Kotitehtävä 10





Verkkokäyttöjärjestelmät



1.12.1998

Eija Raatikainen & Mika Peuhkurinen
Tietotekniikan osasto
Eikka <eraatika@cc.hut.fi>
Miihka <mpeuhkur@cc.hut.fi>




Tiivistelmä

Mikä oikeastaan on verkkokäyttöjärjestelmä? Mihin sitä tarvitaan? Ylläoleviin kysymyksiin tarjoaa tämä essee eräänlaiset vastaukset. Tässä esseessä käsitellään verkkokäyttöjärjestelmää ja sen tehtäviä yleisesti. Verkkokäyttöjärjestelmätyypeistä katsastetaan yleisesti palvelin- ja vertaisverkkojärjestelmiä, niiden eroja ja hyviä- ja huonoja puolia. Esseessä tutustutaan myös muutamaan yleisimmin käytettyyn verkkokäyttöjärjestelmään, Microsoft NT:hen sekä Novell:n NetWareen, ja tarkastellaan niissä käytettyjä protokollia ja palveluita.

1. Johdanto

UNIX-koneessa keskusyksikkö valvoo, ettei järjestelmään pääse luvattomia vieraita, tai ettei käyttäjät pääse tuhoamaan luvatta tiedostoja. UNIX:n perusominaisuuksiin kuuluu se, että samaa konetta voi käyttää useampia käyttäjiä yhtäaikaa, se on siten monen käyttäjän käyttöjärjestelmä. PC-koneet on alunperin suunniteltu vain yhden käyttäjän tarpeisiin, niinpä sen toiminnoista on poistettu sellaisia suojauksia kuten salasanat tai tiedoston lukitukset. Aluksi riitti vain, että kone tai työhuone voitiin avaimella lukita tai että diskettejä säilytettiin lukollisessa paikassa. Verkkojen myötä PC-koneiden ominaisuudet ovat kasvaneet niin, että järjestelmältä pitää vaatia jo ison koneen käyttöjärjestelmän ominaisuuksia. Käyttäjälle ominaisuuksista näkyvät ensiksi salasanat ja itseltä lukitut tiedostot. Muita olennaisia ominaisuuksia ovat myös tietueiden lukitukset ja hitaaksi käyvien oheislaitteiden ohjaukset.

2. Yleistä

Yleensä eri verkkokäyttöjärjestelmät käyttävät hyväkseen koneen alkuperäistä käyttöjärjestelmää, ja sen ominaisuudet määräävät pitkälti sen, kuinka tehokasta verkon toiminta voi parhaimmillaan olla. DOS-pohjaiset palvelimet ovatkin melko huonossa huudossa DOS:in muistinkäyttöongelmien takia. Huomattavasti parempi vaihtoehto onkin OS/2, jonka muistinkäsittelyominaisuudet ovat selvästi DOS:ia kehittyneemmät. Myös Windows NT, joka itse asiassa onkin verkkokäyttöjärjestelmä, on varteenotettava vaihtoehto. [5]

Alla on esitelty graafisesssa muodossa laajimmalle levinneiden verkkokäyttöjärjestelmien prosentuaaliset markkinaosuudet. Kuvaa tarkasteltaessa on graafisesti ilmeistä, että Novell:lla on tällä hetkellä tiukin kiinnitys markkinajohtajan asemaan.

Suosituimmat
NOS:it

Kuva 1. Laajimmalle levinneiden verkkokäyttöjärjestelmien markkinaosuudet [2]

Palvelinten resurssien jakamiseksi verkkoon tarvitaan verkkokäyttöjärjestelmää. Käyttöjärjestelmät ovat yleensä palvelimissa toimivia sovellusohjelmia. Lisäksi työasemissa tarvitaan ohjelma, että palvelimien tarjoamat mahdollisuudet voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti. Jokaista konetta voi käyttää palvelimena sekä työasemana. Tämän mahdollistaa se että kaikissa verkkoon liitetyissä koneissa käytetään samoja ohjelmistoja.


Ohjelmistot voidaan jakaa niiden käyttötavan mukaisesti kahteen osaan; palvelinjärjestelmät ja vertaisverkkojärjestelmät.[2]

2.1 Palvelinjärjestelmä

Palvelinjärjestelmässä tarvitaan vähintään yksi yksilöity palvelintietokone, jossa oleva verkko-ohjelmisto mahdollistaa verkkopalvelut työasemille. Palvelimia kannattaa käyttää suurissa verkoissa, joissa tarvitaan korkeaa suorituskykyä. Tällöin tietojen varmistus voidaan automatisoida tapahtumaan esim. kerran yössä, kun verkossa ei ole muuta tiedossiirtoa. Palvelinkone voi toimia yhtäaikaisesti esim. tulostuspalvelijana, tietokantapalvelimena sekä yhdyskäytävänä yrityksen tietoverkosta ulospäin. Palvelinjärjestelmien suurimpia ohjelmistotoimittajia ovat Microsoft, Novell, Apple, IBM. Esimerkkejä palvelinjärjestelmistä ovat Windows NT Server, Novell NetWare ja IBM LAN Server.[2]


2.2 Vertaisverkkojärjestelmä

Vertaisverkkojärjestelmässä (Peer-To-Peer networks) ei tarvitse olla ainuttakaan yksilöityä palvelinkonetta. Verkon työasemat voivat myös toimia palvelimina verkossa. Tämä tarkoittaa, että käyttäjät voivat halutessaan jakaa omia tulostimiaan ja kiintolevyjään muiden käyttöön. Etuna palvelinjärjestelmään on merkittävä kustannussäästö laitteiden hankinnassa, koska erillistä palvelinkonetta ei tarvita. Verkosta saatava suorituskyky ei kuitenkaan ole palvelinjärjestelmän luokkaa. Vertaisverkkoon voidaan myöhemmin lisätä palvelinkoneita, joten suorituskyvyn nostaminen tulevaisuudessa on yksinkertaista. Esimerkkejä vertaisverkko-ohjelmista ovat Windows for Workgroups, Novell Personal NetWare ja Artisoftin Lantastic.[2]


2.2.1 Vertaisverkkojen hyvät ja huonot puolet

Vertaisverkkojen käyttöön liittyy liuta hyviä ja huonoja puolia. Hyvistä puolista pitänee mainita sen helppo käyttöönotettavuus ja yleensä erikoisosaaminen ei ole tarpeen. Se on myös edullinen palvelinpohjaisiin verkkoihin verrattuna, myöskään erillinen palvelinkone ei ole tarpeen.

Mutta vertaisverkkojen käyttöön ei liity pelkästään aurinkoisia puolia. Tosi asia on, että vertaisverkkoja on hankalampi hallita ja verkon käyttö vaatii enemmän suunnittelua. Lisäksi verkon suorituskyky yleensä heikkenee kun verkko laajenee. Hakkereita ajatellen myös tietoturvasuojauksissa olisi parantamisen varaa.


3. Tunnetuimpien verkkokäyttöjärjestelmien esittely


3.1 Microsoft Windows NT Workstation

Yksi tehokaimmista tällä hetkellä saatavista verkkokäyttöjärjestelmistä on Microsoftin valmistama Windows NT Workstation. Sitä käytetään pääosin yrityksissä joissa tarvitaan luotettavaa ja tehokasta liiketoiminnan sovelluksiin, ohjelmistojen kehitykseen ja muihin teknisiin sovelluksiin käytettävää ympäristöä. Luotettavuus perustuu muun muassa siihen, että ohjelmistot on suojattu kaatumiselta ja käyttöjärjestelmä sallii 16-bittisten sovellusten moniajon. Helppokäyttöisyys puolestaan pitäisi olla itsestään selvää, tai ainakin valmistaja lupaa, että verkkoihin liittyminen on helppoa, järjestelmä pystyy käsittelemään entistä suurempia tiedostoja ja ohjelmistot voivat jakaa tietoja helposti uusilla, tehokkailla 32-bittisillä työkaluilla.


3.1.1 Microsoft Windows NT:n protokollat ja palvelut

DLC (Data Link Control) -protokollan avulla saadaan pääsy esimerkiksi IBM:n suurtietokoneisiin tai sellaisiin tulostimiin, jotka on liitetty suoraan omalla tai ulkoisella verkkokortilla verkkoon. NT:n DLC tukee token ring- sekä ethernet-ympäristöjä, NT-ympäristöä sekä Työryhmä-Windowsia, Windows 3.X:ää ja työryhmälaajennuksella varustettua DOS-työasemaa. [4]

NetBEUI (NetBios Extended User Interface) on pienehkö mutta tehokas protokolla, soveltuen yleensä noin 20-200 työaseman verkkoihin. NetBEUI-protokollaa käytetään paljon Windows-ympäristössä, muun muassa NT- ja Työryhmä-Windows-verkoissa.

Novell NetWare-ympäristön kanssa hoidetaan tiedonsiirto käyttäen NWLink IPX/SPX Compatible protokollaa. Tämä protokolla tekee mahdolliseksi NT-palvelimien näkymisen toisilleen IPX-protokolla verkoissa.

Windows:ia käyttäville on tarjolla Gateway Services for NetWare Networks-palvelu. Tällä palvelulla voidaan toteuttaa Novell-palvelimen tiedostojen ja tulostimien jakamisen Windows-käyttäjille, lataamatta työasemiin varsinaista Novell-tukea.

Remote Access Service:n avulla mikä tahansa työasema voi ottaa etäyhteyden NT-palvelimeen käyttäen esim puhelin- tai ISDN-linjaa taikka nollamodeemikaapelia. Kun yhteys on syntynyt, voidaan NT-palvelimen palveluita käyttää aivan kuin yhteys olisi muodostettu lähiverkon kautta. Kaikki normaalit turvallisuustekijät on huomioitu myös etäyhteyksissä. Etäkone voi olla esimerkiksi DOS- tai Windows 3.x-työasema, NT Workstation tai mikä tahansa työasema, joka tukee PPP-protokollaa. [5]

Mac-työasemien seurana voi samassa verkossa olla myös Windows- ja Novell-työasemia. Yhteensopivuuden turvaamiseksi sekä tiedostojen ja tulostimien jakamisen mahdollistamiseksi voidaan käyttää Services for Macintosh:a. Mac-työasema voi käyttää suoraan kaikkia NT-palvelimen palveluita hyväkseen. Samalla PC-työasemat voivat kommunikoida suoraan Mac-työasemien kanssa jakaen tiedostojaan ja tulostimiaan.

TCP/IP-protokolla (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) -protokollan avulla voidaan ottaa yhteys lähes minkälaiseen ympäristöön tahansa. TCP/IP on kieli, jota oikeastaan kaikki järjestelmät ymmärtävät. Myös Internet-yhteydet muodostetaan tämän protokollan ja IP-osoitteiden avulla. TCP/IP:n mukana saadaan käyttöön normaalit TCP/IP-työkalut, kuten finger, ftp, lpr, telnet, hostname ja ping. TCP/IP:n avulla voidaan käyttää myös NT:n DHCP-palvelua (Dynamic Host Configuration Protocol) joka tukee dynaamista konfigurointia sekä WINS-toimintoa (Windows Internetwork Name Service), jolla voidaan luoda nimipalvelut. [1]

3.1.2 Microsoft Windows NT:n ominaisuudet

Kuten jo edellä mainittiin, tarjoaa Windows NT täydellisen kaatumissuojan sekä 16- että 32-bittisille ohjelmille ja sisäänrakennetun tietosuojan. Lisäksi se tukee yli viittätoista verkkoa ja yhteyskäytäntöä, kuten TCP/IP ja Client Services for NetWare ja se tarjoaa myös etäyhteys (Remote Access Service) mahdollisuuden. Siinä on sisäänrakennettu tuki sovelluksille, jotka on suunniteltu esimerkiksi käyttöjärjestelmiin MS-DOS, Windows ja Windows 95. Moniajo on toteutettu aitona keskeyttävänä moniajona. Muistirajoituksia ei ole käytännöllisesti katsoen lainkaan. Windows NT tukee myös 3-D-grafiikkaa, lukuisia järjestelmiä ja yksiköitä sekä DirectX:ää.[4]


3.2 Novell NetWare

Novell on rakentanut verkkoja jo ennenkuin DOS vakiinutti asemansa. Tästä seikasta johtuu että Novell-verkoissa on runsaasti ominaisuuksia, jotka poikkeavat muista DOS-ympäristön sovelluksista. NetWare on Novell:n verkkokäyttöjärjestelmä. Oikeastaan sillä on sekä OS (Operating System) että NOS (Network Oprating System) ominaisuudet. NetWare sisältää kaikki paikallisverkon käytössä tarvittavat ohjelmistot verkon linjakurista palvelimen ja työaseman käyttöjärjestelmään. Novell NetWarea on sovitettu myös Unix-pohjaisiin järjestelmiin.

NetWare on moniajoympäristö, jossa kullakin prosessilla on omat muisti- ja levyresurssinsa. Tämä puoli ei koske muita kuin sovellusohjelmoijia. NetWaren omat monet aputoiminnot toimivat saman moniajon alaisina. NetWaren levyllä oleva tiedostorakenne on kehittynyt DOS:sta riippumatta, sillä jo varhaisessa vaihessa NetWareen tehtiin oma hakemistorakenne. NetWaren hekemistorakenne ei ole hakemistonimien suhteen hierarkkinen. Ideana on, että hakemistonimet pitää löytää nopeasti ja niitä pitää pystyä varmistamaan.

Kovalevyn käsittelyssä on tehokkuusparannuksia. Ensimmäinen on se, että vaikkaNetWare asennettaisiin vaikka vanhaan standardi-PC:hen, koneen BIOS ohitettaisiin käytössä. Tällä päästään irti koneen yhden saman aikaisen I/O:n rajoituksesta.

Useimmissa Novell-verkoissa käytetään nykyään ODI- ajureita. OnNet toimii ODI:n päällä omaa muunnosajuriaan käyttäen, joten Novell-ajureihin ei tarvitse tehdä muutoksia. OnNetia käytetään NetWare -ympäristössä ODI-ajurilla (kaikki kehystyypit), pakettiajurilla (Ethernet DIX ja IEEE 802.3 Novell Raw), ASI-ajurilla (Token Ring) tai NDIS-ajurilla (Ethernet DIX, IEEE 802.3 ja Token Ring.[1]


3.2.1 NetWaren protokollat ja rajapinnat

IPX (Internet Packet Exchange)on Novellin oma versio Xeroxin kehittämän XNS-protokollaperheen IDP-(Internet Data Protocol) protokollasta, joka on yhteydetön reitittävä protokolla. IPX tarjoaa yhteydettömän liikennöintitavan työaseman ja palvelimen välille. SPX on kuittaava yhteydellinen päästä-päähän-protokolla. Monet sovellukset ovat toteutettu niin, että ne käyttävät NetBIOS-rajapintaa ja nimettyjä putkia. Novell NetWaressa kannattaa käyttää tehokkainta IPX-rajapintaa, jos se vain on mahdollista. Sovellus voi halutessaan käyttää rajapintojen välityksellä myös muita NetWaren toimintoja.[2]

SPX (Sequential Packet Exchange) on Novellin versio XNS:n SPP-protokollasta, joka on yhteyspohjainen kuljetusprotokolla.[2]

Error Asema ilmoittaa tämän avulla vastaanottaneensa viallisen paketin ja hylänneensä sen. [2]

RIP (Routing Information Protocol) Protokolla, joka vaihtaa reititystietoja reitittimien välillä. [2]

Echo Tämän protokollan avulla tarkistetaan verkkoaseman olemassaolo ja soveltuu mainiosti testitarkoituksiin. [2]

NetBIOS (Network Basic Input/Output System) Ohjelmarajapinta, joka mahdollistaa IPX-protokollan avulla tietokoneiden liikennöinnin lähiverkon yli. Novellin NetBIOS-emulaattori, jonka avulla sovellukset voivat keskustella suoraan työasemalta toiselle. [2]

ODI (Open Data Interface) mahdollistaa sen, että samaa verkkokorttia voi käyttää monta eri protokollaohjelmaa. [2]

SAP (Service Advertizing Protocol) on NetWare-palvelimet lähettävät tämän avulla nimensä ja sijaintinsa sekä vastaavat työasemien kyselyihin. [2]

NCP (NetWare Core Protocol) on Tiedostonkäsittelyprotokolla, jonka avulla vaihdetaan komentoja ja vasteita verkkopalvelimen ja työaseman välillä. Tunnetaan myös nimellä NFSP (NetWare File Service Protocol). [2]

3.2.2 Novell NetWaren ominaisuudet

Novell NetWare ei vaadi muuta käyttöjärjestelmää alleen. Yksi keskeisimmistä verkkojen käyttöön liittyvistä vaikeuksista on tehokkaan suojauksen järjestäminen. Tiedot eivät saa mennä sekaisin ja väärät käyttäjät on pidettävä loitolla, mutta ongelmana on miten järjestää suojaukset niin ettei verkon käyttö hidastuisi. Olennaiset suojaukset ovat salasanat, luku/kirjoitusoikeudet ja tiedostojen ja tietueiden lukitukset. NetWaressa on hyvin monipuoliset suojaukset. Niitä ovat käyttäjätunnus, tunnussana, hakemistosuojaus, tiedostosuojaus ja verkkosuojaus.

NetWareen on saatavilla SFT (System Fault Tolerant), joka sisältää kolme turvatasoa, joista taso 1 on jo pitkään ollut vakio-ominaisuus. Se sisältää kohdennetut hakemistot ja levyn allokointitaulukot ja niin sanotun hot fix-toiminnon. Hot fix on mini ja suurkoneista tuttu toiminne, jonka tarkoituksena on havaita ja korjata kirjoittamisen aikana tapahtuvat levyvirheet. SFT taso 2 käyttää levyjen peilausta, jolloin kokonaiset levyt on varmistettu. Novell SFT taso3 perustuu palvelimen kahdennukseen. Ideana on, että palvelimet kytketään toisiinsa hyvin nopealla kaapelilla ja molemmilla on koko ajan täydellinen tilatieto. TTS on on mekanismi, jota ei toivoisi tarvittavan. Näin siksi, että TTS:ällä joudutaan puuttumaan peliin , jos yhteisen tietokannan käsittelyssä menee jotakin pieleen.

3.2.3 Novell-verkot TKK:ssa

TKK:lla suosittu verkkokäyttöjärjestelmä on Novell-yhtymän Netware. Netwaren käyttö on TKK:ssa tehty vaivattomaksi tavallisen käyttäjän kannalta. Mikroluokissa PC:t käynnistyessään kirjoittautuvat automaattisesti Netware-verkkoon, joka tarjoaa käyttäjilleen työskentelyyn tarvittavat ohjelmistot ja tulostuspalvelut. Verkossa olevaa PC:tä käytetään aivan samoin kuin yksinäistä mikroa. [3]

Novell-verkoissa käytetään IPX/SPX-protokollaa. IPX/SPX-paketteja ei reititetä TKK:n TCP/IP-verkossa, joten erillisissä Novell-verkoissa olevat mikrot eivät pysty keskustelemaan keskenään muuten kuin TCP/IP:n välityksellä eivätkä näin pysty jakamaan Netwaren resursseja keskenään. Tämän järjestelmän positiivinen puoli on turvallisuudessa; ulkopuolisten on vaikeampi päästä laboratorioiden verkkojen tietoihin käsiksi. [3]


Lähdeluettelo


[1] Anon, (http://www.mikrolog.fi/miloki/loki1_95/net_14.htm), [viitattu 18.11.1998]
[2] Jokela R., Kuusela J. ja Holttunen K., Verkkokäyttöjärjestelmät, 24.3.1997 [viitattu 18.11.1998](http://www.jyu.fi/~risjoke/jtv/verkko.html)
[3] Korpela J., TKK:n sisäinen verkko, 14.6.1996 [viitattu 18.11.1998], (http://www.hut.fi/atk/oppaat/tietoliikenne/4.2.html)
[4] Rossi M., Saarela T., Seppänen T. ja Vaittinen S., Windows NT-seminaari-10.4.1997-LTKK, 10.4.1997 [viitattu 18.11.1998](http://hepo.cc.lut.fi/~tseppane/seminaari.htm)
[5] Saadetdin S., Yleisimmät lähiverkkotyypit, 1998 Jyväskylän yliopisto Tietojenkäsittelytieteiden laitos [viitattu 18.11.1998] (http://www.jyu.fi/~samis/proggis/tjta22.html)



Lisätietoa



Eikka <eraatika@cc.hut.fi>
Miquel <mpeuhkur@cc.hut.fi>