Sơ lược về hệ điều hành mạng

Hiện nay, máy tính không được dùng một cách riêng lẻ và nhiều máy tính được kết nối thành một hệ thống tính toán chung; mỗi máy tính đảm nhận một chức năng bộ phận và toàn bộ hệ thống tính toán chung đó có năng lực hơn hẳn việc sử dụng riêng lẻ. Theo tiến trình đó các loại HĐH mạng, HĐH phân tán và HĐH tự trị cộng tác xuất hiện (hình 1.3). So với HĐH tập trung, kết nối phần cứng và phần mềm trong hệ thống máy tính trở nên mềm dẻo hơn, trong một số trường hợp (như HĐH mạng) kết nối đó là lỏng lẻo.

HĐH mạng cho phép liên kết nhiều máy tính theo cách không thực sự chặt chẽ: không có sự điều khiển phần cứng hoặc phần mềm trực tiếp từ một trạm làm việc (workstation) tới những trạm làm việc khác tồn tại trong hệ thống, và tổng phí truyền thông giữa các trạm cuối (đo theo thời gian) là lớn hơn rất nhiều so với chuyển giao thông tin nội tại trong mỗi trạm cuối. Mục tiêu căn bản của HĐH mạng là chia xẻ tài nguyên (bao gồm chương trình và dữ liệu) trong mạng. Tương tác duy nhất trong hệ thống là trao đổi thông tin giữa các trạm thông qua một vài dạng kênh truyền thông ngoài. Đặc trưng duy nhất, liên thao tác (interoperability) là tính chất mong muốn trong hệ thống máy tính mạng. Liên thao tác cung cấp tính linh hoạt trong trao đổi thông tin dọc theo các trạm trong mạng máy tính hỗn tạp, đây được gọi là tính liên tác động. Liên thao tác được biểu thị bởi các giao thức truyền thông chuẩn và giao diện chung nhằm chia xẻ CSDL và hệ thống File. Ví dụ về cơ chế hỗ trợ liên thao tác là giao thức truyền thông chuẩn và giao diện chung tới các CSDL (data base) hoặc hệ thống file.

Chức năng trao đổi thông tin được phân chia và thi hành theo cấu trúc mức. Tại mức phần cứng, mạng con truyền thông chịu trách nhiệm thi hành trao đổi thông tin. Cao hơn, HĐH cung cấp dịch vụ giao vận (transport service) dữ liệu và người dùng sử dụng các giao thức truyền thông quá trình điểm - điểm (peer to peer) hướng ứng dụng. Các mức có thể mịn hơn như kiến trúc bảy mức OSI của ISO.

HĐH mạng có thể được coi là mở rộng trực tiếp HĐH truyền thống, được thiết kế nhằm làm thuận tiện chia xẻ tài nguyên và trao đổi thông tin. Do đó, thuận tiện mô tả HĐH mạng thông qua minh họa các ứng dụng mạng chung của nó và các dịch vụ giao vận cần có để hỗ trợ các ứng dụng này. Dịch vụ giao vận phục vụ như một giao diện đứng giữa QT ứng dụng mạng và mạng truyền thông vật lý, và nó thi hành giao thức truyền thông giữa hai hệ điều hành điểm. Hình 1.6 cho thấy sự tích hợp các dịch vụ giao vận trong HĐH đối với QT ứng dụng truy nhập hệ thống file từ xa. Ví dụ này được mô hình hóa theo Hệ thống file mạng (Network File System: NFS) của Sun. Truy nhập file từ xa dựa trên hệ thống file mạng truyền thông và được chuyển dịch bởi hệ thống mạng thành các giao vận dữ liệu giữa các dịch vụ điểm.

Hình 1.6.Tích hợp dịch vụ giao vận

Hầu hết các HĐH mạng dùng API mức cao chẳng hạn như socket và lời gọi thủ tục từ xa (Remote Procedure Call: RPC) đối với dịch vụ giao vận nhằm hỗ trợ truyền thông giữa các HĐH trong các miền mạng khác nhau. HĐH mạng được đặc trưng bởi tập gồm một mức giao vận và hỗ trợ ứng dụng mạng chạy trên dịch vụ giao vận. Các lớp ứng dụng mạng đáng chú ý là đăng nhập từ xa (remote login), chuyển file (file transfer), thông điệp, duyệt mạng (network browsing) và thực hiện từ xa (remote execution). Dưới đây trình bày sơ lược về chúng.

-Đăng nhập từ xa: là khả năng cho phép trạm riêng của người dùng thành một trạm cuối đăng nhập vào một trạm làm việc từ xa trong mạng, cho phép chia xẻ trực tiếp CPU và tài nguyên tương ứng của nó. Để đăng nhập từ xa input từ bàn phím được chuyển đổi thành các bó dữ liệu của các giao thức truyền thông mạng. Tại điểm đối ngẫu áp dụng tới hiển thị output. Đôi lúc hy vọng mô phỏng rất nhiều kiểu trạm cuối (được gọi là mô phỏng trạm cuối). Như vậy, việc dàn xếp giữa các tham số trạm cuối là cần thiết trước khi kết nối được thiết lập. Dịch vụ với mở rộng kết hợp này được gọi là hỗ trợ trạm cuối ảo. Một ứng dụng mạng được sử dụng rộng rãi với mở rộng như vậy là telnet, một dịch vụ đăng nhập từ xa được thiết kế cho các trạm cuối không đồng bộ (asynchronous: dị bộ). Trong UNIX, rlogin là dịch vụ tương tự ngoại trừ nó không hỗ trợ mô phỏng trạm cuối. Thêm vào, rlogin giả thiết rằng host từ xa trong cùng một miền đồng nhất, và việc xác minh mật khẩu không phải là một lựa chọn ngầm định.

-Truyền file: là năng lực truyền file hoặc mang chuyển file dọc theo các trạm làm việc khác nhau trong một hệ thống mạng. Truyền file không đơn thuần một trao đổi dữ liệu. File chứa dữ liẹu, cấu trúc file và cả các thuộc tính file. Như vậy, một giao thức truyền file (chẳng hạn, fpt trong UNIX) bắt buộc cung cấp một giao diện tới các hệ thống file địa phương và hỗ trợ các lệnh tương tác của người dùng. Thông tin về thuộc tính file, khuôn dạng dữ liệu, dòng dữ liệu, và điều khiển truy nhập bắt buộc phải được trao đổi và có giá trị như một phần của thao tác truyền file. Nhân bản file từ xa (rcp) trong UNIX là một dịch vụ truyền file có hạn chế bằng việc sao các fioe giữa các trạm làm việc, khi giả thiết rằng cấu trúc file UNIX là như nhau trong miền mạng (tức là HĐH tại các nút là đồng nhất).

-Hệ thống thông điệp cho phép người sử dụng mạng gửi và nhận tài liệu hoặc thông điệp mà không cần tạo ra một kết nối thời gian thực. Hai ứng dụng thông điệp chính là Chuyển đổi dữ liệu điện tử (Electronic Data Interchange: EDI) đói với các giao dịch (transaction) kinh doanh và thư điện tử (e-mail). EDI là ứng dụng chuẩn mà nguyên tắc chủ đạo là truyền thông tin kinh doanh. E-mail là thông điệp cho phép trao đổi thông điệp giữa các người dùng mạng. Khác với truyền File, hệ thống mail là không thông dịch ngoại trừ những thông điệp chung được gắn vào trong mail (hiện nay, điều này không hoàn toàn do một số hệ thống mail có chức năng thực hiện từ xa). Thuộc tính cấu trúc và điều khiển truy nhập của dữ liệu mail không được chú ý. Điều căn bản là nắm giữ và truyền thông điệp và giao diện người dùng thao tác trên thông điệp mail. Rất nhiều chuẩn, chẳng hạn X.400 do CCITT (nay là, ITU-T) và Giao thức truyền mail đơn giản (Simple Mail Transfer Protocol: SMTP) của Bộ quốc phòng Mỹ, đã được đề xuát nhằm thi hành hệ thống mail mạng. Nhiều hệ thống e-mail tinh vi đã được xây dựng, để phục vụ như bộ chuyển đổi có năng lực truyền thông giữa các hệ thống mail khác nhau.

-Duyệt mạng là dịch vụ thông tin để tìm kiếm và trình bày các tài liệu giữa các site mạng thành viên. Trình duyệt thường được thi hành như là một hệ thống Client/Server trong đó trình duyệt là khách truy nhập đối tượng tại phục vụ file từ xa. Hệ thống được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là WWW (World Wide Web). WWW là mô hình dữ liệu để liên kết các tài liẹu siêu phương tiện dùng các chỉ dẫn được gọi là Bộ định vị tài nguyên thống nhất (Universal Resource Locator: URL). Tài liệu được hiển thị bởi trình duyệt thường là siêu văn bản (hypertext) và có thể chứa nhiều con trỏ tới siêu văn bản khác hoặc siêu phương tiện khác. Trình duyệt, chăng hạn Mosaic, truyền thông với phục vụ WWW dùng giao thức truyền siêu văn bản (HyperText Transport Protocol: HTTP). Các giao thức khác, chẳng hạn ftp và telnet cũng được sử dụng. Tài liệu đa phương tiện điển hình được cấu trúc khi sử dụng Ngôn ngữ đánh dấu văn bản (HyperText Markup Language: HTML) và được phân tán nhờ dịch vụ Web. Hiện có nhiều hệ thóng duyệt khác với (cơ sở dữ liệu) tài nguyên phân tán lớn. Vào thời điểm 1997, Netscape hầu như là hệ thống duyệt phổ dụng nhất với hiẹu quả bổ sung của nó và sự mở rộng về an toàn.

-Thực hiện từ xa là khả năng gửi thông điệp đòi hỏi sự thực hiện một chương trình tại site từ xa. Do các chương trình thực hiện được là phụ thuộc máy và không thể chạy trên máy tùy ý, sự thực hiện từ xa thường được làm theo cách thông dịch (không là biên dịch) một file script hoặc mã liên phương tiên độc lập máy được thông điệp đưa ra. Thực hiện từ xa là một công cụ mạng rất mạnh song nguy hiểm. Vì thế nó thường được giới hạn tới một số ứng dụng mà sự hạn chế có thể kéo theo việc ngăn ngừa đe doạ và bảo vệ khỏi vi phạm.

ứng dụng tốt của thực hiện từ xa là chuyển vận dữ liệu đa phương tiện. File video và ảnh đòi hỏi khối lượng lớn băng thông nếu chúng được truyền dưới dạng dòng điểm. Chúng cũng phải gặp bài toán về tính không tương thích trong hiển thị output. Một số ngôn ngữ liên phương tiện phổ dụng có thể được dùng để đặc tả dạng thống nhất và cô đọng hơn. Tại điểm nhận, thông dịch tương ứng được gọi nhằm dịch dữ liệu hoặc thực hiện các chỉ thị trong ngôn ngữ đa phương tiện. Vấn đề chuyển đổi dữ liệu được giải quyết và việc tải trên mạng là rất lớn.

Nhiều ứng dụng mạng sử dụng khái niệm thực hiện từ xa. Ví dụ, MIME (Multupurpose Internet Mail Extension) là hệ thống mail tích cực mà hỗ trợ trao đổi mail đa phương tiện giữa các máy tính khác nhau, chẳng hạn, thông điệp có thể mang một kiểu đặc biệt cho một hiển thị riêng. Phụ thuộc vào kiểu, quá trình tương ứng được gọi nhằm thực hiện bài toán. Thông điệp ytong mail MIME được thông dịch và có cùng hiệu quả như chương trình thực hiện ở xa.

Cách tiếp cận tổng quát hơn tới thực hiện từ xa trong ngôn ngữ và môi trường lập trình Java. Java là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng mục đích - tổng quát, xuất pát từ C++. Biên dịch Java cho dãy các chỉ thị mã-byte hiệu năng cao và độc lập máy cô đọng có thể được gửi và thông dịch tại host bất kỳ miễn có sẵn thông dịch Java. Chương trình mã-byte được gọi là tiểu dụng (applet). Nhằm hỗ trợ dịch vụ mạng và phân tán, môi trường lập trình Java cung cấp thư viện gồm các thủ tục con kết hợp chặt chẽ các giao thức Internet, chẳng hạn http và fpt. Một tiểu dụng Java là một đối tượng mà có thể được chỉ dẫn tại một URRL nhằm mở các đối tượng khác. Một ứng dụng trực tiếp của tiểu dụng trong WWW là sử dụng thế mạnh động của tiểu dụng để kéo ảnh được tạo ra dễ dàng hơn trong hệ thống duyệt. Phiên bản mới của Netscape được thi hành nhờ sử dụng Java vì vậy hỗ trợ tiểu dụng Java.

Do việc sử dụng những ứng dụng chia sẻ tài nguyên mạng như trên đang phát triển, chúng được thi hành như những phục vụ hệ thống chuẩn (quá trình chạy ngầm: daemon) thực hiện giao thức điểm trên một hạ tầng dịch vụ giao vận và trở thành bộ phận của HĐH mạng.

-Ngoài ra, hiện có nhiều hướng cải tiến truyền thông trên mạng liên quan đến tính chất lin hoạt, thường được gọi là "tích cực" trong mạng, liên quan đến giao thức (thông điệp tích cực: active massage), liên quan đến môi trường (mạng tích cực: active network) … Mặt khác, an ninh mạng đã và đang là một trong những vấn đề cốt lõi nhất hiện nay.