网络操作系统.doc

第6章 网络操作系统6.1 什么是网络操作系统（NOS）？NOS的主要功能有哪些？答：网络操作系统NOS（Network Operating System）就是利用局域网底层提供的数据传输功能，为高层网络用户提供资源共享等网络服务的系统软件。换句话说，网络操作系统就是管理网络资源，为网络用户提供服务的操作系统。NOS是网络用户与计算机网络之间的接口。它既具有单机操作系统的功能，也具有对整个网络资源进行协调管理，实现计算机之间高效可靠通信，提供各种网络服务和为网络上用户提供便利的操作与管理平台等功能。另外网络操作系统还必须兼顾网络协议，为协议的实现创造条件和提供支持，是网络各层协议得以实现的“宿主”。它还着重优化与网络有关的特性，比如数据共享、打印机共享等。当然有关网络的安全保密和容错能力也是网络操作系统需要考虑的。所以NOS在计算机网络系统中占有极其重要的地位，它使计算机变成了一个控制中心，管理客户端计算机在使用网络资源时发出的请求。6.2 列举几种常用的网络拓扑结构，并简要说明它们各自的特点。答：总线型拓扑结构（bus topology）是用一条高速公用主干电缆（即总线，bus）作为公共传输通道连接若干结点所形成的网络结构。总线型拓扑结构具有以下特点： 总线型结构没有关键结点，单一的工作站故障并不影响网络上其它工作站的正常工作，可靠性较高。但是一旦总线出现故障将会造成整个网络的瘫痪。 总线作为公共传输介质被各个结点共享，就有可能出现同一时刻有两个或两个以上结点同时通过总线发送数据的情况，因此会出现“冲突”（collision），造成传输失败。因此在“共享”方式的总线型网络拓扑结构中，必须解决各个结点访问总线的介质访问控制（MAC， Medium Access Control）问题。 各工作站平等，都有权占用总线，不受某个站点的仲裁。 所有结点都通过网卡直接连接到公共总线上。连接简单，易于安装，增加撤销网络设备灵活方便，但网络效率与带宽利用率低。星型拓扑结构（star topology）的每一个结点都有一条点到点链路与中心结点（中心交换设备即集线器）相连，信息的传输是通过中心结点的存储转发技术实现的。星型拓扑结构具有以下特点： 结构简单，便于管理和维护，易于扩展。星型拓扑与网络上的每台计算机使用一个单独的电缆连接，因此很容易在网络中添加新机器（在这台计算机与集线器之间增加一根线即可），而不会影响对网络中的其它计算机所提供的服务。 访问控制和诊断方便。由于每个工作站都与中心结点是点对点连接，故访问控制简单，网络出现故障时也很容易检测和隔离故障站点。 过分依赖中心结点。中心结点是关键性结点设备，若它发生故障，将导致整个网络的瘫痪。过分依赖中心结点，易成为信息传输的瓶颈。 费用较大。每个站点与中心结点都有一条连线，费用较高。另外，创建一个基于星型拓扑的网络需要购买一个或多个集线器，这也增加了额外的费用。环型拓扑（ringtopology）指各个网络结点通过环接口连在一条首尾相连接的闭合环形通信线路中。环型结构具有以下特点： 各工作站间无主从关系，结构简单。 传输速率高，距离远，传输信息长度不受限制，适合传输数据量大的场合。 中继器的增加使得费用加大，增加或去除计算机将打断网络的运行，即必须先断开原有环路。 中间若有工作站失效，则会影响到整个系统，可靠性较差。网状拓扑结构中网络结点与通信线路的互联呈不规则形状，每个结点至少与其它两个结点相连。网状型拓扑结构具有以下特点： 系统的可靠性高。任意两个结点之间都存在两条或两条以上的通信线路，因而当某一路径出现故障时，可选择另一条线路传输信息。 可扩充性和灵活性好。这种网络可方便地增加新功能或增加新的连网计算机，扩充为更新或更大的网络。另外，这种网络可组建成各种形状，采用多种通信方式，很灵活。 结构复杂，成本高。必须采用路由选择算法和质量控制方法，不易管理和维护，线路成本高。6.3 简述通信过程。答：通信过程通常分为以下五个阶段： 建立链路当源结点得到要传送的数据后要向目的结点发出通信请求，即通过呼叫（如拨号），由各点（如电话交换机）在源结点和目的结点之间建立一条通信链路。 开始传送当确定目的结点已经连网，做好了通信准备，愿意和源结点通信，并且所有条件得到满足时，源结点就收到目的结点发来的肯定应答，传送就开始。 交换数据从数据开始交换到交换结束的过程，称为数据交换阶段。按照信息在线路上不同的传送方向可分成多个子阶段。目的结点每收到一个数据信息后都要给源结点一个应答，告诉源结点数据是否已正确接收。一旦出现传送差错后，还要进入差错恢复子阶段等。 结束传送当源结点数据传送完毕，或源结点及目的结点中某一站请求中止传送时，就结束数据交换。 断开链路最后，源结点或目的结点通过适当的请求中止通信操作，链路就断开。6.4 什么是协议？协议由哪几部分组成？简述协议的功能和特点。答：为了使网络中不同结点之间同层的对等实体能正常进行通信，通信双方就必须有一套彼此能够相互了解和共同遵守的规则和约定，即一套关于信息传输的顺序、信息格式和信息内容等的规则或约定，用以规定有关部件通信过程中的操作，同时为各个软件开发者提供统一的标准，这就构成了网络协议。网络协议由以下三个要素组成： 语义。即规定通信双方“讲什么”，如需要发出何种控制信息，以及完成的动作与做出的响应。它说明字或报文的每一部分的含义，如报文的一部分可能是控制数据，而另一部分是通信信息等。语义用来解决什么是通信的问题。 语法。即规定通信双方彼此“如何讲”，用于决定用户数据与控制信息的结构与格式，关系到字的排列，并与报文的形式有关，例如ASCII或EBCDIC字符编码等。语法解决如何进行通信的问题。 时序。即对事件实现顺序的详细说明，例如，同步还是异步传输。时序解决何时进行通信的问题。协议的功能： 分割和重组错误控制对较小的数据块是比较有效的，而且通信网络通常只接受到一定大小的数据块，由于这些原因，常将较大的数据块划分成较小的数据块，在接收端接收时再重新组合成发送的数据报文。 传输服务一个协议通常将定义一个特定系统的几项传输服务。这些服务可以包括优先权（控制数据将优先于信息数据）以及安全性（对系统及其用户有所限制）。由于不同的系统具有不同的要求，给定环境中使用的传输服务应与系统的需要相符合。 寻址对于两个相互进行通信的设备来说，它们双方必须能互相识别。例如，在一个交换网络中，网络必须了解目的站的身份，以便适当地选定数据路由或建立联系。在这种情况下，每当要建立连接时，协议就确定一个通信设备的名字和地址。 信息流控制信息流控制是一种通常由接收设备执行的功能，以限制由发信机发送的数据的数量或速率。这一功能，在以较高数据速率发送数据时，是最需要的。发送的数据通常存储在缓冲存储器中。当收信机跟不上发信机的发送速率时，收信机将向发信机发送信号要它停止发送，直到收信机能跟上发送速率为止。协议将规定在给定环境中采用的信息流控制的方法。 多路传输多路传输是在条传输线路上传输许多信号的过程。协议将确定在某一给定环境下要采用哪一种类型的多路传输，以便确保多路传输信息包的合适译码和接收。 排序与同步排序是按照适当的顺序来发送和接收报文的方法。同步是使两台设备对各种数据传输单元保持一致的种方法。 错误控制与连接控制错误控制是用来检测或纠正传输错误的过程。连接控制是指在通信实体之间建立和终止链路的过程。 封装（Encapsulation）封装是在数据包始端或末端加上控制信息。协议的基本特点： 层次性因为网络结构是层次的，所以协议也是层次的。在网络的数据通信中，协议用于对数据链、线路、会话及数据输出控制进行管理。另外，报文或数据的存取以及存储空间的安排，也要通过协议来实现。协议可以分为高低层次，低层次可能是透明的，或者是实在的。一个所谓透明的协议不需要低层描述的特殊限制，就可以通过网络发送数据。对此，用户并不感觉到有协议的存在，也不必对协议有所了解。一个实在的协议将执行指令的序列和其它一些强制性命令。 可靠性如果协议要承担诸如连接、流量控制及信息的传送这样一些任务的话，那么它必须是可靠的。 有效性协议的选择是否有效，主要是以它的可靠性和所花的代价为标志的。代价是与用户要求直接相关的。6.5 什么是原语通信？服务原语一般由哪几种类型？答：当某一层实体请求服务时，服务用户和服务提供者之间要进行一些交互。在进行交互时所要交换的一些必要信息就称为服务原语，以表明需要本地的或远端的对等实体做哪些事情。OSI规定了每一层均可以使用的四种服务原语类型： 请求（Reqest）。它要求服务提供者提供某些服务，如建立连接或发送数据等。 指示（Indication）。服务提供者执行一个请求以后，用指示原语通知接收方实体，告知有人想要与之建立连接或发送数据等。 响应（Response）。收到指示原语后，利用响应原语向对方作出反应，例如同意或不同意建立连接等。 确认（Confirm）。请求方可以通过接收确认原语来获悉对方是否同意接收请求。6.6 什么是远程过程调用？网络中是如何进行远程过程调用的？答：所谓远程过程调用（Remote Procedure Calls，RPC）即将单机环境下的过程调用延伸到网络环境中。在进行远程过程调用时，虽然调用过程和被调用过程分别处于不同的机器上，但调用过程可以采用与调用本地过程一样的方式来调用远程过程。远程过程调用模型主要来自于传统编程语言中的过程调用机制。这种机制提供了一个强有力的抽象，它允许程序员将一个程序划分为一些小的、可管理的、易于更换的片段。它可以给出程序执行的概念性模型的简单明了的实现。远程过程调用通常的步骤如下： 客户端送出信息，请求服务。调用客户端句柄，执行传送参数。 调用本地系统内核发送网络消息。客户端句柄把客户端送出的参数转换成XDR标准数据格式并用系统调用把信息送到网络上。 信息经过网络传送到远程主机。 远程主机将接受到的信息传给服务器句柄，服务器句柄得到消息并取得参数。 执行远程过程，把XDR形式的数据，转换成符合主机端的格式，取出客户端发出的服务请求参数，送给服务器。 执行的过程将结果返回服务器句柄。 服务器句柄返回结果，调用远程系统内核。 消息传回本地主机。 客户端句柄由内核接收消息。 客户端接收句柄返回的数据。6.7 什么是网络资源共享？并说明共享打印机的原理。答：网络资源共享是指服务器上的驱动器、文件、数据资源等能够被网络上的用户访问，使计算机网络中的资源互通有无，分工协作，从而大大提高硬件和数据的利用率。它由管理员或其他拥有（创建共享的）管理员权限的用户来创建。网络上共享打印机（shared printer）是指接受并处理来自一个以上计算机的打印任务的打印机。当将打印机连接到网络中的某台服务器上，并将它配置成能够让网络上的用户共享打印资源时，它就称为打印服务器（print server）。当网络客户机上的用户利用应用软件在某台网络打印机上打印文档时，客户机上的重定向器就往网络上发送数据，并送到控制该网络打印机的打印服务器上。这里的重定向器（redirector）是一种安装在客户端计算机上的网络客户端软件，它能截获计算机产生的任何请求，比如打开一个特定文件夹的请求，或是到某个打印机上进行打印的请求。也就是说它决定了服务请求的去向。打印服务器利用称为打印缓冲池的软件接受该打印服务，并将其放到自己的打印队列（print queue）中。打印队列其实就是该打印机服务器的一部分内存，用来容纳打印任务直到它们能够被发送到打印机为止。当打印机空闲并接受这个打印任务时，该打印任务就从队列中删除。若干台打印机可以配置为打印池（print pool）的成员，打印池基本上就是一组打印机（使用相同驱动软件的完全相同的打印机），它们被网络看作是一台打印机。因为多台打印机组成一个打印资源，所以当处理来自网络用户的大量打印任务时，就有了更强的处理能力。当这些打印机可用时，各个打印任务将被分发到打印池中的打印机上。6.8 为实现数据和文件资源的共享，常用的有哪两种方式？答：可采用两种方式来实现文件和数据的共享：数据迁移方式和计算迁移方式。6.9 什么是网络文件系统（NFS）？它有哪些优点？答：网络文件系统（Network Fi1e System，简称NFS）是一个允许用户通过TCP/IP网络从其它计算机安装文件系统的系统。NFS有如下优点： 被所有用户访问的数据可以存放在一台中央主机上，由客户在引导启动时加载这个目录。例如，可以将所有用户的账户存放在一台主机上，让网络上的所有用户从这台主机上加载/home目录。如果也安装了NFS的话，用户就可以登录进任何系统上，而始终在一组文件上工作。 需要耗费大量磁盘空间的数据可以被保存在一台主机上，在一个地方保存和维护。 管理用的数据可以存放在单个主机上。不再需要使用远程复制命令rcp将相同的文件安装到多个不同的机器上。6.10 简述Linux网络文件系统的体系结构。答：在许多UNIX实现中，NFS的客户/服务器功能是作为内核层的后台程序实现的，是在系统引导时从用户空间启动的。NFS后台程序nfsd在服务器主机上，Block I/O后台程序biod在客户端主机上。为了提高吞吐率，biod程序使用预读（read ahead）和后写（write behind）来执行同步I/O。同样，几个nf