第八章 网络操作系统

计算机操作系统第八章网络操作系统8.1计算机网络概述8.2网络体系结构8.3Internet与Intranet8.4客户/服务器模式8.5网络操作系统的功能8.6网络操作系统提供的服务8.1.1计算机网络的拓扑结构1．星形和树形网络拓扑结构1)星形网络拓扑结构这是指每一个中心结点通过点—点方式与若干个远程结点相连，使网络的拓扑结构呈现放射状的星形，所有各个远程结点之间因无连接而不能直接通信。8.1计算机网络概述星形和树形网络拓扑结构中心结点………………………(a)星形网络(b)树形网络终端多路器部门计算机中央计算机远程结点8.1.1计算机网络的拓扑结构2)树形网络拓扑结构鉴于单级星形网络的诸多不利条件，使之不适用于构建大型网络，于是产生了多级星形网络拓扑结构。如果将多级星形重新按层次方式排列，则形成了树形网络。树形网络(拓扑结构)是对星形网络的一种改进。由于在中间层各结点上的处理机都具有控制和处理能力，因而使整个系统具有一定的分布控制和处理能力，即使中央处理机瘫痪，其它结点处理机仍可维持网络的局部运行。8.1.1计算机网络的拓扑结构2、公用总线形和环形网络拓扑结构1)公用总线形网络拓扑结构这是将若干个网络工作站(结点)分别通过一个连接器，连接到一条高速公用总线上所形成的网络拓扑结构。通常在总线形网络上都连接有几个至几十个网络结点和一两个用于提供服务的网络服务器。总线形网络拓扑结构的最大特点，是由多个结点共享一条传输总线，使网络的物理结构简单、信道利用率高，而且是广播通信方式，由总线上任一结点所发出的信息，能被总线上的所有其它结点接收。但由于公用总线的长度受到一定限制，因而使总线网的地理覆盖范围一般局限于某个单位或部门。8.1.1计算机网络的拓扑结构总线形和环形网络拓扑结构网络工作站公用总线网络服务(a)总线形网络网络工作站转发器环形线(b)环形网络8.1.1计算机网络的拓扑结构2)环形网络拓扑结构这是通过点—点的连接方式，将所有的转发器连接成一个环形，其中的每个转发器可用于连接一个网络工作站，站上的信息通过转发器传送到环路上，信息在环路上只作单方向流动。环形网络拓扑结构的最大特点，仍然是由多个结点共享一条传输总线，使网络的物理结构简单，信道利用率高，而且是广播通信方式。但基本的环形网络的可靠性差，当环上任一转发器发生故障时，都会导致整个网络瘫痪。公用总线形网络拓扑结构和环形网络拓扑结构主要用于局域网络。8.1.1计算机网络的拓扑结构3．网状形网络拓扑结构在广域网中最广泛采用的是网状形网络拓扑结构。它是通过点—点的连接方式，将分布在不同地点的、用于实现数据通信的分组交换设备PSE(PacketSwitchEquipment)连接在一起，形成一个不规则的网状形网络。该网络专门用于实现数据通信，因而称为通信子网。8.1.1计算机网络的拓扑结构网状形网络拓扑结构PSEPSEPSEPSEPSEPSEPSEPSEHOSTHOSTHOSTHOSTHOSTHOST资源子网计算机通信子网8.1.1计算机网络的拓扑结构1、公用交换电话网1)交换方式的引入在点—点式的网络中，如果一个结点要与另一个结点进行通信，则必须在该两结点之间建立一条通信线路。随着结点数目的增多，其互连线的数目将呈平方关系增多。显然，这种互连方法是不实际的。为了解决在众多结点之间的通信问题而引入了“交换技术”。所谓“交换”(Switching)，是指在两个或多个结点之间建立暂时通信线路(或链路)的操作。建立链路的操作是由交换中心完成的。两个结点在通信之前，须先建立链接，然后源结点把信息通过该链路发送给交换中心，再由交换中心把信息转发到目标结点，通信结束后便拆除该链接。8.1.2计算机广域网络全互连和具有交换中心的连接………b1b2b3bna1a2a3anc1c2c3cn(a)全互连连接(b)具有交换中心的连接8.1.2计算机广域网络2)线路交换方式线路交互方式广泛用于电话系统中，它通过直接接通或断开某些线路来形成所要求的连接，使用户之间能直接通信；通信完后便拆除该连接，以便将线路让给其他用户对进行通信。线路交换方式主要适用于传输模拟信号。8.1.2计算机广域网络线路交换方式示意图8.1.2计算机广域网络3)线路交换网若将数字设备连接到网上时，必须通过调制解调器。在源主机处，由调制器将数字信号转换成模拟信号；而在目标主机处，则由解调器完成模拟信号到数字信号的反变换。利用电话网来传输数据的传输速率较低，一般为2400b/s~64kb/s。8.1.2计算机广域网络2、分组交换网1)报文交换方式报文交换方式是最早用于电报系统中的数字式交换方式。它是基于“存储—转发”方式进行报文交换的，即数字式报文交换中心先将各用户发来的电报接收下来，存储在报文缓冲区中，经过适当的处理(如判别目标地址、报文优先级等)后，为该报文选择一条转发路由，并将它送至该路由的输出队列中排队，再依次将该队列中各报文转发出去。报文交换方式适用于传输数字信号，相应地，数字设备可直接入网。8.1.2计算机广域网络2)分组交换方式分组交换方式是对报文交换方式的一种改进，它同样是基于“存储—转发”方式来传输信息的。为了提高传输效率而将不定长的报文分解成定长的(报文)分组(packet)，然后以分组为单位进行传输。这种方式的好处是：简化了对缓冲区的管理，加速了对信息的传输，减少了传输出错率以及重发信息量。8.1.2计算机广域网络3)分组交换网分组交换网是以分组作为传输的基本单位。一个分组由分组头和正文两部分组成。正文是用户要传送的信息，而分组头则是用于控制该分组在网络中传输所必需的(控制)信息。当源主机要发送一份报文时，须首先将报文分解成若干个定长的信息正文段，并为每个正文段配上分组头，形成若干个分组，然后再逐个地发送分组。网络中的中继结点即分组交换设备PSE先将各分组接收下来，存储在定长的多个分组缓冲区中，再对所接收的信息进行差错检测，若无错，再为每个分组选择一条适当的传输路由，并将分组转发出去。应当指出，分组的格式及分组在网络中的传输都应遵循X.25协议，因而也常把分组交换网称为X.25网。8.1.2计算机广域网络3、帧中继网长期以来，人们一直认为分组交换是实现数据通信的最好方式。但到20世纪80年代中、后期，一方面由于网上信息流量急剧增加，使分组交换网64kb/s的传输速率已远远不能满足需求；另一方面，由于在WAN中已可利用光缆作为传输信道，大大降低了信息传输的误码率，因而可采用较简单的差错检测机制来提高信息的传输速率，于是，在1992年帧中继网便应运而生。目前已形成了几种帧中继网。最常用的是帧交换方式和信元交换方式两种。8.1.2计算机广域网络4、异步传输模式(ATM)1989年，CCITT在研究和综合了多种快速交换机的基础上，提出了一种新的传输模式，即异步传输模式ATM(AsynchronousTransferMode)，并为ATM规定了三方面的目标：①建造高速广域数字网络，所传输的可以是任何形式的数字信号；②不仅在广域网中采用ATM，还可在LAN和企业网中使用ATM，这样便可实现WAN和LAN之间的无缝连接；③ATM网必须能提供各种业务服务，并能满足用户对服务的合理要求。8.1.2计算机广域网络1、基本型局域网(1)以太网(Ethernet)。以太网一直是国内外最流行的一种局域网，它采用的是公用总线型网络拓扑结构，传输速率为10Mb/s。其所用的传输介质，在早期主要是同轴电缆，网络的最大覆盖范围为2.5km，到20世纪90年代则主要是使用双绞线。这种以太网也称为10BASE-T。为了控制公用总线信道的使用，在以太网中采用了带有冲突检测的载波侦听多重访问控制规程，亦即CSMA/CD规程，其最主要的特点是简单。8.1.3计算机局域网络(2)令牌环(Token-Ring)网。令牌环局域网也是当前较流行的一种局域网。它采用的是环形网络拓扑结构，传输速率为16Mb/s。其传输介质可以是屏蔽双绞线，也可以是非屏蔽双绞线。网络的覆盖范围比以太网大。此外，还引入了优先机制来保证重要和紧急信息的优先传送。8.1.3计算机局域网络2、快速局域网无论是以太网还是令牌环网，都是网上所有的站点共享一条公用信道，因而每个站点的平均带宽(平均传输速率)为网络传输速率/网络上的站点数。随着网上站点数目的增加，其平均带宽将随之下降。可通过两种途径来扩展LAN站点的平均带宽。其一是提高LAN的传输速率；另一途径是减少每个网段上的站点数目。快速LAN便是试图通过提高LAN的传输速率来增加每个站点的带宽的。于20世纪80年代后期，首先推出了FDDI光纤网；到20世纪90年代中期，研制出了快速以太网。8.1.3计算机局域网络3、交换式LAN交换局域网的引入，则是通过减少每个局域网段上的站点数目的方法，来增加站点的平均带宽。构建交换式局域网要比构建快速局域网更方便、经济。当我们将一个具有N个站点的以太网络划分为M个网段，再利用交换器将各网段互连起来后，便形成了一个交换式局域网，这时，其中每个站点的平均带宽为10(Mb/s)×M/N，是原来的M倍。例如，当M=10时，能将平均带宽提高9倍，显然，这是一种扩展站点平均带宽的有效方法。所以，从20世纪90年代中期开始，便已广泛采用交换器将企业内部的多个局域网互连起来，形成能覆盖整个企业的企业网络。8.1.3计算机局域网络4、千兆位以太网在1997年中期，便已有许多公司推出了千兆位传输速率的以太网产品。1998年6月，千兆位以太网(GigabitEthernet)标准——IEEE802.3z终于获得通过，从而为千兆位以太网的迅速发展铺平了道路，人们把它称为第三代以太网。如今第一、二、三代以太网都处在并行使用的阶段，但分别用于企事业网的不同层次中，通常是将10BASE-T用于构建底层的工作组LAN，100BASE用于构建部门级LAN，而千兆位以太网则作为企业的主干网。8.1.3计算机局域网络5、10Gb/s以太网在本世纪初，便已有公司推出了10Gb/s传输速率的试验性以太网产品，人们把它称为第四代以太网，10Gb/s以太网仍采用CSMA/CD规程，其帧格式与前面三种以太网相同，帧的最小长度和最大长度也遵循802.3标准。在物理层标准中，规定传输介质只利用光纤系统，另外也规定了10Gb/s以太网只能工作在全双工方式，因而不存在争用总线问题。可利用它来组建企业网络，此时一个10Gb/s以太网交换集线器可支持10个千兆位以太网端口，也可将它们用于广域网中。8.1.3计算机局域网络1、网桥网桥是用于连接同构LAN的网络互连设备。一般来说，同构LAN是指从应用层到逻辑链路控制子层这几个层次中，相对应的层次采用相同的协议，而对于数据链路层中的MAC子层和物理层中的对应层次，则可遵循不同的协议。因此，可以把所有用于连接符合IEEE802标准网络的互连设备(如CSMA/CD总线网、令牌环网或令牌传送总线网)，称为网桥。8.1.4网络互连2、路由器当要互连的LAN数目较多时，或者是实现异构型LAN的互连或实现LAN与WAN的互连时，网桥便难于胜任。此时应采用路由器。因为路由器是在网络层上实现的互连，它能识别不同的网络层协议，如IP、IPX协议等，因而具有更强的互连能力。路由器的功能涉及到物理层、数据链路层和网络层。8.1.4网络互连3、网关网关用于互连异构型网络。所谓互连异构型网络，一般是指不同类型的网络，更确切地说，是指在两个网络中，至少是从网络层到物理层其协议都不相同的网络，甚至可以是从应用层到物理层所有对应各层的协议均不相同的网络。因此，一般说来，在网关中至少要进行网络层、数据链路层及物理层的协议转换。显然，网关的实现是比较困难的。目前对异构型网络的互连，通常是在网络层或传输层上实现的。8.1.4网络互连第八章网络操作系统8.1计算机网络概述8.2网络体系结构8.3Internet与Intranet8.4客户/服务器模式8.5网络操作系统的功能8.6网络操作系统提供的服务8.2.1网络体系结构的基本概念1．何谓网络