主要组件是执行体Executive HAL和内核模式驱动程序 1 6网络操作系统的体系结构 2 UNIX系统结构 1 6网络操作系统的体系结构 3 Linux系统结构 目前并非单一的网络操作系统一统天下 而是存在着多种网络操作系统并存的情况 这种情况是由以下两方面的原因造成的 1 以目前常用的NOS来说 主要有UNIX Netware和WindowsNT Windows2000 以推出的时间来说 UNIX为最早 Netware为第二 WindowsNT Windows2000最晚 1 7常用的网络操作系统及功能简介 除去技术上的原因 依靠推出时间早的优势 UNIX几乎独霸了最早具有连网需求的邮电 银行 铁路 军事等领域 而随着网络技术的发展 虽然出现了像WindowsNT这样界面更友好的操作系统 但用户出于保护投资及使用习惯上的原因不情愿完全抛弃一种操作系统 从而导致了操作系统的共存与混用 1 7常用的网络操作系统及功能简介 2 各种操作系统在网络应用方面都有各自的优势 而实际应用却千差万别 这种局面促使各种操作系统都极力提供跨平台的应用支持 由于Internet以TCP IP为基础 而TCP IP正是UNIX的标准协议 Internet的高速发展自然就为UNIX提供了极大的机遇 1 7常用的网络操作系统及功能简介 微软早在Windows95里就提供了内嵌的TCP IP协议 其WindowsNT操作系统当然更是把对TCP IP的支持作为其重要的开发策略 而随着Windows客户的日益增多 使得UNIX Netware均提供对Windows的支持 1 7常用的网络操作系统及功能简介 一 Windows操作系统对于这类操作系统相信用过电脑的人都不会陌生 这是全球最大的软件开发商 Microsoft 微软 公司开发的 微软公司的Windows系统不仅在个人操作系统中占有绝对优势 它在网络操作系统中也是具有非常强劲的力量 这类操作系统配置在整个局域网配置中是最常见的 但由于它对服务器的硬件要求较高 且稳定性能不是很高 所以微软的网络操作系统一般只是用在中低档服务器中 高端服务器通常采用UNIX LINUX或Solairs等非Windows操作系统 在局域网中 微软的网络操作系统主要有 WindowsNT4 0Serve Windows2000Server AdvanceServer 以及最新的Windows2003Server AdvanceServer等 工作站系统可以采用任一Windows或非Windows操作系统 包括个人操作系统 如Windows9x ME XP等 1 7常用的网络操作系统及功能简介 一 Windows操作系统在整个Windows网络操作系统中最为成功的还是要算WindowsNT4 0这一套系统 它几乎成为中 小型企业局域网的标准操作系统 一则是它继承了Windows家族统一的界面 使用户学习 使用起来更加容易 再则它的功能也的确比较强大 基本上能满足所有中 小型企业的各项网络求 虽然相比Windows2000 2003Server系统来说在功能上要逊色许多 但它对服务器的硬件配置要求要低许多 可以更大程度上满足许多中 小企业的PC服务器配置需求 1 7常用的网络操作系统及功能简介 1 Windows2000Server操作系统新增的功能 1 可扩展性 2 可靠性 3 安全性 4 可操作性 5 Web特性 6 可管理性 1 7常用的网络操作系统及功能简介 2 WindowsServer2003操作系统WindowsServer2003家族包括 WindowsServer2003标准版 WindowsServer2003企业版 WindowsServer2003数据中心版 WindowsServer2003Web版 用户可以根据自己企业的应用选择其中的一种版本 WindowsServer2003新增的主要功能简单介绍如下 1 管理与安全功能 2 文件 打印与协作功能 3 Internet 应用程序和网络服务 二 Netware操作系统NetWare操作系统虽然远不如早几年那么风光 在局域网中早已失去了当年雄霸一方的气势 但是NetWare操作系统仍以对网络硬件的要求较低 工作站只要是286机就可以了 而受到一些设备比较落后的中 小型企业 特别是学校的青睐 人们一时还忘不了它在无盘工作站组建方面的优势 还忘不了它那毫无过分需求的大度 且因为它兼容DOS命令 其应用环境与DOS相似 经过长时间的发展 具有相当丰富的应用软件支持 技术完善 可靠 目前常用的版本有3 11 3 12和4 10 V4 11 V5 0等中英文版本 NetWare服务器对无盘站和游戏的支持较好 常用于教学网和游戏厅 目前这种操作系统有市场占有率呈下降趋势 这部分的市场主要被WindowsNT 2000和Linux系统瓜分了 三 UNIX操作系统目前常用的UNIX系统版本主要有 UnixSUR4 0 HP UX11 0 SUN的Solaris8 0等 支持网络文件系统服务 提供数据等应用 功能强大 由AT T和SCO公司推出 这种网络操作系统稳定和安全性能非常好 但由于它多数是以命令方式来进行操作的 不容易掌握 特别是初级用户 正因如此 小型局域网基本不使用Unix作为网络操作系统 UNIX一般用于大型的网站或大型的企 事业局域网中 UNIX网络操作系统历史悠久 其良好的网络管理功能已为广大网络用户所接受 拥有丰富的应用软件的支持 目前UNIX网络操作系统的版本有 AT T和SCO的UNIXSVR3 2 SVR4 0和SVR4 2等 UNIX本是针对小型机主机环境开发的操作系统 是一种集中式分时多用户体系结构 因其体系结构不够合理 UNIX的市场占有率呈下降趋势 三 UNIX操作系统其主要特点如下所述 1 可移植性好2 树型非结构文件系统3 字符流式文件4 良好的用户界面5 丰富的核外系统程序6 管道文件连通7 提供电子邮件和对网络通信的有力支持8 系统安全 四 Linux操作系统这是一种新型的网络操作系统 它的最大的特点就是源代码开放 可以免费得到许多应用程序 目前也有中文版本的Linux 如REDHAT 红帽子 红旗Linux等 在国内得到了用户充分的肯定 主要体现在它的安全性和稳定性方面 它与Unix有许多类似之处 但目前这类操作系统目前使仍主要应用于中 高档服务器中 其主要特点如下所述 1 与UNIX兼容2 自由软件 源码公开3 便于定制和再开发 五 几种操作系统的比较1 Linux与UNIX的比较相同的是Linux和Unix的用途在大多数情况下都相似 人们一般都用它来做一些需要稳定的后台服务 而且 它们之间的命令有很大部分是相同的 它们的设计思路基本相同 在上面应用的软件兼容性很很好 不同的是Linux都是开发源代码的 遵循GPL协议 而有很多Unix是某一厂商支持的 如 solaris是SUN公司支持的 不公开源代码 但是有一些如FreeBSD 虽然不遵循GPL 但是它也公开源代码 在操作系统的性能上面来说 他们比较难分优劣 可能用途不同选择操作系统的也会不同 至于怎么选择 可以综合考虑几个问题 如 资金 用途 习惯等等 五 几种操作系统的比较2 Linux与Windows的比较 1 费用 Linux免费 Windows价格昂贵 2 服务器类 Linux稳定性比Windows好 3 桌面系统和多媒体 Windows优于Linux 4 应用软件 Linux比Windows多 5 用户可以对Linux按照自己的需要更改 而Windows不行 1 8网络服务 1 文件服务和打印服务数据库服务分布式服务将分布在不同地理位置的互联局域网中的资源组织到一个全局性 可复制的分布数据库中 网络中的多个服务器都有该数据库的副本 用户在一个工作站上注册 便可与多个服务器连接 实现用户透明地访问一个大型互联局域网系统 ActiveDirectory与域控制器Windows2000Server中使用的目录服务 采用可扩展的对象存储模式 存储了网络所有对象的信息并使得这些信息更容易被网络管理员和用户查找及使用 安装了ActiveDirectory的Windows2000Server称为域控制器 网络中无论有多少个服务器 只需要在域控制器上登录一次 网络管理员就可管理整个网络中的目录数据和单位 而获得授权的网络用户就可访问网络上任何地方的资源 从而简化网络管理的复杂性 1 8网络服务 邮件服务6 DHCP DynimicHostConfigurationProtocol 服务用于向网络中的计算机分配IP地址及一些TCP IP配置信息 目的是减轻TCP IP网络的规