第8章网络操作系统

1、第八章网络操作系统，8.1计算机网络概述8.2客户/服务器模式8.3网络操作系统的功能8.4网络操作系统提供的服务，8.1计算机网络概述，8.1.1计算机网络的拓扑，(1)星形网络拓扑。也就是说，每个中央节点通过点与多个远程节点连接，使网络的拓扑表示径向星形，所有单独的远程节点都没有连接，无法直接通信。星形网络拓扑的主要特征是处理和控制能力高度集中。也就是说，整个网络的信息处理能力和网络的控制能力集中在中央节点上。图8-1星形和树网络拓扑，(2)树网络拓扑。考虑到单级star网络不适合大规模网络部署的多种不利条件，创建多级star网络拓扑。以分层方式重新排列多级星，形成了改进star网络的树网

2、络。中间层每个节点上的处理器都具有控制和处理能力，从而为整个系统提供一定的分布控制和处理能力，即使中央处理器停机，其他节点处理器也可以保持网络的本地运行。(3)公共总线网络拓扑。这是通过一个连接器将多个节点连接到一条高速公共总线的网络拓扑。图8-2总线和环网络拓扑，(4)环网络拓扑。这是将所有转发者连接到一个环的点连接方式，可以使用每个转发者连接网络站，工作站上的信息通过转发者传递到环路，信息仅在环路中向单个方向流动。环形网络拓扑的最大特点是，多个节点仍然共享一个传输总线，因此网络的物理结构简单，信道利用率高，广播通信方式，但是基本环形网络可靠性低，如果环路中一个节点的传输器发生故障，整个网络

3、可能会停机。(5)网状网络拓扑，图8-3网状网络拓扑，8.1.2计算机广域网，1 .公共交换电话网络(1)引入交换方式，所谓“交换”是指在两个或多个节点之间建立临时通信线路(或链路)的操作。链路的设置由交换机中心完成。两个节点在通信之前必须建立链接，源节点通过该链接将信息发送到交换中心，然后将信息从交换中心传送到目标节点，通信结束后必须拆除链接。图8-4具有整个互连和交换中心的连接，(2)线路交换方式的线路交互广泛用于电话系统，通过直接连接或断开特定线路形成必要的连接，可以在用户之间直接通信。通信完成后，将删除连接，以便其他用户可以通信回路。线路交换主要适用于传输模拟信号。(3)线路交换网数字

4、设备连接到网络时，必须通过调制解调器。在源主机上，调制器将数字信号转换为模拟信号。在目标主机上，从模拟信号到数字信号进行反向转换。图8-5线路交换模式图，2 .分组交换网(1)消息交换方法消息交换方法是电报系统中用于数字交换的第一种方法。根据存储和转发的方式，进行消息交换。即，数字消息交换中心接收每个用户发送的电报，将其存储在消息缓冲区中，进行适当处理(例如确定目标地址、消息优先级等)，然后选择该消息的转发路径，将其放入该路径的输出队列，并依次从该队列转发消息。消息交换适用于数字信号传输，因此数字设备可以直接连接到网络。(2)包交换方式包交换是对消息交换方式的改进，根据“存储转发”方式发送信息

5、。为了提高传输效率，将未确定的长消息分解为固定长度(消息)分组(packet)，然后作为分组单元发送。这种方法的优点是，可以简化缓冲区管理，加快信息传输，减少传输错误率和重新传输信息的数量。3 .帧中继网络，(1)帧中继网络帧交换是基于传统分组交换方法的快速交换技术。帧交换方法中传输的基本单位是帧，长度是可变的。也就是说，每当帧交换机接收到新帧时，它使用“保存转发”方法将帧发送到帧缓冲区，并根据该帧的目标地址将该帧发送到路径中的下一帧交换机。这些帧中继的传输延迟比包交换网络低一个等级。(2)当单元交换帧中继网络使用此方法时，在网络中传输和交换的基本单元是固定长度的“单元”。源帧交换机接收从用户

6、设备发送的帧，然后将其拆分为多个固定实体，在整个帧中继网络中传输和交换时，使用单元基准单元重新装配到帧中，直到到达目标帧交换机。特性包括：单元交换降低了传输延迟和网络吞吐量。在细胞交换方式中，完全可以硬件方式进行细胞交换，从而大大加快了交换速度。因此，小区交换方式的帧中继可以具有更高的波特率。满足多种通信业务(包括语音和视频业务)的需要。8.1.3计算机LAN，(1)以太网(Ethernet)以太网是国内外应用最广泛的局域网之一，主要使用同轴电缆或双绞线的公共总线式网络拓扑。具有冲突检测的载波侦听多访问控制过程(CSMA/CD在以太网上被采用，以控制公共总线通道的使用)最重要的特征是简单。1

7、.基本局域网，(2)令牌环网。令牌环LAN也是当前更受欢迎的LAN。使用传输介质为屏蔽双绞线或非屏蔽双绞线的环形网络拓扑。网络的复盖范围大于以太网。还引入了优先传递重要信息和紧急信息的优先机制。2 .高速LAN，(1)FDDI光纤环路FDDI的传输速率为100Mb/s，光纤环路的最大距离为100km。FDDI使用两个光纤环来提高环形网络的可靠性。一个是主环，另一个是辅助环，一些重要的设备可以同时连接到两个环。FDDI传输速率高，主要用作互连LAN的主干。(2)快速以太网100BASE-T这是一个具有100Mb/s传输速率的LAN。这称为快速以太网，因为它采用与基本完全相同的介质访问控制过程。3

8、 .交换机LAN交换LAN的引入是通过减少每个LAN段的站点数量来增加站点的平均带宽。与部署快速LAN相比，部署交换机式LAN更方便、更经济。8.1.4开放系统互连参考模型，1 .网络体系结构的基本概念，1)一层计算机网络可以分为多个层。其中，第n层由n层子系统组成，该子系统分布在每个(n)子系统中具有(n)实体的不同系统中。在不同系统中，位于同一级别的实体称为对等实体(PeerEntity)，分布在(N)层次结构中的每个(N)实体为(N 1)实体提供(N)服务。图8-6网络层，2)网络协议必须有关于信息的传输顺序、信息格式和信息内容的一系列规则或规则，以便在计算机网络中的计算设备之间正确地传

9、递信息。人们把这种规定或规则称为网络协议。网络协议包含三个元素：(1)语义；(2)语法；(3)规则。3)网络体系结构计算机网络的层及其协议的集合，称为网络体系结构。具体来说，网络体系结构是对必须设置计算机网络的层以及每层必须提供的功能的准确定义。换句话说，网络体系结构只描述了计算机网络的结构，而不是由各层硬件和软件组成的。2 .OSI 7层模型、图8-7OSI 7层模型、1物理层：提供到通信流的物理链路并实现透明传输。2数据链路层：提供相邻节点之间透明、可靠的信息传输服务。3网络层：提供DCE和DCE之间的信息传输服务。4传输层：为不同系统内的会议对象建立端到端透明、可靠的数据传输。5个层次：

10、在不同系统中的应用进程之间建立会议连接。6表示层次：为应用进程提供信息显示方式，并提供不同方式之间的转换。7应用层：提供访问应用程序流程的OSI的方法。8.2客户/服务器模型，8.2.1客户/服务器模型的形成和优点，1 .客户/服务器模型的形成自70年代末微处理器问世以来，微处理器的性能不断提高，序数从8位增加到16位，80年代中期增加到32位。电脑的价格继续下降到与现有终端价格相近的水平。由于计算机已经具有一定的处理能力，逐渐取代了终端。利用计算机的处理能力可以直接处理多个基于终端的任务，从而主机从处理各种类型的基于终端的任务转变为以请求/响应方式为每台在线计算机提供更高水平的服务，形成了客

11、户/服务器模型。服务器是专门用于为客户提供各种服务的计算机系统，根据服务器提供的服务的性质，服务器可以分为多种类型。(1)文件/打印服务器。(2)数据库服务器。(3)通信服务器。2 .客户/服务器模型的好处，数据的分布式存储。(2)数据分配处理。(3)灵活性和可扩展性。(4)熟悉的用户界面。(5)易于适应应用程序。8.2.2两层客户/服务器模型，1 .客户/服务器模型的类型(1)基于文件服务器的客户/服务器模型的主要特征是客户端处理应用程序，而文件服务器仅向客户端提供文件服务、打印服务和电子邮件服务等服务。(2)基于应用程序服务器的客户/服务器模型。此模式的特点是客户机和服务器共同执行应用程序

12、和数据要求处理，通常在服务器上配置ORACLE、SYBASE等数据库系统。2 .由于客户/服务器之间的交互，工作站发送请求包。(2)服务器接收请求包。(3)服务器回显响应包。(4)客户端接收响应包。引入8.2.3三层客户/服务器模型，1。第二层C/S模式的局限性第二层C/S模式的主要问题是，它不能满足日益增长的应用程序的需要。服务器通常连接到许多客户端。在服务器上修改或升级软件可能需要重新装配或升级客户端系统上的软件。否则，您将无法获得服务器软件修改或升级的好处，而且有时还需要升级硬件。换句话说，采用第二层C/S模型时，要满足不断变化的应用程序和开发需求，需要付出很大的代价。因此，此C/S模式

13、通常仅适用于小型信息系统和网络。2.第二层C/S模式限制问题的解决方案形成了上述限制，因为客户端与服务器直接交互，服务器更改直接影响客户端。解决此问题的基本方法是使客户端与提供数据等服务的服务器无关。为此，请在客户端和服务器之间添加中间实体，以将客户端与服务器分开。通常，此中间实体称为应用程序服务器或中间件，提供数据服务的服务器称为数据服务器，从而形成三层C/S模式。图8-8 3层C/S模式、8.2.4 2层C/S与3层C/S模式的比较，以及3层C/S模式与2层C/S模式的比较具有以下优点：提高系统的灵活性和可扩展性。(2)简化客户端并降低整体系统成本。(3)使客户端的安装、配置和维护更加方便

14、。3层C/S模型的缺点：开发难度增加，开发周期增加。(2)访问效率低。8.3网络操作系统的功能、8.3.1数据通信功能、图8-9对等实体之间的信息流、将应用程序进程要通信的用户数据传输到顶层、在数据前添加控制信息以形成顶层数据单元，然后移动到较低层，等等，这些数据都是非顺序流的形式。当比特流数据通过传输介质到达目标系统时，它将从最低到最低依次传递，每个层执行实体的反向操作，例如删除控制信息，然后将数据传递到目标进程。2 .数据单元是在OSI中(N)层中对等实体之间传递的信息，称为(N)协议数据单元(N)-PDU，由两部分组成。(N)协议控制信息(N)-PCI。(2)用户数据。图8-9对等实体之

15、间的信息流，3。为了实现通信所需的功能，NOS必须具有一些基本功能，以便在不同计算机之间进行数据通信：(1)设置和删除连接。(2)控制数据传输。(3)检测错误。(4)流量控制。(5)选择路由。(6)多路复用。8.3.2资源共享功能，1 .数据迁移方法如果系统a上的用户要访问系统b上的数据，可以使用以下两种方法之一传输数据：第一种方法是将系统b中的指定文件发送到系统a。第二种方法是将文件中用户当前需要的部分从系统b传输到系统a。2 .ComputationMigration方法在要传输的数据量相当大的情况下，传输计算比传输数据更有效。计算迁移将远程命令单独发送到具有所需(大型)文件的每个系统，然

16、后从每个系统返回结果。此时，通过网络传输的数据量相当小。通常，如果传输数据所需的时间比远程命令的执行时间长，则计算迁移的方式更可取。相反，数据迁移方法效率更高。8.3.3网络管理功能，1 .网络管理的目标是提高网络的可用性。(2)提高网络运行质量。(3)提高网络的资源利用率。(4)确保网络数据的安全。(5)提高网络的社会经济效益。2 .网络管理的功能，(1)配置管理配置管理包括配置数据的定义、收集、监控和控制以及使用。配置数据包括广泛使用的网络中重要资源的静态和动态信息。配置管理监控网络的配置数据，确保网络管理员创建、查询和修改硬件和软件的操作参数和条件，以确保网络运行。(2)故障管理故障管理

17、设施，通常通过检测网络中发生的异常事件来查找故障，然后根据该现象采取相应的跟踪、诊断和测试措施。此外，请在日志中记录故障情况。(3)性能管理收集网络各个部分的使用情况统计信息，分析网络运行情况，如网络响应时间、网络吞吐量、网络阻塞情况和网络运行趋势，从而引导网络的整体和长期评估。性能管理还可以将网络性能控制在用户可接受的级别。(4)安全管理实现了基于安全策略对有限资源的访问。参与安全管理的技术和方法包括身份验证技术、访问控制技术、数据加密技术、密钥分配和管理、安全日志的维护和检查、审计和跟踪，以及病毒预防。(5)计费管理计费管理对用户使用网络资源的类型、数量和时间进行监控和记录，如有必要，还应调整用户使用网络资源的配额，对用户指定的资源使用情况进行计费。理赔管理中涉及的特定功能包括收集费用记录、计算用户帐单、计算网络经济预算、确认费用更改，以及分配网络运营费用。3 .网络管理模式在现代网络中通常采用管理员/代理模式。管理员是