Mạng cục bộ và hệ điều hành mạng cục bộ - Đào Kiến Quốc

Nội dung text: Mạng cục bộ và hệ điều hành mạng cục bộ - Đào Kiến Quốc

1. VIETBOOK Mạng cục bộ và hệ điều hành mạng cục bộ Bài giảng cho lớp Internet/intranet for Developper Đào Kiến Quốc Khoa Công nghệ Thông tin Viện đào tạo Công nghệ Thông tin Nội dung: ƒ Mạng cục bộ và kiến trúc mạng cục bộ ƒ Môi truờng truyền dẫn và các thiết bị kết nối ƒ Một số kiểu kết nối mạng cục bộ ƒ Các chức năng hệ điều hành của một mạng cục bộ Trang 1
2. VIETBOOK 1. Mạng cục bộ và kiến trúc của mạng cục bộ 1.1 Đặc điểm của mạng cục bộ Việc nối máy tính thành mạng từ lâu đã trở thành một nhu cầu khách quan vì : • Có rất nhiều công việc về bản chất là phân tán hoặc về thông tin, hoặc về xử lý hoặc cả hai đòi hỏi có sự kết hợp truyền thông với xử lý hoặc sử dụng ph−ơng tiện từ xa. • Nhu cầu liên lạc, trao đổi thông tin nhờ ph−ơng tiện máy tính Nói một cách ngắn gọn thì mạng máy tính là tập hợp các máy tính độc lập (autonomous) đ−ợc kết nối với nhau thông qua các đ−ờng truyền vật lý và tuân theo các quy −ớc truyền thông nào đó. Khái niệm máy tính độc lập đ−ợc hiểu là các máy tính không có máy nào có khả năng khởi động hoặc đình chỉ một máy khác. Các đ−ờng truyền vật lý đ−ợc hiểu là các môi tr−ờng truyền tín hiệu vật lý (có thể là hữu tuyến hoặc vô tuyến). Các quy −ớc truyền thông chính là cơ sở để các máy tính có thể “nói chuyện” đ−ợc với nhau và nó là một yếu tố quan trọng hàng đầu khi nói về công nghệ mạng máy tính. Theo quy mô nguời ta chia các mạng ra thành các mạng cục bộ (LAN), mạng khu vực (MAN) và mạng rộng (LAN). Mạng toàn cầu (GAN) cũng chỉ là mạng WAN trải ra trên nhiều khu vực trên thế giới. Thoạt đầu tên gọi “mạng cục bộ” đ−ợc xem xét từ quy mô của mạng. Tuy nhiên, đó không phải là đặc tính duy nhất của mạng cục bộ nh−ng trên thực tế, quy mô của mạng quyết định nhiều đặc tính và công nghệ của mạng. Sau đây là một số đặc điểm của mạng cục bộ: • Mạng cục bộ có quy mô nhỏ, th−ờng là bán kính d−ới vài km. Đặc điểm này cho phép không cần dùng các thiết bị dẫn đ−ờng với các mối liên hệ phức tạp • Mạng cục bộ th−ờng là sở hữu của một tổ chức. Điều này d−ờng nh− có vẻ ít quan trọng nh−ng trên thực tế đó là điều khá quan trọng để việc quản lý mạng có hiệu quả và không chịu ảnh h−ởng bởi các biến động xã hội. • Mạng cục bộ có tốc độ cao và ít lỗi. Trên mạng rộng tốc độ nói chung chỉ đạt vài Kbit/s. Còn tốc độ thông th−ờng trên mạng cục bộ là 10, 100 Kb/s và tới nay với Gigabit Ethernet, tốc độ trên mạng cục bộ có thể đạt 1Gb/s. Xác xuất lỗi có thể ở mức 10 –11. 1.2 Kiến trúc mạng cục bộ Khi nói đến kiến trúc của mạng ngừời ta muốn nói tới hai vấn đề: • Cách kết nối các máy tính với nhau về mặt hình học mà ta gọi là tô-pô của mạng. • Các quy −ớc truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng ( protocol). Topo của mạng cục bộ: • Mạng hình sao: loại này th−ờng dùng một thiết bị đấu dây chung gọi là HUB. Ưu điểm của loại này là sự cố về đ−ờng truyền liên quan tới một máy sẽ không ảnh h−ởng đến máy khác. Trang 2
3. VIETBOOK 1 Hình 1 - Kết nối hình sao • Mạng Bus hay Tuyến tính: có một đ−ờng trục và các đ−ờng rẽ nối vào các máy tính. Ưu điểm của kiểu kết nối mạng kiểu này là rẻ tiền. 1 Hình 2 - Kết nối kiểu bus • Mạng vòng là mạng mà đ−ờng trục của nó lập thành một vòng kín. 1 Hình 3 - Kết nối kiểu vòng • Tôpô hỗn hợp với sự phối hợp các kiểu kết nối khác nhau ví du hình cây là cấu trúc phân tầng của kiểu hình sao hay các HUB có thể đ−ợc nối với nhau theo kiểu bus còn từ các HUB nối với các máy theo hình sao. Cần phân biệt kiểu tô-pô của mạng cục bộ và kiểu tô-pô của mạng rộng. Tô pô của mạng rộng thông th−ờng là nói đến sự liên kết giữa các mạng cục bộ thông qua các bộ dẫn đ−ờng (router). Đối với mạng rộng, tô-pô của mạng là hình trạng hình học của các bộ dẫn đ−ờng và các kênh viễn thông, còn khi nói tới tô-pô của mạng cục bộ ng−ời ta nói đến sự liên kết của chính các máy tính. Trang 3
4. VIETBOOK Hình 4 - Một kết nối hỗn hợp Giao thức truy nhập đ−ờng truyền của mạng cục bộ: Trong mạng cục bộ, tất cả các trạm kết nối trực tiếp vào đ−ờng truyền chung. Vì vậy tín hiệu từ một trạm đ−a lên đ−ờng truyền sẽ đ−ợc các trạm khác “nghe thấy”. Một vấn đề khác là, nếu nhiều trạm cùng gửi tín hiệu lên đ−ờng truyền đồng thời thì tín hiệu sẽ chồng lên nhau và bị hỏng. Vì vậy cần phải có một ph−ơng pháp tổ chức chia sẻ đ−ờng truyền để việc truyền thông đựơc đúng đắn. Có hai ph−ơng pháp chia sẻ đ−ờng truyền chung th−ờng đ−ợc dùng trong các mạng cục bộ: • Truy nhập đ−ờng truyền một cách ngẫu nhiên, theo yêu cầu. Đ−ơng nhiên phải tính đến việc sử dụng luân phiên và nếu do có nhiều trạm cùng truyền tin dẫn đến tín hiệu bị trùm lên nhau thì phải truyền lại. • Có cơ chế trọng tài để cấp quyền truy nhập đ−ờng truyền sao cho không xảy ra xung đột. Sau đây là giao thức CSMA (Carrier Sense Multiple Access) - đa truy nhập có cảm nhận sóng mang đ−ợc sử dụng rất phổ biến trong các mạng cục bộ. Giao thức này sử dụng ph−ơng pháp thời gian chia ngăn, theo đó thời gian đ−ợc chia thành các khoảng thời gian đều đặn và các trạm chỉ phát lên đ−ờng truyền tại thời điểm đầu ngăn. Mỗi trạm có thiết bị nghe tín hiệu trên đ−ờng truyền (tức là cảm nhận sóng mang). Tr−ớc khi truyền cần phải biết đ−ờng truyền có rỗi không, nếu rỗi thi mới đ−ợc truyền. Ph−ơng pháp này gọi là LBT (Listening before talking). Khi phát hiện xung đột, các trạm sẽ phải phát lại. Có một số chiến l−ợc phát lại nh− sau: • Giao thức CSMA 1-kiên trì: Khi trạm phát hiện kênh rỗi trạm truyền ngay. Nh−ng nếu có xung đột, trạm đợi khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi truyền lại. Do vậy xác suất truyền Trang 4
5. VIETBOOK khi kênh rỗi là 1. Chính vì thế mà giao thức có tên là CSMA 1-kiên trì. • Giao thức CSMA không kiên trì khác một chút.Trạm nghe đ−ờng, nếu kênh rỗi thì truyền, nếu không thì ngừng nghe một khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi mới thực hiện lại thủ tục. Cách này có hiệu suất dùng kênh cao hơn. • Giao thức CSMA p-kiên trì: Khi đã sẵn sàng truyền, trạm cảm nhận đ−ờng, nếu đ−ờng rỗi thì thực hiện việc truyền với xác suất là p < 1 (tức là ngay cả khi đ−ờng rỗi cũng không hẳn đã truyền mà đợi khoảng thời gian tiếp theo lại tiếp tục thực hiện việc truyền với xác suất còn lại q=1-p. Một cải tiến khác với CSMA là có kiểm soát xung đột. Khi truyền tin mà trạm phát hiện thấy xung đột, thì nó không tiếp tục truyền mà dừng ngay, nhờ đó mà tiết kiệm đ−ợc thời gian và giải thông. Nh− vậy phải tiếp tục nghe đ−ờng truyền trong khi truyền để phát hiện đụng độ (Listening While Talking).Giao thức này gọi là CSMA có phát hiện xung đột (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection viết tắt là CSMA/CD), dùng rộng rãi trong LAN và MAN. Trên mạng cục bộ còn một số giao thức truy nhập đ−ờng truyền khác có cơ chế trọng tài tránh đ−ợc xung đột nh− basic bitmap, token bus và token ring ít phổ biến hơn mà ta sẽ xét trong một chủ đề khác. IEEE đã chuẩn hoá giao thức CSMA/CD trong chuẩn IEEE 802.3. Không nên nhầm chuẩn Ethernet (là chuẩn CSMA/CD với tần số truyền 2.94 Mb/s) với chuẩn IEEE 802.3 (là chuẩn CSMA/CD 1-kiên trì với tốc độ từ 1 đến 10 Mb/s). Hầu hết các card mạng trên các máy tính PC ở Việt nam hiện nay là card theo chuẩn IEEE 802.3. Vấn đề phân đoạn (segmentation) mạng: Một vấn đề đặt ra là khi số trạm trên mạng cục bộ khá lớn và giao thức truy nhập đ−ờng truyền là CSMA/CD thì xác xuất đụng độ gần tới 1 sẽ gây ra tình trạng bão hoà đến mức mạng không còn hoạt động đ−ợc nữa. Vì thế về mặt kỹ thuật ng−ời ta muốn tách mạng thành những phân đoạn sao cho chỉ những trạm trên cùng một phân đoạn có khả năng xung đột. Tuy nhiên việc phân đoạn mạng không có nghĩa là làm cho các máy tính nằm trong các phân đoạn khác nhau không có khả năng liên lạc với nhau. 2. Phần cứng - thiết bị mạng Trang 5
6. VIETBOOK 2.1 Các loại cáp truyền • Cáp đôi dây xoắn (Twisted pair cable): 1Cáp đôi dây xoắn là cáp gồm hai dây đồng xoắn để tránh gây nhiễu cho các đôi dây khác, có thể kéo dài tới vài km mà không cần khuếch đại. Giải tần trên cáp dây xoắn đạt khoảng 300–4000Hz, tốc độ truyền đạt vài Kbps đến vài Mbps. Cáp xoắn có hai loại: 2 - Loại có bọc kim loại để tăng c−ờng chống nhiễu gọi là cap STP ( Shield Twisted Pair). Loại này trong vỏ bọc kim có thể có nhiều đôi dây. Về lý thuyết thì tốc độ truyền có thể đạt 500 Mb/s nh−ng thực tế thấp hơn rất nhiều (chỉ đạt 155 Mbps với cáp dài 100 m). 3 - Loại không bọc kim gọi là UTP (UnShield Twisted Pair), chất l−ợng kém hơn STP nh−ng rất rẻ. Cap UTP đ−ợc chia làm 5 hạng tuỳ theo tốc độ truyền. Cáp loại 3 dùng cho điện thoại. Cáp loại 5 có thể truyền với tốc độ 100Mb/s rất hay dùng trong các mạng cục bộ vì vừa rẻ vừa tiện sử dụng. Cáp này có 4 đôi dây xoắn nằm trong cùng một vỏ bọc. 4 5 6 7 8 9 10 11 Hình 5 - Cáp UTP Cat.5 12 • Cáp đồng trục (Coaxial cable) băng tần cơ sở: 13 Là cáp mà hai dây của nó có lõi lồng nhau, lõi ngoài là l−ới kim loại. , Khả năng chống nhiễu rất tốt nên có thể sử dụng với chiều dài từ vài trăm met đến vài km. Có hai loại đ−ợc dùng nhiều là loại có trở kháng 50 ohm và loại có trở kháng 75 ohm 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Hình 6 - Cáp đồng trục 23 24Giải thông của cáp này còn phụ thuộc vào chiều dài của cáp. Với khoảng cách1 km có thể đạt tốc độ truyền từ 1- 2 Gbps. Cáp đồng trục băng tần cơ sở th−ờng dùng cho các mạng cục bộ. Có thể nối cáp bằng các đầu nối theo chuẩn BNC có hình chữ T. ở Việt Nam ng−ời ta hay gọi cáp này là cáp gầy do dịch từ tên trong tiếng Anh là 'Thin Ethernet”. 25 26Một loại cáp khác có tên là “Thick Ethernet” mà ta gọi là cáp béo. Loại này th−ờng có màu vàng. Ng−ời ta không nối cáp bằng các đầu nối chữ T nh− cáp gầy mà nối qua các kẹp bấm vào dây. Cứ 2,5m lại có đánh dấu để nối dây (nếu cần). Từ kẹp đó ng−ời ta gắn các tranceiver rồi nối vào máy tính. (Xem hình 7) Trang 6
7. VIETBOOK 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 Hình 7 - Nối cáp Thick Ethernet bằng transceiver 40 • Cáp đồng trục băng rộng (Broadband Coaxial Cable): 41Đây là loại cáp theo tiêu chuẩn truyền hình (th−ờng dùng trong truyền hình cáp) có giải thông từ 4 – 300 Khz trên chiều dài 100 km. Thuật ngữ “băng rộng” vốn là thuật ngữ của ngành truyền hình còn trong ngành truyền số liệu điều này chỉ có nghĩa là cáp loại này cho phép truyền thông tin tuơng tự (analog) mà thôi. Các hệ thống dựa trên cáp đồng trục băng rộng có thể truyền song song nhiều kênh. Việc khuyếch đại tín hiệu chống suy hao có thể làm theo kiểu khuyếch đại tín hiệu t−ơng tự (analog). Để truyền thông cho máy tính cần chuyển tín hiệu số thành tín hiệu t−ơng tự. 42 • Cáp quang: Dùng để truyền các xung ánh sáng trong lòng một sợi thuỷ tinh phản xạ toàn phần. Môi tr−ờng cáp quang rất lý t−ởng vì • Xung ánh sáng có thể đi hàng trăm kilometre mà không giảm cuờng độ sáng. • Giải thông rất cao vì tần số ánh sáng dùng đối với cáp quang cỡ khoảng 1014 – 1016 • An toàn và bí mật • Không bị nhiễu điện từ Chỉ có hai nh−ợc điểm là khó nối dây và giá thành cao. Hình 8 - Truyền tín hiệu bằng cáp quang Để phát xung ánh sáng ng−ời ta dùng các đèn LED hoặc các diod laser. Để nhận ng−ời ta dùng các photo diode , chúng sẽ tạo ra xung điện khi bắt đ−ợc xung ánh sáng. Cáp quang cũng có hai loại: • Loại đa mode (multimode fiber): khi góc tới thành dây dẫn lớn đến một mức nào đó thì có hiện t−ợng phản xạ toàn phần. Nhiều tia sáng có thể cùng truyền miễn là góc tới của chúng đủ lớn. Các cap đa mode có đ−ờng kính khoảng 50 à. • Loại đơn mode (singlemode fiber): khi đ−ờng kính dây dẫn bằng b−ớc sóng thì cáp quang Trang 7
8. VIETBOOK giống nh− một ống dẫn sóng, không có hiện t−ợng phản xạ nh−ng chỉ cho một tia đi qua. Loại nàycó đ−ờng kính khoản 8 à và phải dùng diode laser. Cáp quang đa mode có thể cho phép truyền xa tới hàng trăm km mà không cần phải khuếch đại. 12.2 Các thiết bị ghép nối Trang 8
9. VIETBOOK • Card giao tiếp mạng (Network Interface Card viết tắt là NIC) 1Đó là một card đ−ợc cắm trực tiếp vào máy tính. Trên đó có các mạch điện giúp cho việc tiếp nhận (receiver) hoặc/và phát (transmitter) tín hiệu lên mạng. Ng−ời ta th−ờng dùng từ transceiver để chỉ thiết bị (mạch) có cả hai chức năng thu và phát. Transceiver có nhiều loại vì phải thích hợp đối với cả môi tr−ờng truyền và do đó cả đầu nối. Ví dụ với cáp gầy card mạng cần có đ−ờng giao tiếp theo kiểu BNC, với cáp UTP cần có đầu nối theo kiểu giắc điện thoại K5, cáp dày dùng đ−ờng nối kiểu AUI , với cáp quang phải có những transceiver cho phép chuyển tín hiệu điện thành các xung ánh sáng và ng−ợc lại. 2Để dễ ghép nối, nhiều card có thể có nhiều đầu nối ví dụ BNC cho cáp gầy, K45 cho UTP hay AUI cho cáp béo. 3Trong máy tính th−ờng để sẵn các khe cắm để bổ sung các thiết bị ngoại vi hay cắm các thiết bị ghép nối. • Bộ chuyển tiếp (REPEATER ) 4Tín hiệu truyền trên các khoảng cách lớn có thể bị suy giảm. Nhiệm vụ của các repeater là hồi phục tín hiệu để có thể truyền tiếp cho các trạm khác. Một số repeater đơn giản chỉ là khuyếch đại tín hiệu. Trong tr−ờng hợp đó cả tín hiệu bị méo cũng sẽ bị khuyếch đại. Một số repeater có thể chỉnh cả tín hiệu. 5 • Các bộ tập trung (Concentrator hay HUB) 6 HUB là một loại thiết bị có nhiều đầu để cắm các đầu cáp mạng. HUB có thể có nhiều loại ổ cắm khác nhau phù hợp với kiểu giắc mạng K45, AUI hay BCN. Nh− vậy ng−ời ta sử dụng HUB để nối dây theo kiểu hình sao. Ưu điểm của kiểu nối này là tăng độ độc lập của các máy . Nếu dây nối tới một máy nào đó tiếp xúc không tốt cũng không ảnh h−ởng đến máy khác. 7Có loại HUB thụ động (passive HUB) là HUB chỉ đảm bảo chức năng kết nối hoàn toàn không xử lý lại tín hiệu. Khi đó không thể dùng HUB để tăng khoảng cách giữa hai máy trên mạng. 8HUB chủ động (active HUB) là HUB có chức năng khuếch đại tín hiệu để chống suy hao. Với HUB này có thể tăng khoảng cách truyền giữa các máy. 9HUB thông minh (intelligent HUB) là HUB chủ động nh−ng có khả năng tạo ra các gói tin mang tin tức về hoạt động của mình và gửi lên mạng để ng−ời quản trị mạng có thể thực hiện quản trị tự động. 10 • Switching Hub (hay còn gọi tắt là switch) 11Là các bộ chuyển mạch thực sự. Khác với HUB thông th−ờng, thay vì chuyển một tín hiệu đến từ một cổng cho tất cả các cổng, nó chỉ chuyển tín hiệu đến cổng có trạm đích. Do vậy Switch là một thiết bị quan trọng trong các mạng cục bộ lớn dùng để phân đoạn mạng. Nhờ có switch mà đụng độ trên mạng giảm hẳn. Ngày nay switch là các thiết bị mạng quan trọng cho phép tuỳ biến trên mạng chẳng hạn lập mạng ảo. 12 • Modem 13Là tên viết tắt từ hai từ điều chế (MOdulation) và giải điều chế (DEModulation) là thiết bị cho phép điều chế để biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu t−ơng tự để có thể gửi theo đ−ờng thoại và khi nhận tín hiệu từ đ−ờng thoại có thể biến đổi ng−ợc lại thành tín hiệu số. Tuy nhiên có thể sử dụng nó theo kiểu kết nối từ xa theo đ−ờng điện thoại 14 • Multiplexor - Demultiplexor 15Bộ dồn kênh có chức năng tổ hợp nhiều tín hiệu để cùng gửi trên một đ−ờng truyền. Đ−ơng nhiên tại nơi nhận cần phải tách kênh. Trang 9
10. VIETBOOK 16 • Router Router là một thiết bị không phải để ghép nối giữa các thiết bị trong một mạng cục bộ mà dùng để ghép nối các mạng cục bộ với nhau thành mạng rộng. Router thực sự là một máy tính làm nhiệm vụ chọn đ−ờng cho các gói tin h−ớng ra ngoài. 3. Một số kiểu nối mạng thông dụng và các chuẩn Các thành phần thông th−ờng trên một mạng cục bộ gồm có: • Các máy chủ cung cấp dịch vụ (server) • Các máy trạm cho ng−ời làm việc (workstation) • Đ−ờng truyền (cáp nối) • Card giao tiếp giữa máy tính và đ−ờng truyền (network interface card) • Các thiết bị nối (connection device) Hình 9 - Cấu hình của một mạng cục bộ Hai yếu tố đ−ợc quan tâm hàng đầu khi kết nối mạng cục bộ là tốc độ trong mạng và bán kính mạng. Tên các kiểu mạng dùng theo giao thức CSMA/CD cũng thể hiện điều này. Sau đây là một số kiểu kết nối đó với tốc độ 10 Mb/s khá thông dụng trong thời gian qua và một số thông số kỹ thuật: Chuẩn IEEE 802.3 Kiểu 10BASE5 10BASE2 10BASE-T Kiểu cáp Cáp đồng trục Cáp đồng trục Cáp UTP Tốc độ 10 Mb/s Độ dài cáp tối đa 500 m/segment 185 m/segment 100 m kể từ HUB Số các thực thể truyền100 host /segment 30 host / segment Số cổng của HUB thông - Kiểu 10BASE5: là chuẩn CSMA/CD có tốc độ 10Mb và bán kính 500m. Kiểu này dùng cáp đồng trục loại thick ethernet với transceiver. Có thể kết nối vào mạng khoảng 100 máy. 1 2Hình 10 - Nối mạng theo kiểu 10BASE5 với cáp sử dụng transceiver Trang 10
11. VIETBOOK - Kiểu 10BASE2: là chuẩn CSMA/CD có tốc độ 10Mb và bán kính 200 m. Kiểu này dùng cáp đồng trục loại thin ethernet với đầu nối BNC. Có thể kết nối vào mạng khoảng 30 máy - Kiểu 10BASE-T là kiểu nối dùng HUB có các ổ nối kiểu K45 cho các cáp UTP. Ta có thể mở rộng mạng bằng cách tăng số HUB, nh−ng cũng không đ−ợc tăng quá nhiều tầng vì hoạt động của mạng sẽ kém hiệu quả nếu độ trễ quá lớn. Hình 11 - Nối theo chuẩn 10BASE2 với cáp đồng trục và đầu nối BNC Hình 12 - Nối mạng theo chuẩn 10BASE-T với cáp UTP và HUB 4. Phần mềm mạng : Hệ điều hành mạng 4.1. Những đặc điểm quy định chức năng của một hệ điều hành mạng Phần lớn những ng−ời sử dụng máy tính đều phải biết cách sử dụng hệ điều hành. Trên một máy đơn nh− PC có các hệ điều hành nh− DOS hay WINDOWS đã rất quen thuộc với ng−ời sử dụng. Hệ điều hành là một phần mềm hệ thống có các chức năng sau: • Quản lý tài nguyên của hệ thống. Các tài nguyên này gồm: Tài nguyên thông tin (về ph−ơng diện l−u trữ) hay nói một cách đơn giản là quản lý tệp. Các công việc về l−u trữ tệp, tìm kiếm, xoá, copy, nhóm, đặt các thuộc tính đều thuộc nhóm công việc này. Tài nguyên thiết bị. Điều phối việc sử dụng CPU, các ngoại vi để tối −u hoá việc sử dụng. • Quản lý ng−ời dùng và các công việc trên hệ thống. Hệ điều hành đảm bảo giao tiếp giữa ng−ời sử dụng, ch−ơng trình ứng dụng với thiết bị của hệ thống. • Cung cấp các tiện ích cho việc khai thác hệ thống thuận lợi (ví dụ FORMAT đĩa, sao chép tệp và th− mục ) Môi tr−ờng mạng có những đặc điểm riêng: • Tr−ớc hết đó là môi tr−ờng nhiều ngừơi dùng. Đặc điểm này dẫn đến các nhu cầu liên lạc giữa những ng−ời sử dụng, nhu cầu bảo vệ dữ liệu và nói chung là bảo vệ tính riêng t− của ng−ời sử dụng. • Mạng còn là môi tr−ờng đa nhiệm, có nhiều công việc thực hiện trên mạng. Đặc điểm này sẽ phát sinh các nhu nhu cầu chia sẻ tài nguyên, nhu cầu liên lạc giữa các tiến trình nh− trao đổi dữ liệu, đồng bộ hoá. • Là môi tr−ờng phân tán, tài nguyên (thông tin, thiết bị) nằm ở các vị trí khác nhau, chỉ Trang 11
12. VIETBOOK kết nối thông qua các đ−ờng truyền vật lý. Điều này làm phát sinh các nhu cầu chia sẻ tài nguyên trên toàn mạng nh−ng sự phân tán cần đ−ợc trong suốt để nó không gây khó khăn cho ng−ời sử dụng. • Có nhiều quan niệm cũng nh− các giải pháp mạng khác nhau. Điều đó làm nảy sinh nhu cầu giao tiếp giữa các mạng khác nhau. • Làm việc trên môi tr−ờng mạng chắc chắn sẽ phức tạp hơn môi tr−ờng máy đơn lẻ. Vì thế rất cần có các tiện ích giúp cho việc sử dụng và quản trị mạng dễ dàng và hiệu quả. Tất cả các nhu cầu trên phải đ−ợc tính tới trong hệ điều hành mạng. 4.2. Phân loại hệ điều hành theo quan hệ giữa các máy (host) Trên mạng cục bộ có hai kiểu hệ điều hành mạng • Kiểu ngang hàng: (peer to peer network). Mọi trạm đều có quyền bình đẳng nh− nhau và đều có thể cung cấp tài nguyên cho các trạm khác. Các tài nguyên cung cấp đ−ợc có thể là tệp (t−ơng ứng với thiết bị là đĩa), máy in. Nói chung trong các mạng ngang hàng không có việc biến một máy tính thành một trạm làm việc của một máy tính khác. Trong mạng ngang hàng, thông th−ờng các máy sử dụng chung một hệ điều hành. Win 3.1, Win 95, NT Workstation, AppleShare, Lanstic và Novell Lite là các hệ điều hành mạng ngang hàng . Các đặc điểm của mạng ngang hàng: - Thích hợp với các mạng cục bộ quy mô nhỏ, đơn lẻ, các giao thức riêng lẻ, mức độ thấp và giá thành rẻ. - Các mạng ngang hàng đ−ợc thiết kế chủ yếu cho các mạng nội bộ vừa và nhỏ và sẽ hỗ trợ tốt các mạng dùng một nền và một giao thức. Các mạng trên nhiều nền, nhiều giao thức sẽ thích hợp hơn với HĐH có máy chủ dịch vụ. - Yêu cầu chia sẻ file và máy in một cách hạn chế cần đến giải pháp ngang hàng. - Ng−ời dùng đ−ợc phép chia sẻ file và tài nguyên nằm trên máy của họ và truy nhập đến các tài nguyên đ−ợc chia sẻ trên máy ng−ời khác, nh−ng không có nguồn quản lý tập trung. - Vì mạng ngang hàng không cần máy cụ thể làm máy chủ, chúng th−ờng là một phần của hệ điều hành nền hay là phần bổ sung cho hệ điều hành và th−ờng rẻ hơn so với các HĐH dựa trên máy chủ. - Trong một mạng ngang hàng, tất cả các máy tính đ−ợc coi là bình đẳng, bởi vì chúng có cùng khả năng sử dụng các tài nguyên có sẵn trên mạng. 1Những điều thuận lợi: - Chi phí ban đầu ít - không cần máy chủ chuyên dụng. - Cài đặt - Một hệ điều hành có sẵn (ví dụ Win 95) có thể chỉ cần cấu hình lại để hoạt động ngang hàng. Trang 12
13. VIETBOOK 1Những điều bất lợi: - Không quản lý tập trung đ−ợc - Bảo mật kém - Có thể tốn rất nhiều thời gian để bảo trì • Kiểu hệ điều hành mạng có máy chủ. (server based network) Trong HĐH kiểu này, có một số máy có vai trò cung cấp dịch vụ cho máy khác gọi là máy chủ (đúng hơn phải gọi là máy cung cấp dịch vụ – mà khi đó thì phải xem là máy “tớ”). Các dịch vụ có nhiều loại, từ dịch vụ tệp (cho phép sử dụng tệp trên máy chủ) , dịch vụ in (do một máy chủ điều khiển những máy in chung của mạng) tới các dịch vụ nh− th− tín, WEB, DNS Trong mạng có máy chủ, hệ điều hành trên máy chủ và máy trạm có thể khác nhau. Ngay trong tr−ờng hợp máy chủ và máy trạm sử dụng cùng một hệ điều hành thì chức năng cơ bản trên máy chủ cũng có thể khác với chức năng cài đặt trên máy trạm. Sau đây là một số hệ điều hành có dùng máy chủ: Novell Netware 4.1 Microsoft NT V4.0, Server, OS/2 LAN Server và Banyan Vines V6.0. Đặc điểm của các HĐH dựa trên máy chủ: - HĐH cho các mạng an toàn, hiệu suất cao, chạy trên nhiều nền khác nhau (kể cả phần cứng, hệ điều hành và giao thức mạng) - Một máy chủ là một máy tính trong mạng đ−ợc chia sẻ bởi nhiều ng−ời dùng, nh− các máy dịch vụ file, máy dịch vụ in, máy dịch vụ truyền tin. Nói cách khác, nó đ−ợc thiết kế để cung cấp một dịch vụ cụ thể - khác với các hệ máy tính nhiều ng−ời dùng, tập trung và đa mục đích - mặc dù máy dịch vụ file kết hợp với các hệ thống nh− hệ điều hành mạng Novell's NetWare 3.xx hay 4.xx th−ờng hoạt động theo cách đó. - Kiểm soát quyền sử dụng trên tòan mạng tại máy chủ. - Cung cấp các dịch vụ th− mục trên tòan mạng. - Các giải pháp dựa trên máy chủ đ−ợc coi là sự quản trị mạng tập trung và th−ờng là máy quản lý mạng nội bộ chuyên dụng. - Bản thân máy chủ có thể chỉ là máy chủ chuyên dụng nh− Novell Netware 4.1, máy này không thể hoạt động nh− một máy trạm. Cũng có những hệ điều hành mà máy chủ NT cũng có thể đ−ợc sử dụng nh− một máy trạm. • Mô hình khách/chủ: Đầu thập niên 60, việc sử dụng máy tính thực hiện theo mô hình tập trung. Các trạm thực sự chỉ làm việc giao tiếp còn việc xử lý thực sự tiến hành ở một máy tính nào đó. Nh− vậy với mô hình này hoàn toàn không có xử lý cộng tác. Một phát triển tiếp theo là mô hình xử lý chủ tớ (master/slaver) với việc một máy xử lý và chuyển giao một số công việc cho các máy cấp thấp hơn, hoàn toàn không có việc máy cấp thấp hơn liên lạc hoặc giao việc theo chiều ng−ợc lại. Nh− vậy quá trình cộng tác chỉ là một chiều. Một b−ớc đột phá trong mô hình tính toán cộng tác là mô hình chia sẻ thiết bị (shared Trang 13
14. VIETBOOK device) theo đó một máy có thể cho máy khác sử dụng thiết bị của mình (chủ yếu là đĩa và máy in). Hệ điều hành mạng theo kiểu ngang hàng hay có sử dụng máy chủ dịch vụ đều có thể dùng cho mô hình này. Tuy nhiên chỉ ở mức này thôi thì chính CPU ch−a bị chia sẻ nghĩa là ch−a có sự phân tán trong xử lý mà chủ yếu là phân tán thông tin. Ngay cả việc sử dụng máy in từ xa cũng không mang ý nghĩa của xử lý phân tán vì thực chất chỉ là gửi nội dung in tới hàng đợi của một máy in do một máy tính nào đó quản lý mà thôi. Máy chủ cung cấp dịch vụ in không tạo ra giá trị mới cho công việc của máy uỷ thác dịch vụ in. Trong những năm gần đây đã xuất hiện mô hình khách/chủ trong đó một số máy chủ đóng vai trò cung ứng dịch vụ theo yêu cầu của các máy trạm. Máy trạm trong mô hình này gọi là máy khách (client), là nơi gửi các yêu cầu xử lý về máy chủ. Máy chủ (server) xử lý và gửi kết quả về máy khách. Máy khách có thể tiếp tục xử lý các kết quả này phục vụ cho công việc. Nh− vậy máy khách chịu trách nhiệm chủ yếu về giao diện và chỉ đảm nhận một phần xử lý. Trong mô hình khách/chủ, xử lý thực sự phân tán. Ta nói đến mô hình khách chủ chứ không nói đến hệ điều hành khách/chủ vì trên thực tế mô hình khách/chủ yêu cầu phải có một hệ điều hành dựa trên máy chủ, dù máy chủ này ở trong mạng cục bộ hay máy chủ cung cấp dịch vụ từ một mạng khác. Hầu hết các ứng dụng trên Internet là ứng dụng khách chủ sử dụng từ xa. L−u ý rằng các tiến trình khách và chủ đôi khi có thể thực hiện trên cùng một máy tính - Client process và server process có thể hoạt động trên cùng một bộ xử lý, trên các bộ sử lý khác nhau ở cùng một máy (các bộ xử lý song song), hoặc trên các bộ xử lý khác nhau trên các máy khác nhau (xử lý phân tán). - Một điều quan trọng cần nhận thấy là cả HĐH ngang hàng và HĐH dựa trên máy chủ đều có thể thỏa mãn mô hình khách/chủ. Trên thực tế, hầu hết các HĐH hiện đại đều cung cấp ít nhất một vài chức năng khách-chủ. • HĐH khách/chủ Các HĐH cho cấu trúc khách/chủ bao gồm: Sun Solaris NFS, UnixWare NFS, Novell Netware và Windows NT Server. - HĐH khách/chủ cho phép mạng tập trung các chức năng và các ứng dụng tại một hay nhiều máy dịch vụ file chuyên dụng. Theo cách này, chúng có thể hoạt động nh− tr−ờng hợp đặc biệt của HĐH dựa trên máy chủ. - Các máy dịch vụ file trở thành trung tâm của hệ thống, cung cấp sự truy cập tới các tài nguyên và cung cấp sự bảo mật. Các máy trạm riêng lẻ (máy khách) đ−ợc truy nhập tới các tài nguyên có sẵn trên máy dịch vụ file. - OS cung cấp cơ chế tích hợp tất cả các bộ phận của mạng và cho phép nhiều ng−ời dùng đồng thời chia sẻ cùng một tài nguyên bất kể vị trí vật lý. - Các hệ điều hành ngang hàng cũng có thể hoạt động nh− hệ điều hành khách/chủ nh− với Unix/NFS và Windows 95. 1Các điểm thuận lợi của một mạng khách/chủ: - Cho phép cả điều khiển tập trung và không tập trung: Các tài nguyên và bảo mật dữ liệu có thể đ−ợc điều khiển qua một máy chủ chuyên dụng hay rải rác trên tòan mạng. Trang 14
15. VIETBOOK - Chống quá tải mạng - Cho phép sử dụng các máy, các mạng chạy trên các nền khác nhau - Đảm bảo toàn vẹn dữ liệu - Giảm chi phí phát triển hệ thống 4.3. Các chức năng của một hệ điều hành mạng • Cung cấp ph−ơng tiện liên lạc giữa các tiến trình, giữa những ng−ời sử dụng và giữa các tài nguyên nói chung của toàn mạng. Có thể kể dến các khía cạnh sau: - Chuyển dữ liệu giữa các tiến trình - Đồng bộ hoá các tiến trình - Cung cấp ph−ơng tiện liên lạc giữa ng−ời sử dụng. ở mức thấp có thể là tạo, l−u chuyển và hiển thị các thông báo nóng trực tuyến, ở mức độ cao có thể là nhắn tin (paging) hoặc th− tín điện tử (Email) • Hỗ trợ cho các hệ điều hành của máy trạm - cho phép truy nhập tới máy chủ từ các máy trạm. Các HĐH mạng hiện đại đều cung cấp các hỗ trợ cho các hệ điều hành khác nhau chạy trên các máy trạm khách. Sau đây là một số ví dụ minh hoạ vấn đề này: 1Các hệ điều hành UNIX cung cấp các ch−ơng trình chạy trên DOS có tên là NFS (Network File System) khởi động trên DOS để các máy PC có thể sử dụng hệ thống tệp của các máy chủ UNIX. 2Một số hệ điều hành nh− Windows NT và Windows 95 cung cấp hỗ trợ cho các dịch vụ th− mục Novell (NDS) cho phép chúng truy nhập trực tiếp tới tài nguyên trên máy chủ Novell Netware. • Dịch vụ định tuyến và cổng nối - cho phép truyền thông giữa các giao thức mạng khác nhau. Ví dụ một máy chạy trên Novell NetWare với giao thức IPX/SPX không thể chạy trực tiếp các ứng dụng trên TCP/IP nh− một số các ứng dụng internet. Tuy vậy nếu có các modun chuyển đổi giao thức biến các gói tin IPX/SPX thành gói tin TCP/IP khi cần gửi từ mạng Netware ra ngoài và ng−ợc lại thì một máy chạy Netware có thể giao tiếp đ−ợc với Internet. Kiến trúc của Netware có ODI (Open Datalink Interface ) là phần để chuyển đổi và chồng (bao gói) các giao thức khác nhau. • Dịch vụ danh mục và tên. (Name /Directory Services) - Để có thể khai thác tốt tài nguyên trên mạng, NSD cần “nhìn thấy” một cách dễ dàng các tên tài nguyên (thiết bị, tệp) của toàn mạng một cách tổng thể. Vì thế một dịch vụ cung cấp danh mục tài nguyên là vô cùng quan trọng. - Đ−ơng nhiên việc NSD nhìn thấy các tài nguyên nào còn phụ thuộc vào thẩm quyền của ng−ời đó. Mỗi khi vào mạng, khi NSD đã đ−ợc mạng nhận diện, họ có thể nhìn thấy những tài nguyên đ−ợc phép sử dụng. - Trong NOVELL dịch vụ đó chính là NDS (Netware Directory Services). Trong Windows NT hay Windows95 đó chính là chức năng browser mà ta thấy đ−ợc cài đặt trong explorer. Trong UNIX với lệnh mount ta có thể kết nối tên tài nguyên của một hệ thống Trang 15
16. VIETBOOK con vào hệ thống tài nguyên chung. • Bảo mật - Chức năng này đảm bảo việc kiểm soát các quyền truy cập mạng, quyền sử dụng tài nguyên của mạng. Các ph−ơng pháp đ−ợc áp dụng bao gồm : Dùng các dịch vụ đĩa để điều khiển bảo mật: - Chia ổ đĩa cứng của máy chủ thành các phần đ−ợc gọi là volume hay partition sau đó gán volume đ−ợc phép cho ng−ời dùng. - Định các thẩm quyền trên tệp và th− mục. Có nhiều loại thẩm quyền. It nhất thì các thẩm quyền đ−ợc đọc, đ−ợc ghi và đ−ợc thực hiện đ−ợc áp dụng cho đa số các hệ điều hành mạng. Một số hệ điều hành quy định thẩm quyền khá chi tiết nh− quyền đ−ợc xoá, quyền đ−ợc sao chép, quyền xem th− mục, quyền tạo th− mục. Các quyền này lại đ−ợc xem xét cho đến từng nhóm đối t−ợng nh− cá nhân, nhóm làm việc hay tất cả mọi nguời. - Thẩm quyền vào mạng hay thực hiện một số dịch vụ đ−ợc nhận diện qua tên nguời sử dụng và mật khẩu. - Mã hoá các gói tin trên mạng. - Một số hệ điều hành còn cho phép mã hoá phần cứng để kiểm soát việc sử dụng thiết bị. • Cung cấp ph−ơng tiện chia sẻ tài nguyên. Những tài nguyên trên mạng có thể cho phép nhiều ng−ời đuợc sử dụng. Đáng kể nhất là đĩa (thực chất là tệp và th− mục) và máy in (thực chất là máy tính quản lý hàng đợi của máy in). HĐHM phải có các công cụ cho phép tạo ra các tài nguyên có thể chia sẻ đuợc. Các tài nguyên chia sẻ đ−ợc phải là các tài nguyên độc lập với mọi ứng dụng. Chính vì vậy nó phải đ−ợc cung cấp các trình điều khiển (driver) phù hợp với mạng. Máy in, modem là các tài nguyên nh− vậy. Trên mạng cũng cần có các công cụ can thiệp vào hoạt động của các tài nguyên mạng ví dụ: đình chỉ một tiến trình truy nhập mạng từ xa, thay đổi thứ tự hàng đơị trên máy in mạng • Tạo tính trong suốt để ng−ời sử dụng không nhìn thấy khó khăn trong khi sử dụng các tài nguyên mạng cũng nh− tài nguyên tại chỗ. Chính dịch vụ th− mục và tên nói trên là một ví dụ về chức năng này. Trong Windows 95/NT ng−ời ta có thể duyệt th− mục trên toàn mạng không có gì khác với việc duyệt th− mục trong đĩa cục bộ • Sao l−u dự phòng - Đối với bất kỳ hệ thống nào, chạy trên môi tr−ờng nào, vấn đề sao l−u dự phòng cũng quan trọng để có thể hồi phục thông tin của hệ thống sau một sự cố gây mất dữ liệu. Tuy nhiên trong môi tr−ờng mạng thì việc sao l−u có thể thực hiện đ−ợc việc sao l−u một cách tự động qua mạng. Chính vì thế các các hệ điều hành mạng đều cung cấp công cụ sao l−u nh− một chức năng cơ bản. Có nhiều ph−ơng pháp sao l−u. Trên Novell cho phép soi g−ơng (mirroring) các ổ đĩa mà ta có thể đặt trong khi cài đặt hệ thống. Novell có cả một dịch vụ tên là SMS (Storage Management Services) cung cấp các công cụ sao chép, hồi phục không chỉ dữ liệu của NSD mà cả dữ liệu của hệ thống ví dụ NDS. NT có chức năng replicate không những đối với đĩa mà còn ở mức th− mục và định kỳ. Điều đó rất cần thiết không chỉ trên mạng cục bộ mà ngay cả trên mạng rộng. • Các công cụ quản lý mạng: các tiện ích để giám sát và quản lý tài nguyên mạng. Quản trị mạng là một công việc đặc biệt tốn công sức, nhất là đối với các mạng lớn. Có 5 nội dung quản trị mạng: - Quản trị cấu hình mạng để đảm bảo các kết nối là hợp lý tuỳ thuộc vào nhu cầu kết Trang 16
17. VIETBOOK nối với ng−ời sử dụng. Cấu hình bao gồm các thiết bị và các phần mềm đ−ợc sử dụng với mục đích kết nối hay theo dõi hoạt động của mạng - Quản trị hiệu quả mạng, để đánh giá đ−ợc hiệu quả sử dụng thiết bị để có thể bổ sung, hoán chuyển thiết bị tuỳ thuộc theo nhu cầu của ng−ời sử dụng - Quản trị ng−ời hay nhóm ng−ời dùng mạng: cấp, huỷ bỏ hay hạn chế quyền của nguời sử dụng. Tính khối l−ợng sử dụng cho ng−ời hoặc nhóm ng−ời dùng mạng (để làm hoá đơn). Trong đó có cả nội dung tổ chức thông tin trên các ổ đĩa dùng chung (cấp, dọn rác, phân bố động không gian đĩa cho cá nhân và nhóm làm việc) - Phát hiện lỗi và sửa lỗi mạng. Trên mạng rộng việc định vị đ−ợc lỗi là điều không đơn giản, nó phụ thuộc rất nhiều vào kiến thức và kinh nghiệm của ng−ời quản trị. Một khi phát hiện đ−ợc lỗi cần cô lập khu vực để lỗi khỏi lây lan trên mạng. - Quản trị an ninh mạng chống những truy nhập bất hợp pháp vào mạng có thể phá hoại thông tin hay hoạt động bình th−ờng của mạng. 1Trong 5 vấn đề trên có thể phân loại thành 2 nhóm - Quản trị hoạt động của mạng - Quản trị việc sử dụng mạng 2Thông th−ờng vì sự hiệu quả các hệ điều hành mạng không kiêm tất cả các chức năng quản trị này mà có các phần mềm chuyên dụng quản trị mạng. Tuy nhiên một số chức năng th−ờng đ−ợc tích hợp vào hệ điều hành ví dụ quản trị tài khoản, quản trị hiệu quả. It nhất thì các công việc sau đây th−ờng có sẵn trong các hệ điều hành mạng - Khai báo NSD và cấp quyền hạn - Tạo các nhóm làm việc - Theo dõi trạng thái hoạt động của ng−ời sử dụng trên mạng. Trang 17