第8章网络操作系统

第八章网络操作系统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第八章网络操作系统8.1计算机网络概述8.1.1计算机网络的拓扑结构(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，其所有各个远程结点之间因无连接而不能直接通信。星形网络拓扑结构的主要特点是其处理和控制功能高度集中，即整个网络对信息的处理功能和对网络的控制功能，都集中在中心结点上。第八章网络操作系统图8-1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第八章网络操作系统(2)树形网络拓扑结构。鉴于单级星形网络的诸多不利条件，使之不适于用于构建大型网络，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。第八章网络操作系统(3)公用总线形网络拓扑结构。这是将若干个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。图8-2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)环形网络第八章网络操作系统(4)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，当环上任一结点的转发器发生故障时，都会导致整个网络瘫痪。第八章网络操作系统(5)网状形网络拓扑结构图8-3网状形网络拓扑结构PSEPSEPSEPSEPSEPSEPSEPSEHOSTHOSTHOSTHOSTHOSTHOST资源子网计算机通信子网第八章网络操作系统8.1.2计算机广域网络1.公用交换电话网(1)交换方式的引入所谓“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。第八章网络操作系统图8-4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第八章网络操作系统(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于传输模拟信号。(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。第八章网络操作系统图8-5线路交换方式示意图第八章网络操作系统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。第八章网络操作系统(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。第八章网络操作系统3.帧中继网(1)帧交换方式的帧中继网帧交换方式是在传统的分组交换方式的基础上发展起来的一种快速交换技术。帧交换方式中传输的基本单位是帧，其长度是可变的，它们同样都采用“存储—转发”方式，即帧交换器每收到一个新到的帧时，都是先将该帧送帧缓冲区中排队，然后按照该帧中的目标地址，将该帧转发给相应路径上的下一个帧交换器。这种帧中继的传输时延比起分组交换网来，要低一个数量级。第八章网络操作系统(2)信元交换方式的帧中继网采用该方式时，在网络中所传输和交换的基本单位，都是具有固定长度的“信元”。当源帧交换器收到用户设备发来的帧后，便将之分割为多个定长的信元，在整个帧中继网络中传输和交换时，都是以信元为基本单位，直至它们到达目标帧交换器后，才被重新组装成帧。特点如下：•信元交换方式可以获得更小的传输时延及更大的网络吞吐量。•在信元交换方式中，完全可以用硬件方法来实现信元交换，大大提高了交换速度。从而使信元交换方式的帧中继具有更高的传输速率。•能够满足多种通信业务的需求，其中包括语音和视频业务。第八章网络操作系统8.1.3计算机局域网络(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，所用的传输介质主要是同轴电缆或双绞线。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。1.基本局域网第八章网络操作系统(2)令牌环(Token-Ring)网。令牌环局域网也是当前比较流行的一种局域网。它采用的是环形网络拓扑结构，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。第八章网络操作系统2.快速局域网(1)FDDI光纤环网FDDI具有100Mb/s的传输速率，光纤环网的最大距离可达100km。为了提高环形网的可靠性，FDDI采用了两个光纤环，其中一个作为主环，另一个作为副环，某些重要设备可同时接到两个环上。由于FDDI具有很高的传输速率，故主要用作互联局域网的主干网。第八章网络操作系统(2)快速以太网100BASE-T这是一种具有100Mb/s传输速率的局域网。由于它采用了与基本完全相同的介质访问控制规程，故把它称为快速以太网。3.交换式LAN交换局域网的引入，是通过减少每个局域网段上站点数目的方法，来增加站点的平均带宽的。构建交换式局域网要比构建快速局域网更方便、经济。第八章网络操作系统8.1.41.网络体系结构的基本概念1)层次式结构一个计算机网络可分为若干个层次。其中第n层是由分布在不同系统中的、处于n层的子系统所组成，其中每个(N)子系统中都含有(N)实体。把不同系统中处于同一层次的实体称为对等实体(PeerEntity)，除最高层外，每一个分布在(N)层中的(N)实体，都向(N+1)实体提供(N)服务。第八章网络操作系统图8-6网络分层结构系统A系统B系统C最高层(N＋1)层(N)层物理介质第八章网络操作系统2)网络协议在计算机网络中，为使在各计算设备之间能正确地传送信息，必须有一组关于信息的传输顺序、信息格式和信息内容等的约定或规则。人们把这种规定或规则称为网络协议。网络协(1)语义；(2)语法；(3)规则。3)网络体系结构计算机网络中各层次及其协议的集合，被称为网络体系结构。具体地说，网络体系结构是关于计算机网络应设置哪几层，每个层次又应提供哪些功能的精确定义。换言之，网络体系结构只是从层次结构及功能上来描述计算机网络的结构，并不涉及每一层的硬件和软件组成。第八章网络操作系统2.OSI七层模型图8-7OSI七层模型应用层数据链路层表示层会晤层传输层网络层物理层数据链路层网络层物理层中继系统中继系统传输层协议会晤层协议表示层协议应用层协议主机系统主机系统物理介质第八章网络操作系统1．物理层：为通信提供物理链路，实现比特流的透明传输；2．数据链路层：提供相邻结点间透明、可靠的信息传输服务；3．网络层：在DCE和DCE之间提供信息传输服务；4．传输层：为不同系统内的会晤实体建立端—端之间的透明、可靠数据传输；5．会晤层：为不同系统内的应用进程间建立会晤连接；6．表示层：向应用进程提供信息表示方式，并提供不同方式之间的转换。7．应用层：为应用进程提供访问OSI的手段。第八章网络操作系统8.2客户/服务器模式8.2.1客户/服务器模式的形成及其优点1.客户/服务器模式的形成自从70年代末微处理器问世以来，微处理器的性能在不断提高，其字长从开始时的8位增至16位，到80年代中期时，已增至32位；而微机的价格却又不断地下降，已与传统终端的价格相当。由于微机已具有一定的处理能力，因而逐步取代了终端。利用微机的处理能力，已可直接完成许多终端型作业，相应地，此时的主机便由处理各类终端型作业转向为以请求/响应方式为各联机微机提供更高层次的服务，这样便形成了客户/第八章网络操作系统所谓服务器是指专门用于向客户提供各种服务的计算机系统，并可根据服务器所提供服务的性质的不同而把服(1)文件/打印服务器。(2)数据库服务器。(3)通信服务器。第八章网络操作系统2.客户/服务器模式的优点(1)数据的分布存储。(2)数据的分布处理。(3)灵活性和可扩充性。(4)友好的用户界面。(5)易于改编应用软件。第八章网络操作系统8.2.2两层结构的客户/服务器模式1.客户/服务器模式的类型(1)文件服务器式的客户/服务器模式该模式的主要特点是，由客户机负责对应用程序进行处理，而文件服务器则只负责向客户机提供服务，如文件服务、打印服务和电子邮件服务等。(2)应用服务器式客户/服务器模式。该模式的特点是由客户机和服务器共同完成对应用程序和数据需求的处理，通常在服务器上配置的是一个数据库系统，如ORACLE、SYBASE。第八章网络操作系统2.客户/服务器之间的交互(1)工作站发送请求包。(2)服务器接收请求包。(3)服务器回送响应包。(4)客户机接收响应包。第八章网络操作系统8.2.3三层结构的客户/1.两层C/S模式的局限性两层C/S模式的主要问题在于：它不能适应应用不断增多的情况。服务器通常都与许多客户机相连。如果对服务器中的某种软件做了修改或升级，就可能导致客户机上的软件必须重新装配，或者还须随之升级，否则将无法获得服务器软件修改或升级带来的好处，甚至有时还要求硬件也随之升级。可见，在采用两层C/S模式时，为能适应应用不断变化和发展的需要，就必须付出高昂代价。因此，这种C/S模式通常只适用于较小规模的信息系统和网络中。第八章网络操作系统2.两层C/S模式局限性问题的解决方法形成上述局限性的原因在于：客户机是直接与服务器交互的，服务器的变化也就会直接影响到客户机。解决这个问题的基本方法是：设法使客户机与提供数据等服务的服务器无关。为此，可在客户机与服务器之间，增设一中间实体，用该实体把客户机与服务器隔开。通常把这中间实体称为应用服务器或中间件，把提供数据服务的服务器称为数据服务器，这样就形成了三层C/S模式。第八章网络操作系统图8-8三层C/S模式客户机与客户机交互接口事务逻辑与数据服务器交互接口数据服务器应用服务器第八章网络操作系统8.2.4两层C/S与三层C/S的比较三层C/S模式与两层C/S模式相比，有下列优点：(1)增加了系统的灵活性和可扩充性。(2)简化了客户机，降低了整个系统的费用。(3)使客户机的安装、配置和维护更为方便。三层C/S模式的缺点：(1)使开发难度加大，开发周期增长。(2)访问效率较低。第八章网络操作系统8.3网络操作系统的功能8.3.1数据通信功能图8-9对等实体间信息的流动Ps应用层表示层数据链路层物理层Pd源进程目标进程数据硬件接口第八章网络操作系统应用进程将要通信的用户数据传送至最高层，