第 6章网络操作系统与网络结构
杜煜
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 2
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；
? 只为本地用户服务，不能满足网络环境的要求；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 3
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；
? 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,；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 4
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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 5
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
? 信息服务
? 目录服务
? 网络管理服务
? Internet/Intranet服务
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 6
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。
? 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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 7
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、调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。
计 算 机 A 计 算 机 B 计 算 机 C
计 算 机 E
调 制 解 调 器
共 享 文 件 夹
共 享 某 个 文 件 共 享 整 个 硬 盘
共 享 打 印 机
共 享 M o d e m
打 印 机
计 算 机 D
I n t e r n e t
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 8
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 。
? 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等。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 9
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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 10
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。
计 算 机 A 计 算 机 C
计 算 机 E打 印 机
文 件 服 务 器
各 种 数 据 资 源 和 应 用
程 序 集 中 管 理
数 据 库 服 务 器
数 据 库 资 源
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 11
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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 12
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。
? 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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 13
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。
? 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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 14
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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 15
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
? 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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 16
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。
? 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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 17
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）。
? 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。
? 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”。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 18
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。
? 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。
? Ultra3-SCSI
? Ultra3-SCSI使得 Ultra2-SCSI 的性能再一次提高，达到了
160Mbps的速度。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 19
SCSI系列标准
? 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。
? 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 。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 20
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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 21
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。
硬 盘 4
硬 盘 3硬 盘 2
硬 盘 1
文 件
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 22
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
硬 盘 1
硬 盘 2
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 23
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。
硬 盘 4硬 盘 3硬 盘 2硬 盘 1
文 件
硬 盘 5
1 - A 1 - B 1 - C 1 - D
1 - A 1 - B 1 - C 1 - D
E C C
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 24
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 4硬 盘 3硬 盘 2硬 盘 1
文 件
硬 盘 5
1 - A 1 - B 1 - C 1 - D
1 - A 1 - B 1 - C 1 - D E C C
2 - A 2 - B 2 - C 2 - D
2 - A 2 - B 2 - C
E C C
2 - D
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 25
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。
? 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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 26
典型的网络操作系统
? 早期的网络操作系统具有简单的文件服务和某些安全性特
性。随着用户要求的增加，现代网络操作系统提供了更为
广泛的服务。
? 目前，常用的网络操作系统有：
? Novell 公司的 NetWare；
? Microsoft的 Windows NT/2000；
? 带有网络功能的 UNIX。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 27
Windows NT和 Windows 2000
? 1983年 11月,Microsoft第一个 Windows产品 ——
Windows 1.0；
? 1987年 12月,Windows 2.0，其在技术上已有了明显
地进步，允许同时执行多个程序，利用微处理器中的保
护模式，突破了 DOS中的 640KB内存的限制 ；
? 1990年 5月,Windows 3.0，对 Windows 2.0进行了改
进；
? 1992年 5月，工作组网络 Windows for Workgroup 3.1；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 28
Windows NT和 Windows 2000
?1993年 5月,Windows NT 3.1，与 DOS脱离，采用了很
多新技术，但对硬件资源要求较高；
?1994年 9月,Windows NT 3.5，对 NT 3.1进行了改进，
降低了对硬件资源的要求，增加了与 UNIX和 NetWare等的
连接和集成；
?1996年 7月,Windows NT 4.0，在性能、易用性与可管
理性以及支持 Internet/Intranet方面，有了重大的改进；
?2000年,Windows 2000，适用于个人和企业对操作系
统的各种需要；
?2001年,Window XP。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 29
Windows NT的特性
? 体系结构的独立性；
? 多处理器支持；
? 多线程的多任务；
? 大量的内存空间；
? 集中化的用户环境文件；
? 远程访问服务；
? 基于域和工作组的管理功能；
? 容错与多驱动器阵列 (RAID)支持；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 30
Windows 2000 产品系列
? Windows 2000 Professional
? Windows 2000 Professional是 Microsoft在
Windows NT Workstation 4.0基础上发展起来的
客户端的操作系统，不仅继承了 NT Workstation
4.0的稳定性和可靠性等优点，而且还拥有了更好
的用户界面、支持即插即用、管理起来也更加方便，
而且具有更高级别的安全性和更好的性能。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 31
Windows 2000产品系列
? Windows 2000 Server
? 用来支持文件和打印、应用程序,Web以及通信服
务功能的多任务操作系统。
? 提供可扩展、基于 Internet标准、与操作系统紧密结
合的活动目录服务，方便了网络资源的管理和查找。
? 提供了 Web和 Internet服务，为客户在商业上采用
Web技术提供了便利条件，它能适应从简单的 Web
站点到 Web应用及视频点播等流媒体服务的各种需
要。
? 支持 4GB的物理内存和两路 SMP对称多处理系统，
并包含了活动目录,COM+、公共密钥设施、智能
镜像 (Intellimirror)和 Terminal服务等特性，它适合
于中小型规模企业作为应用分发,Web服务器、工
作组和分支办公室的服务器操作系统。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 32
Windows 2000产品系列
? Windows 2000 Advanced Server
? 部门和应用服务器，比 Windows 2000 Server提供
了更多的网络功能和 Internet服务；
? 支持四路 SMP和 64GB物理内存；
? 集成了可伸缩集群服务，是数据库应用、高可用集
群和为大型系统和应用的可伸缩性提供负载平衡服
务的理想平台。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 33
Windows 2000 Server产品系列
? Windows 2000 Datacenter Server
? Datacenter Server是功能性最强的服务器操作系统。
? 支持 16路 SMP和 64GB的物理内存。
? Windows 2000 Datacenter Server提供了集群和负
载平衡服务两个基本特征服务，适合于大规模数据
仓库、计量经济学分析、大规模科学和工程计算、
事务处理、大规模的 ISP等应用。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 34
NetWare操作系统
? NetWare操作系统的发展起源于 1981年,Novell公司
首次提出了 LAN文件服务器的概念；
? 1983年，基于 Motorola MC68000 (操作系统为 CP/M)
的网络操作系统 Novell SHARE-NET。
? 1984年,NetWare 1.0，以 MS-DOS为环境的网络操
作系统。
? 1985年,Advanced NetWare 1.X，增加了多任务处理
功能，完善了低层协议，并支持基于不同网卡的结点互
连；
? 1986年,Advanced NetWare 2.0，扩充了虚拟内存工
作方式，并且内存寻址突破 640KB；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 35
NetWare操作系统
?1987年,NetWare 2.1，在 Netware文件服务器增加了
系统容错机制 (SFT)，包括热修复、磁盘镜像和磁盘双工
等特性；
?1990年,NetWare 3.1，在网络整体性能、系统的可靠
性、网络管理 和应用开发平台等方面予以增强；
?1993年,NetWare 4.0，在 3.11的基础上，增加了目录
服务和磁盘文件压缩功能，具有良好的可靠性、易用性、
可缩放性和灵活性。
?1998年 9月,NetWare 5，更大程度地支持并加强了
Internet/Intranet以及数据库的应用与服务。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 36
NetWare操作系统的结构
8 0 2, 3 8 0 2, 5 其 他 协 议
N e t B I O S 仿 真
I P X
S P X
N e t W a r e 核 心 协 议 N C P
（ N e t W a r e 文 件 系 统 ）
P C D O S
N e t W a r e 核 心 服 务
N e t W a r e
增 值 服 务
应 用 程 序 （ 菜 单 实 用 程 序, 电 子 邮 件 等 ）
数 据 链 路 层
物 理 层
网 络 层
传 输 层
会 话 层
表 示 层
应 用 层
? IPX（ Internet Packet
eXchange） 作为网络层的
分组交换协议，提供分组
寻址和选择路由功能，但
不保证可靠到达，相当于
数据报功能。 IPX是
Netware结构中关键部分，
是工作站和文件服务器相
互通信的协议，是较高层
SPX和 NetBIOS的基础。
?SPX（ Sequenced Packet eXchange） 是 NetWare的运
输层协议，它与 TCP/IP协议组中的 TCP协议类似，以面向
连接的通信方式工作，向上提供简单却功能很强的服务。
它可以保证信息流按序、可靠地传送。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 37
NetWare操作系统的结构
?NetWare核心协议 NCP（ NetWare Core Protocol）
在用户发送请求给服务器的远端文件服务过程中执行。文件
服务过程所产生的相应信息送回给用户。在 NCP的基础上形
成了文件和网络所有的服务。利用这些服务，可以构成各种
功能的应用程序。 NCP支持使用虚电路和数据报两种网络应
用接入接口。
?NCP的主要功能是：服务连接维护、目录维护、文件维护、
数据访问同步、保密库维护、网络维护、打印维护、软件拷
贝保护、计费服务和队列管理服务。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 39
Netware的系统容错技术
? 三级容错
? 第一级针对硬盘表面介质出故障而设计，采用双重
目录、文件夹、磁盘热修复等；
? 第二级针对硬盘故障而设计，采用硬盘镜像方法；
? 第三级提供文件服务器镜像的功能；
? 事务跟踪系统
? 防止在写数据库记录的过程中系统出故障而造成数
据丢失；
? 采用“事务”处理方法；
? UPS监控
? 防止网络供电系统电压波动或中断造成损失；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 40
UNIX操作系统
? UNIX不是网络操作系统，但由于它能支持通信功能，并
提供一些大型服务器的操作系统的功能，因此也可把它
作为网络操作系统；
? 在 20世纪 80年代,UNIX是用于小型计算机的操作系统，
以替代一些专用操作系统。在这些系统中,UNIX作为一
种多用户操作系统运行，应用软件和数据集中在一起，
经过不断的发展,UNIX已成为可移植的操作系统，能运
行在范围广阔的各种计算机上，包括大型主机和巨型计
算机，从而大大扩大了应用范围。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 41
UNIX操作系统的结构
? UNIX内核
? UNIX内核的功能是完成底层与硬件相关
的功能，控制着计算机的资源，并且将
这些资源分配给正在计算机上运行的应
用程序。
? Shell
? Shell的作用是解释来自用户和应用的命
令，使计算机资源的管理更加容易和高效。 Shell程序与用户进行交互，使用户
能够运行程序、拷贝文件、登录或退出系统以及完成一些其它的任务。 Shell程
序可以显示简单的命令行提示光标，或
者显示一个有图标与窗口的图形用户界面（ X-Windows）。 Shell程序与在
UNIX上运行的应用程序一起利用内核提
供的服务，对文件与外围设备进行管理。
由于 Shell程序与硬件无关，因此更容易
移植,UNIX可具有多种 Shell。
内 核
S h e ll
实 用 程 序
应 用
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 42
? 实用程序与应用
? 实用程序处于 Shell的外层，提供了大部分的可执行程
序，而用户的应用程序在实用程序之上。严格来讲，实
用程序和用户应用程序是属于同一性质的，但实用程序
大多是为了帮助操作系统执行作业以及帮助程序员开发
软件。由于 UNIX具有很多的实用程序，使 UNIX实际
上成为和硬件独立的操作系统，适用于开发范围甚广的
各种应用。
UNIX操作系统的结构
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 43
UNIX操作系统的功能特性
? UNIX是一个多用户、多任务操作系统；
? UNIX具有良好的用户界面；
? UNIX的设备独立性；
? 具有很好的可移植性；
? 可以直接支持网络功能；
? 可靠的系统安全。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 44
关于 Linux操作系统
? UNIX操作系统一个很大的缺点就是 UNIX价格昂贵，
Linux是一个自由软件，它对各厂家的 UNIX造成了巨
大的冲击。
? Linux是一套免费使用和自由传播的类 UNIX操作系统，
它主要用于基于 Intel x86系列 CPU的计算机上。这个
系统是由全世界各地的成千上万的程序员设计和实现
的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、
全世界都能自由使用的 UNIX兼容产品。
杜煜
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 2
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；
? 只为本地用户服务，不能满足网络环境的要求；
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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；
? 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,；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 4
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
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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
? 信息服务
? 目录服务
? 网络管理服务
? Internet/Intranet服务
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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。
? 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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 7
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、调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。
计 算 机 A 计 算 机 B 计 算 机 C
计 算 机 E
调 制 解 调 器
共 享 文 件 夹
共 享 某 个 文 件 共 享 整 个 硬 盘
共 享 打 印 机
共 享 M o d e m
打 印 机
计 算 机 D
I n t e r n e t
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 8
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 。
? 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等。
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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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 10
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。
计 算 机 A 计 算 机 C
计 算 机 E打 印 机
文 件 服 务 器
各 种 数 据 资 源 和 应 用
程 序 集 中 管 理
数 据 库 服 务 器
数 据 库 资 源
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 11
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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 12
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。
? 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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 13
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。
? 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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 14
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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 15
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
? 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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 16
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。
? 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
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 17
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）。
? 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。
? 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”。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 18
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。
? 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。
? Ultra3-SCSI
? Ultra3-SCSI使得 Ultra2-SCSI 的性能再一次提高，达到了
160Mbps的速度。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 19
SCSI系列标准
? 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。
? 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 。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 20
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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 21
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。
硬 盘 4
硬 盘 3硬 盘 2
硬 盘 1
文 件
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 22
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
硬 盘 1
硬 盘 2
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 23
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。
硬 盘 4硬 盘 3硬 盘 2硬 盘 1
文 件
硬 盘 5
1 - A 1 - B 1 - C 1 - D
1 - A 1 - B 1 - C 1 - D
E C C
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 24
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 4硬 盘 3硬 盘 2硬 盘 1
文 件
硬 盘 5
1 - A 1 - B 1 - C 1 - D
1 - A 1 - B 1 - C 1 - D E C C
2 - A 2 - B 2 - C 2 - D
2 - A 2 - B 2 - C
E C C
2 - D
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 25
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。
? 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。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 26
典型的网络操作系统
? 早期的网络操作系统具有简单的文件服务和某些安全性特
性。随着用户要求的增加，现代网络操作系统提供了更为
广泛的服务。
? 目前，常用的网络操作系统有：
? Novell 公司的 NetWare；
? Microsoft的 Windows NT/2000；
? 带有网络功能的 UNIX。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 27
Windows NT和 Windows 2000
? 1983年 11月,Microsoft第一个 Windows产品 ——
Windows 1.0；
? 1987年 12月,Windows 2.0，其在技术上已有了明显
地进步，允许同时执行多个程序，利用微处理器中的保
护模式，突破了 DOS中的 640KB内存的限制 ；
? 1990年 5月,Windows 3.0，对 Windows 2.0进行了改
进；
? 1992年 5月，工作组网络 Windows for Workgroup 3.1；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 28
Windows NT和 Windows 2000
?1993年 5月,Windows NT 3.1，与 DOS脱离，采用了很
多新技术，但对硬件资源要求较高；
?1994年 9月,Windows NT 3.5，对 NT 3.1进行了改进，
降低了对硬件资源的要求，增加了与 UNIX和 NetWare等的
连接和集成；
?1996年 7月,Windows NT 4.0，在性能、易用性与可管
理性以及支持 Internet/Intranet方面，有了重大的改进；
?2000年,Windows 2000，适用于个人和企业对操作系
统的各种需要；
?2001年,Window XP。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 29
Windows NT的特性
? 体系结构的独立性；
? 多处理器支持；
? 多线程的多任务；
? 大量的内存空间；
? 集中化的用户环境文件；
? 远程访问服务；
? 基于域和工作组的管理功能；
? 容错与多驱动器阵列 (RAID)支持；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 30
Windows 2000 产品系列
? Windows 2000 Professional
? Windows 2000 Professional是 Microsoft在
Windows NT Workstation 4.0基础上发展起来的
客户端的操作系统，不仅继承了 NT Workstation
4.0的稳定性和可靠性等优点，而且还拥有了更好
的用户界面、支持即插即用、管理起来也更加方便，
而且具有更高级别的安全性和更好的性能。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 31
Windows 2000产品系列
? Windows 2000 Server
? 用来支持文件和打印、应用程序,Web以及通信服
务功能的多任务操作系统。
? 提供可扩展、基于 Internet标准、与操作系统紧密结
合的活动目录服务，方便了网络资源的管理和查找。
? 提供了 Web和 Internet服务，为客户在商业上采用
Web技术提供了便利条件，它能适应从简单的 Web
站点到 Web应用及视频点播等流媒体服务的各种需
要。
? 支持 4GB的物理内存和两路 SMP对称多处理系统，
并包含了活动目录,COM+、公共密钥设施、智能
镜像 (Intellimirror)和 Terminal服务等特性，它适合
于中小型规模企业作为应用分发,Web服务器、工
作组和分支办公室的服务器操作系统。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 32
Windows 2000产品系列
? Windows 2000 Advanced Server
? 部门和应用服务器，比 Windows 2000 Server提供
了更多的网络功能和 Internet服务；
? 支持四路 SMP和 64GB物理内存；
? 集成了可伸缩集群服务，是数据库应用、高可用集
群和为大型系统和应用的可伸缩性提供负载平衡服
务的理想平台。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 33
Windows 2000 Server产品系列
? Windows 2000 Datacenter Server
? Datacenter Server是功能性最强的服务器操作系统。
? 支持 16路 SMP和 64GB的物理内存。
? Windows 2000 Datacenter Server提供了集群和负
载平衡服务两个基本特征服务，适合于大规模数据
仓库、计量经济学分析、大规模科学和工程计算、
事务处理、大规模的 ISP等应用。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 34
NetWare操作系统
? NetWare操作系统的发展起源于 1981年,Novell公司
首次提出了 LAN文件服务器的概念；
? 1983年，基于 Motorola MC68000 (操作系统为 CP/M)
的网络操作系统 Novell SHARE-NET。
? 1984年,NetWare 1.0，以 MS-DOS为环境的网络操
作系统。
? 1985年,Advanced NetWare 1.X，增加了多任务处理
功能，完善了低层协议，并支持基于不同网卡的结点互
连；
? 1986年,Advanced NetWare 2.0，扩充了虚拟内存工
作方式，并且内存寻址突破 640KB；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 35
NetWare操作系统
?1987年,NetWare 2.1，在 Netware文件服务器增加了
系统容错机制 (SFT)，包括热修复、磁盘镜像和磁盘双工
等特性；
?1990年,NetWare 3.1，在网络整体性能、系统的可靠
性、网络管理 和应用开发平台等方面予以增强；
?1993年,NetWare 4.0，在 3.11的基础上，增加了目录
服务和磁盘文件压缩功能，具有良好的可靠性、易用性、
可缩放性和灵活性。
?1998年 9月,NetWare 5，更大程度地支持并加强了
Internet/Intranet以及数据库的应用与服务。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 36
NetWare操作系统的结构
8 0 2, 3 8 0 2, 5 其 他 协 议
N e t B I O S 仿 真
I P X
S P X
N e t W a r e 核 心 协 议 N C P
（ N e t W a r e 文 件 系 统 ）
P C D O S
N e t W a r e 核 心 服 务
N e t W a r e
增 值 服 务
应 用 程 序 （ 菜 单 实 用 程 序, 电 子 邮 件 等 ）
数 据 链 路 层
物 理 层
网 络 层
传 输 层
会 话 层
表 示 层
应 用 层
? IPX（ Internet Packet
eXchange） 作为网络层的
分组交换协议，提供分组
寻址和选择路由功能，但
不保证可靠到达，相当于
数据报功能。 IPX是
Netware结构中关键部分，
是工作站和文件服务器相
互通信的协议，是较高层
SPX和 NetBIOS的基础。
?SPX（ Sequenced Packet eXchange） 是 NetWare的运
输层协议，它与 TCP/IP协议组中的 TCP协议类似，以面向
连接的通信方式工作，向上提供简单却功能很强的服务。
它可以保证信息流按序、可靠地传送。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 37
NetWare操作系统的结构
?NetWare核心协议 NCP（ NetWare Core Protocol）
在用户发送请求给服务器的远端文件服务过程中执行。文件
服务过程所产生的相应信息送回给用户。在 NCP的基础上形
成了文件和网络所有的服务。利用这些服务，可以构成各种
功能的应用程序。 NCP支持使用虚电路和数据报两种网络应
用接入接口。
?NCP的主要功能是：服务连接维护、目录维护、文件维护、
数据访问同步、保密库维护、网络维护、打印维护、软件拷
贝保护、计费服务和队列管理服务。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 39
Netware的系统容错技术
? 三级容错
? 第一级针对硬盘表面介质出故障而设计，采用双重
目录、文件夹、磁盘热修复等；
? 第二级针对硬盘故障而设计，采用硬盘镜像方法；
? 第三级提供文件服务器镜像的功能；
? 事务跟踪系统
? 防止在写数据库记录的过程中系统出故障而造成数
据丢失；
? 采用“事务”处理方法；
? UPS监控
? 防止网络供电系统电压波动或中断造成损失；
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 40
UNIX操作系统
? UNIX不是网络操作系统，但由于它能支持通信功能，并
提供一些大型服务器的操作系统的功能，因此也可把它
作为网络操作系统；
? 在 20世纪 80年代,UNIX是用于小型计算机的操作系统，
以替代一些专用操作系统。在这些系统中,UNIX作为一
种多用户操作系统运行，应用软件和数据集中在一起，
经过不断的发展,UNIX已成为可移植的操作系统，能运
行在范围广阔的各种计算机上，包括大型主机和巨型计
算机，从而大大扩大了应用范围。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 41
UNIX操作系统的结构
? UNIX内核
? UNIX内核的功能是完成底层与硬件相关
的功能，控制着计算机的资源，并且将
这些资源分配给正在计算机上运行的应
用程序。
? Shell
? Shell的作用是解释来自用户和应用的命
令，使计算机资源的管理更加容易和高效。 Shell程序与用户进行交互，使用户
能够运行程序、拷贝文件、登录或退出系统以及完成一些其它的任务。 Shell程
序可以显示简单的命令行提示光标，或
者显示一个有图标与窗口的图形用户界面（ X-Windows）。 Shell程序与在
UNIX上运行的应用程序一起利用内核提
供的服务，对文件与外围设备进行管理。
由于 Shell程序与硬件无关，因此更容易
移植,UNIX可具有多种 Shell。
内 核
S h e ll
实 用 程 序
应 用
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 42
? 实用程序与应用
? 实用程序处于 Shell的外层，提供了大部分的可执行程
序，而用户的应用程序在实用程序之上。严格来讲，实
用程序和用户应用程序是属于同一性质的，但实用程序
大多是为了帮助操作系统执行作业以及帮助程序员开发
软件。由于 UNIX具有很多的实用程序，使 UNIX实际
上成为和硬件独立的操作系统，适用于开发范围甚广的
各种应用。
UNIX操作系统的结构
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 43
UNIX操作系统的功能特性
? UNIX是一个多用户、多任务操作系统；
? UNIX具有良好的用户界面；
? UNIX的设备独立性；
? 具有很好的可移植性；
? 可以直接支持网络功能；
? 可靠的系统安全。
2010年 5月 计算机网络基础 杜煜 44
关于 Linux操作系统
? UNIX操作系统一个很大的缺点就是 UNIX价格昂贵，
Linux是一个自由软件，它对各厂家的 UNIX造成了巨
大的冲击。
? Linux是一套免费使用和自由传播的类 UNIX操作系统，
它主要用于基于 Intel x86系列 CPU的计算机上。这个
系统是由全世界各地的成千上万的程序员设计和实现
的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、
全世界都能自由使用的 UNIX兼容产品。
