第6章网络操作系统与网络结构

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▪ 网络操作系统的定义:“利用局域网低层所提供的 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
▪ 与硬件无关 ▪ 广域网连接 ▪ 支持多客户端和多用户 ▪ 网络管理 ▪ 系统容错 ▪ 安全性和存取控制
网络操作系统的服务功能
▪ 文件服务 ▪ 打印服务 ▪ 数据库服务 ▪ 通信服务
➢ 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;
➢ 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。
▪ 双机热备份
➢ 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 外的备用,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
➢ 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。
计算机B
计算机C
共享某个文件
共享整个硬盘
共享打印机
共享Modem
打印机 计算机D
计算机E 调制解调器
Internet
对等网络的优点
▪ 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。
➢ Ultra-SCSI
Ultra-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 的性能 再次提高。Ultra2-SCSI 系统使用16位的总线,速度可达到80Mbps。
➢ 多处理器技术的类型 非对称多处理器AMP; 对称多处理器SMP;
➢ 对多处理器的选择 根据使用的网络操作系统; 根据服务器所完成的功能;
➢ CPU的种类 Intel、AMD、Cyrix等
总线和内存
▪ 服务器需要内部的高速总线来完成各种任务。
➢ 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。
文件 1-A 1-B 1-C 1-D 2-A 2-B 2-C 2-D
1-A 2-A
硬盘1
1-B 2-B
硬盘2
1-C 2-C
硬盘3
1-D
ECC
硬盘4
ECC 2-D
硬盘5
服务器集群技术
▪ 服务器镜像技术
➢ 通过软件或磁盘镜像卡(RAID1卡)将两台服务器的硬 盘做镜像。其中,一台服务器被指定为主服务器,另一 台为从服务器。
1-A 1-B 1-C 1-D
文件
1-A 硬盘1
1-B 硬盘2
1-C 硬盘3
1-D 硬盘4
ECC 硬盘5
RAID技术
4. RAID 5 RAID 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。 RAID 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。 RAID5能够将三至三十二个硬盘组合到一个阵列中。
硬盘2
硬盘3
硬盘4
RAID技术
2. RAID 1 RAID 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。 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。 RAID 1的可靠性较高,但硬盘的使用效率较低。
文件
▪ 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
➢ 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。
对等网络的缺点
▪ 用户计算机的性能受影响 ▪ 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。
➢ 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
▪ 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、Байду номын сангаас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。
共享文件夹
计算机A
▪ 高可用集群技术
➢ 将网络中的两台或多台服务器通过集群技术连接起来, 集群节点中的每台服务器各自运行不同的应用,具有自 己的广播地址,不但为用户提供服务,而且还要监测其 他服务器的运行状态,并为指定服务器提供热备份作用。
▪ 容错集群技术
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。
➢ Ultra3-SCSI
Ultra3-SCSI使得Ultra2-SCSI 的性能再一次提高,达到了160Mbps的速度。
容错技术
▪ 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。
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
▪ 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
《计算机网络基础(第二版)》
第六章 网络操作系统与网络结构
操作系统概述
▪ 单机操作系统
➢ 作为计算机和用户之间的接口,为用户提供本机资源的 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;
▪ 应用服务器
➢ 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。
➢ 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/XP等。
▪ 内存分为三种
➢ 非奇偶校验RAM ➢ 奇偶校验RAM ➢ 带有错误检查和更正(ECC)的RAM
磁盘接口技术
▪ 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)。
计算机A
数据库服务器
计算机C
数据库资源
各种数据资源和应用 程序集中管理
打印机 文件服务器
计算机E
基于服务器网络的优点
▪ 易于实现资源的管理和备份 ▪ 具有良好的安全性 ▪ 具有较好的性能 ▪ 可靠性较高
网络服务器的种类
▪ 文件服务器
➢ 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。
➢ 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
▪ 网络操作系统
➢ 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;
硬盘1
硬盘2
RAID技术
3. RAID 3
RAID 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。
▪ 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。
RAID技术
1. RAID 0
RAID 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;
RAID 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。
RAID 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。
文件
硬盘1
➢ FAST-SCSI FAST-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
▪ SCSI系列标准
➢ WIDE-SCSI
WIDE-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。
▪ 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。
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。
▪ RAID(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。
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