Что такое NFS? Network File System. Протокол сетевого доступа к файловым системам. Файловая система NFS

Вот , а что дальше? Как посмотреть фильмы и прослушать музыкальные файлы, которые скачались? Неужели нужно записывать их на диски и переносить их таким образом на компьютер с GUI? Или придётся копировать их по медленному SFTP? Нет! На помощь приходит NFS! Нет, это не серия гоночных игр, а Network File System (Сетевая Файловая Система).
Network File System (NFS) - это сетевая файловая система, позволяющая пользователям обращаться к файлам и каталогам, расположенным на удалённых компьютерах, как если бы эти файлы и каталоги были локальными. Главным преимуществом такой системы является то, что отдельно взятые рабочие станции могут использовать меньше собственного дискового пространства, так как совместно используемые данные хранятся на отдельной машине и доступны для других машин в сети. NFS — это клиент-серверное приложение. То есть в системе пользователя должен быть установлен NFS-клиент, а на компьютерах, которые предоставляют свое дисковое пространство - NFS-сервер.

Установка и настройка NFS-сервера (192.168.1.2)

1. Устанавливаем. Соединившись по SSH с компьютером сервером или же просто в его консоли вводим:

Sudo apt-get install nfs-kernel-server nfs-common portmap

Это установит NFS-сервер, а также необходимый пакет portmap.

2. Настраиваем. Для настройки списка дирректорий которые мы хотим открыть и списка кому мы хотим их открыть отредактируем файл /etc/exports :

Sudo nano /etc/exports /data 192.168.1.1/24(rw,no_root_squash,async)

В указанном выше примере мы открыли на сервере директорию /data и её поддиректории в совместное пользование всем компьютерам с IP: 192.168.1.1 - 192.168.1.255 с правами чтения и записи.

Ещё пример:

/home/serg/ 192.168.1.34(ro,async)

Этот пример делает доступной домашнюю директорию пользователя serg в режиме только чтение для компьютера с IP 192.168.1.34. Все остальные компьютеры сети к этой директории доступа иметь не будут.

Доступные опции:

• ro — права только на чтение. Можно и не указывать, так как она установлена по умолчанию;
• rw — дает клиентам право на запись;
• no_root_squash — по-умолчанию пользователь root на клиентской машине не будет иметь доступа к открытым директориям на сервере. Этой опцией мы снимаем это ограничение. В целях безопасности этого лучше не делать;
• noaccess — запрещает доступ к указанной директории. Может быть полезной, если перед этим вы задали доступ всем пользователям сети к определенной директории, и теперь хотите ограничить доступ в поддиректории лишь некоторым пользователям.

Теперь нужно перезапустить nfs-kernel-server:

Sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart

Если после этого вы захотите поменять что-нибудь в файле /etc/exports , то для того, чтобы изменения вступили в силу, достаточно выполнить следующую команду:

Sudo exportfs -a

Всё. NFS-сервер установлен и настроен. Можно переходить к NFS клиенту.

Установка и настройка NFS-клиент

1. Установка. Выполняем в терминале компьютера, который будет подключаться следующее:

Sudo apt-get install portmap nfs-common

2. Настройка. Для начала создадим директорию в которую будет монтироваться удалённая папка:

Cd ~ mkdir data

Монтировать можно двумя способами — каждый раз вручную или прописав опции монтирования в файл /etc/fstab .

Способ 1. Монтирование вручную
Создаём на рабочем столе или в какой-либо другой папке текстовый файл:

Nano ~/Рабочий\ стол/nfs-server-connect

Пишем в него:

#! /bin/bash sudo mount -t nfs -o ro,soft,intr 192.168.1.2:/data ~/data

Делаем его исполняемым:

Chmod +x ~/Рабочий\ стол/nfs-server-connect

Теперь когда необходимо присоединиться к серверу я выполняю этот сценарий в терминале для того чтобы можно было ввести пароль для sudo.

Способ 2. Добавление в /etc/fstab
Открываем /etc/fstab:

Sudo nano /etc/fstab

И дописываем строчку в конце файла:

192.168.1.2:/data ~/data nfs rw,hard,intr 0 0

Внимание! Вместо 192.168.1.2:/data впишите IP или имя сервера и путь к директории совместного пользования. Опции монтирования можно изменить.

Опция hard жёстко привязывает дирректорию на клиенте к серверу и если сервер отвалится, то может зависнуть и ваш компьютер. Опция soft , как понятно из её названия, не такая категоричная.

После сохранения файла можно монтировать удалённую папку.

Сетевая файловая система NFS или Network File System, это популярный протокол сетевой файловой системы, который позволяет пользователям подключать удаленные сетевые каталоги на своей машине и передавать файлы между серверами. Вы можете использовать дисковое пространство на другой машине для своих файлов и работать с файлами, расположенными на других серверах. По сути, это альтернатива общего доступа Windows для Linux, в отличие от Samba реализована на уровне ядра и работает более стабильно.

В этой статье будет рассмотрена установка nfs в Ubuntu 16.04. Мы разберем установку всех необходимых компонентов, настройку общей папки, а также подключение сетевых папок.

Как уже было сказано, NFS, это сетевая файловая система. Для работы необходим сервер, на котором будет размещена общая папка и клиенты, которые могут монтировать сетевую папку как обычный диск в системе. В отличие от других протоколов NFS предоставляет прозрачный доступ к удаленным файлам. Программы будут видеть файлы как в обычной файловой системе и работать с ними как с локальными файлами, nfs возвращает только запрашиваемую часть файла, вместо файла целиком, поэтому эта файловая система будет отлично работать в системах с быстрым интернетом или в локальной сети.

Установка компонентов NFS

Перед тем как мы сможем работать с NFS, нам придется установить несколько программ. На машину, которая будет сервером нужно установить пакет nfs-kernel-server, с помощью которого будет выполнено открытие шары nfs в ubuntu 16.04. Для этого выполните:

sudo apt install nfs-kernel-server

Теперь давайте проверим правильно ли установился сервер. Сервис NFS слушает соединения как для TCP, так и для UDP на порту 2049. Посмотреть действительно ли сейчас используются эти порты можно командой:

rpcinfo -p | grep nfs

Также важно проверить поддерживается ли NFS на уровне ядра:

cat /proc/filesystems | grep nfs

Видим, что работает, но если нет, нужно вручную загрузить модуль ядра nfs:

Давайте еще добавим nfs в автозагрузку:

sudo systemctl enable nfs

На клиентском компьютере вам нужно установить пакет nfs-common, чтобы иметь возможность работать с этой файловой системой. Вам необязательно устанавливать компоненты сервера, достаточно будет только этого пакета:

sudo apt install nfs-common

Настройка сервера NFS в Ubuntu

Мы можем открыть NFS доступ к любой папке, но давайте создадим для этих целей новую:

адрес_папки клиент (опции)

Адрес папки - это та папка, которую нужно сделать доступной по сети. Клиент - ip адрес или адрес сети, из которой могут получить доступ к этой папке. А вот с опциями немного сложнее. Рассмотрим некоторые из них:

• rw - разрешить чтение и запись в этой папке
• ro - разрешить только чтение
• sync - отвечать на следующие запросы только тогда, когда данные будут сохранены на диск (по умолчанию)
• async - не блокировать подключения пока данные записываются на диск
• secure - использовать для соединения только порты ниже 1024
• insecure - использовать любые порты
• nohide - не скрывать поддиректории при, открытии доступа к нескольким директориям
• root_squash - подменять запросы от root на анонимные
• all_squash - превращать все запросы в анонимные
• anonuid и anongid - указывает uid и gid для анонимного пользователя.

Например, для нашей папки эта строка может выглядеть вот так:

/var/nfs 127.0.0.1(rw,sync,no_subtree_check)

Когда все было настроено, осталось обновить таблицу экспорта NFS:

sudo exportfs -a

Вот и все, открытие шары nfs в ubuntu 16.04 завершено. Теперь попытаемся настроем клиента и попытаемся ее примонтировать.

Подключение NFS

Мы не будем подробно останавливаться на этом вопросе в сегодняшней статье. Это довольно большая тема, заслуживающая отдельной статьи. Но пару слов я все же скажу.

Чтобы подключить сетевую папку вам не нужен никакой nfs клиент ubuntu, достаточно использовать команду mount:

sudo mount 127.0.0.1:/var/nfs/ /mnt/

Теперь вы можете попытаться создать файл в подключенной директории:

Также мы посмотрите подключенные файловые системы с помощью df:

127.0.0.1:/var/nfs 30G 6,7G 22G 24% /mnt

Чтобы отключить эту файловую систему достаточно использовать стандартный umount:

sudo umount /mnt/

Выводы

В этой статье была рассмотрена настройка nfs ubuntu 16.04, как видите, все делается очень просто и прозрачно. Подключение NFS шары выполняется в несколько кликов, с помощью стандартных команд, а открытие шары nfs в ubuntu 16.04 ненамного сложнее подключения. Если у вас остались вопросы, пишите в комментариях!

Похожие записи:

Network file system (NFS) - протокол сетевого доступа к файловым системам, позволяет подключать удалённые файловые системы.
Первоначально разработан Sun Microsystems в 1984 г. Основой является Sun RPC: вызов удаленной процедуры (Remote Procedure Call). NFS независим от типов файловых систем сервера и клиента. Существует множество реализаций NFS-серверов и клиентов для различных ОС. В настоящее время используется версия NFS v.4, поддерживающая различные средства аутентификации (в частности, Kerberos и LIPKEY с использованием протокола RPCSEC GSS) и списков контроля доступа (как POSIX, так и Windows-типов).
NFS предоставляет клиентам прозрачный доступ к файлам и файловой системе сервера. В отличие от FTP, протокол NFS осуществляет доступ только к тем частям файла, к которым обратился процесс, и основное достоинство его в том, что он делает этот доступ прозрачным. Благодаря этому любое приложение клиента, которое может работать с локальным файлом, с таким же успехом может работать и с NFS файлом, без изменений самой программы.
NFS клиенты получают доступ к файлам на NFS сервере путем отправки RPC-запросов на сервер. Это может быть реализовано с использованием обычных пользовательских процессов - а именно, NFS клиент может быть пользовательским процессом, который осуществляет конкретные RPC вызовы на сервер, который так же может быть пользовательским процессом.

Версии
NFSv1 была только для внутреннего пользования в экспериментальных целях. Детали реализации определены в RFC 1094.
NFSv2 (RFC 1094, март 1989 года) первоначально полностью работала по протоколу UDP.
NFSv3 (RFC 1813, июнь 1995 года). Описатели файлов в версии 2 - это массив фиксированного размера - 32 байта. В версии 3 - это массив переменного размера с размером до 64 байт. Массив переменной длины в XDR определяется 4-байтным счётчиком, за которым следуют реальные байты. Это уменьшает размер описателя файла в таких реализациях, как, например, UNIX, где требуется всего около 12 байт, однако позволяет не-Unix реализациям обмениваться дополнительной информацией.
Версия 2 ограничивает количество байт на процедуры READ или WRITE RPC размером 8192 байта. Это ограничение не действует в версии 3, что, в свою очередь, означает, что с использованием UDP ограничение будет только в размере IP датаграммы (65535 байт). Это позволяет использовать большие пакеты при чтении и записи в быстрых сетях.
Размеры файлов и начальное смещение в байтах для процедур READ и WRITE стали использовать 64-битную адресацию вместо 32-битной, что позволяет работать с файлами большего размера.
Атрибуты файла возвращаются в каждом вызове, который может повлиять на атрибуты.
Записи (WRITE) могут быть асинхронными, тогда как в версии 2 они должны были быть синхронными.
Одна процедура была удалена (STATFS) и семь были добавлены: ACCESS (проверка прав доступа к файлу), MKNOD (создание специального файла Unix), READDIRPLUS (возвращает имена файлов в директории вместе с их атрибутами), FSINFO (возвращает статистическую информацию о файловой системе), FSSTAT (возвращает динамическую информацию о файловой системе), PATHCONF (возвращает POSIX.1 информацию о файле) и COMMIT (передает ранее сделанные асинхронные записи на постоянное хранение).
На момент введения версии 3, разработчики стали больше использовать TCP как транспортный протокол. Хотя некоторые разработчики уже Использовали протокол TCP для NFSv2, Sun Microsystems добавили поддержку TCP в NFS версии 3. Это сделало использование NFS через Интернет более осуществимым.
NFSv4 (RFC 3010, декабрь 2000 г., RFC 3530, пересмотренная в апреле 2003), под влиянием AFS и CIFS, включила в себя улучшение производительности, высокую безопасность, и предстала полноценным протоколом. Версия 4 стала первой версией, разработанной совместно с Internet Engineering Task Force (IETF), после того, как Sun Microsystems передала развитие протоколов NFS. NFS версии v4.1 была одобрена IESG в январе 2010 года, и получила номер RFC 5661. Важным нововведением версии 4.1 является спецификация pNFS - Parallel NFS, механизма параллельного доступа NFS-клиента к данным множества распределенных NFS-серверов. Наличие такого механизма в стандарте сетевой файловой системы поможет строить распределённые "облачные" ("cloud") хранилища и информационные системы.

Структура NFS
Структура NFS включает три компонента разного уровня:
Прикладной уровень (собственно NFS) - это вызовы удаленных процедур (rpc), которые и выполняют необходимые операции с файлами и каталогами на стороне сервера.
Функции уровня представления выполняет протокол XDR (eXternal Data Representation), который является межплатформенным стандартом абстракции данных. Протокол XDR описывает унифицированную, каноническую, форму представления данных, не зависящую от архитектуры вычислительной системы. При передаче пакетов RPC-клиент переводит локальные данные в каноническую форму, а сервер проделывает обратную операцию.
Сервис RPC (Remote Procedure Call), обеспечивающий запрос удаленных процедур клиентом и их выполнение на сервере, представляет функции сеансового уровня.Подключение сетевых ресурсов
Процедура подключения сетевого ресурса средствами NFS называется "экспортированием". Клиент может запросить у сервера список представляемых им экспортируемых ресурсов. Сам сервер NFS не занимается широковещательной рассылкой списка своих экспортируемых ресурсов.
В зависимости от заданных опций, экспортируемый ресурс может быть смонтирован (присоединён) "только для чтения", можно определить список хостов, которым разрешено монтирование, указать использование защищенного RPC (secureRPC) и пр. Одна из опций определяет способ монтирования: "жесткое" (hard) или "мягкое" (soft).
При "жестком" монтировании клиент будет пытаться смонтировать файловую систему во что бы то ни стало. Если сервер не работает, это приведет к тому, что весь сервис NFS как бы зависнет: процессы, обращающиеся к файловой системе, перейдут в состояние ожидания окончания выполнения запросов RPC. С точки зрения пользовательских процессов файловая система будет выглядеть как очень медленный локальный диск. При возврате сервера в рабочее состояние сервис NFS продолжит функционирование.
При "мягком" монтировании клиент NFS сделает несколько попыток подключиться к серверу. Если сервер не откликается, то система выдает сообщение об ошибке и прекращает попытки произвести монтирование. С точки зрения логики файловых операций при отказе сервера "мягкое" монтирование эмулирует сбой локального диска.
Выбор режима зависит от ситуации. Если данные на клиенте и сервере должны быть синхронизированы при временном отказе сервиса, то "жесткое" монтирование оказывается предпочтительнее. Этот режим незаменим также в случаях, когда монтируемые файловые системы содержат в своем составе программы и файлы, жизненно важные для работы клиента, в частности для бездисковых машин. В других случаях, особенно когда речь идет о системах "только для чтения", режим "мягкого" монтирования представляется более удобным.

Общий доступ в смешанной сети
Сервис NFS идеально подходит для сетей на основе UNIX, так как поставляется с большинством версий этой операционной системы. Более того, поддержка NFS реализована на уровне ядра UNIX. Использование NFS на клиентских компьютерах с Windows создает определенные проблемы, связанные с необходимостью установки специализированного и довольно дорогого клиентского ПО. В таких сетях использование средств разделения ресурсов на основе протокола SMB/CIFS, в частности ПО Samba, выглядит более предпочтительным.

Стандарты
RFC 1094 NFS: Network File System Protocol Specification] (March 1989)
RFC 1813 NFS Version 3 Protocol Specification] (June 1995)
RFC 2224 NFS URL Scheme
RFC 2339 An Agreement Between the Internet Society, the IETF, and Sun Microsystems, Inc. in the matter of NFS V.4 Protocols
RFC 2623 NFS Version 2 and Version 3 Security Issues and the NFS Protocol’s Use of RPCSEC_GSS and Kerberos V5
RFC 2624 NFS Version 4 Design Considerations
RFC 3010 NFS version 4 Protocol
RFC 3530 Network File System (NFS) version 4 Protocol
RFC 5661 Network File System (NFS) Version 4 Minor Version 1 Protocol

Используемые источники
1. ru.wikipedia.org
2. ru.science.wikia.com
3. phone16.ru
4. 4stud.info
5. yandex.ru
6. gogle.com

пользователь может работать в разное время на разных компьютерах. С помощью файлового сервера решается сразу несколько задач:

1. регулярное резервное копирование всех данных: нереально выполнять эту операцию для нескольких десятков или сотен компьютеров, но вполне реально - с единственного сервера или нескольких серверов.
2. повышение надежности хранения данных: неразумно каждый компьютер сети оснащать RAID-массивом, ведь подавляющее большинство файлов в компьютере, таких, как установленные пакеты программ, проще установить заново, чем защищать их от сбоя; но будет вполне разумным укомплектовать файловый сервер аппаратным RAID-массивом или организовать там программный RAID-массив, хотя бы простое зеркалирование дисков.
3. уменьшение стоимости хранения данных: дорого и неэффективно в каждый компьютер устанавливать огромный диск на случай, если потребуется хранить много данных, но на сервере вполне можно установить масштабируемую дисковую подсистему большого объема.
4. обеспечение доступа к одним и тем же данным с любого компьютера.

Описание NFS

Служба NFS позволяет серверу обеспечить разделяемый доступ к указанным каталогам его локальной файловой системы , а клиенту - монтировать эти каталоги так же, как если бы они были локальными каталогами клиента.

Версии NFS

NFS , разработанная компанией Sun Microsystems, оказалась настолько удачной, что ее реализации были воплощены разными компаниями почти во всех операционных системах. Существует несколько принципиально разных реализаций NFS . Достаточно распространена версия NFS 2.0, хотя уже в Solaris 2.5 была введена NFS 3.0. В последующих версиях Solaris, включая Solaris 9, в NFS были внесены существенные дополнения, но сам протокол остался совместимым с реализациями NFS 3.0 в других системах. Начиная с NFS 3.0, поддерживается передача пакетов посредством TCP и UDP, ранее поддерживался только UDP.

Будьте внимательны ! В сети следует использовать клиенты и серверы NFS одной и той же версии . NFS 2.0 можно встретить в старых системах, например, в HP-UX 10.0. Совместная работа систем, использующих разные версии NFS , нежелательна.

Совместимость NFS и других служб разделяемых каталогов

NFS по смыслу и по организации работы похожа на разделяемые каталоги (shared folders) в системах Windows, но эти службы используют совершенно разные протоколы работы и между собой не совместимы. Однако существует несколько программных продуктов, которые устанавливают поддержку NFS в системах Windows, поэтому применение NFS в сети с различными операционными системами не представляет проблемы, надо только помнить о необходимости использовать одинаковые версии NFS .

Служба NFS предполагает работу модели клиент-сервер, причем на компьютерах-клиентах и компьютерах-серверах запускаются разные программы для обеспечения доступа к общим каталогам на сервере.

Поскольку компьютеры на рабочих местах сотрудников в России обычно управляются Windows-системами, в качестве файловых серверов часто используются также Windows-системы. Однако нередко возникает желание установить UNIX на файл-сервер, чтобы повысить надежность, сократить затраты на оборудование или использовать этот же сервер для ряда других корпоративных нужд: в качестве web-сервера, сервера баз данных и т.п. Чтобы не устанавливать дополнительное ПО для поддержки NFS , в таком случае достаточно установить пакет samba на UNIX-машину. Он позволит ей "прикинуться" Windows-сервером так, чтобы все клиентские компьютеры воспринимали его как самый обычный файл-сервер или принт-сервер Windows-сети. Пакет samba обеспечивает поддержку "родного" для Windows-сетей протокола SMB.

В тех случаях, когда в сети работают несколько UNIX-компьютеров и им нужно обращаться к одному файл-серверу, имеет смысл использовать механизм NFS (network file system).

NFS не очень устойчив к сбоям сети, требует ее бесперебойной работы и предполагает быстрое соединение между клиентом и сервером. Использование NFS для монтирования файловых систем вне локальной сети, например, через Интернет, технически осуществимо, но не очень рационально и небезопасно.

Терминология NFS

После настройки NFS-сервера UNIX-компьютер будет предоставлять доступ внешним пользователям к некоторым каталогам своей файловой системы . Такое предоставление доступа называется "экспортом": говорят, что система экспортирует свои каталоги. Как именно каталоги будут экспортироваться, определяется списком, который задает системный администратор. В большинстве систем UNIX этот список содержится в файле /etc/exports , но в Solaris он находится в другом файле - /etc/dfs/dfstab .

NFS работает посредством механизма удаленного вызова процедур ( RPC - Remote Procedure Call ).

Что такое RPC

Идеология RPC очень проста и привлекательна для программиста. Как обычно работает сетевое приложение? Оно следует некоему протоколу (например, HTTP): формирует пакет с запросом, вызывает системную функцию установления соединения, затем функцию отправки пакета, затем ждет ответного пакета и вызывает функцию закрытия соединения. Это значит, что вся работа с сетью является заботой программиста, который пишет приложение: он должен помнить о вызове функций сетевого API системы, думать о действиях в случае сбоев сети.

RPC предполагает иной способ обмена данными между клиентом и сервером. С точки зрения программиста, приложение клиента, работающее с помощью RPC , вызывает функцию на сервере, она выполняется и возвращает результат. Пересылка запроса на выполнение функции через сеть и возврат результатов от сервера клиенту происходит незаметно для приложения, поэтому последнее не должно беспокоиться ни о сбоях сети, ни о деталях реализации транспортного протокола.

Для того чтобы обеспечить прозрачность пересылки данных через сеть, придумана двухступенчатая процедура. На сервере любое приложение, предоставляющее свой сервис через RPC , должно зарегистрироваться в программе, которая называется транслятором портов (port mapper). Функция этой программы - устанавливать соответствие между номером процедуры RPC , которую запросил клиент, и номером TCP или UDP порта, на котором приложение сервера ждет запросов. Вообще говоря, RPC может работать не только с TCP или UDP. В Solaris как раз реализована работа на базе механизма TI (TransportIndependent), поэтому в Solaris транслятор портов называется rpcbind , а не portmap , как в Linux или FreeBSD.

Приложение, которое регистрируется у транслятора портов, сообщает ему номер программы, номер версии и номера процедур, которые могут обрабатываться данной программой. Эти процедуры будут впоследствии вызываться клиентом по номеру. Кроме этого, приложение сообщает номера портов TCP и UDP, которые будут использоваться для приема запросов на выполнение процедур.

Клиент, желающий вызвать выполнение процедуры на сервере, сначала отправляет запрос транслятору портов на сервер, чтобы узнать, на какой TCP или UDP порт надо отправить запрос. Транслятор портов запускается при старте системы и всегда работает на стандартном порту 111. Получив ответ от него, клиент отправляет запрос на тот порт, который соответствует требуемому приложению. Например, сервер NFS работает на порту 2049.

Процедура монтирования общего каталога через NFS

Прежде чем мы перейдем к описанию настроек сервера и клиентов NFS , следует понять, как осуществляется монтирование удаленных файловых систем в принципе.

Клиент NFS посылает запрос на монтирование удаленному компьютеру, который предоставляет свою файловую систему (обычно - некоторую ее часть) для общего пользования. При этом говорят, что сервер NFS "экспортирует" тот или иной каталог (подразумевается - с подкаталогами). Запрос от клиента

Файловая система NFS (Network File System) создана компанией Sun Microsystems. В настоящее время это стандартная сетевая файловая система для ОС семейства UNIX, кроме того, клиенты и серверы NFS реализованы для многих других ОС. Принципы ее организации на сегодня стандартизованы сообществом Интернета, последняя версия NFS v.4 описывается спецификацией RFC ЗОЮ, выпущенной в декабре 2000 года.

NFS представляет собой систему, поддерживающую схему удаленного доступа к файлам. Работа пользователя с удаленными файлами после выполнения операции монтирования становится полностью прозрачной - поддерево файловой системы сервера NFS становится поддеревом локальной файловой системы.

Одной из целей разработчиков NFS была поддержка неоднородных систем с клиентами и серверами, работающими под управлением различных ОС на различной аппаратной платформе. Этой цели способствует реализация NFS на основе механизма Sun RFC, поддерживающего по умолчанию средства XDR для унифицированного представления аргументов удаленных процедур.

Для обеспечения устойчивости клиентов к отказам серверов в NFS принят подход stateless, то есть серверы при работе с файлами не хранят данных об открытых клиентами файлах.

Основная идея NFS - позволить произвольной группе пользователей разделять общую файловую систему. Чаще всего все пользователи принадлежат одной локальной сети, но не обязательно. Можно выполнять NFS и на глобальной сети. Каждый NFS-сервер предоставляет один или более своих каталогов для доступа удаленным клиентам. Каталог объявляется достудным со всеми своими подкаталогами. Список каталогов, которые сервер передает, содержится в файле /etc/exports, так что эти каталоги экспортируются сразу автоматически при загрузке сервера. Клиенты получают доступ к экспортируемым каталогам путем монтирования. Многие рабочие станции Sun бездисковые, но и в этом случае можно монтировать удаленную файловую систему к корневому каталогу, при этом вся файловая система целиком располагается на сервере. Выполнение программ почти не зависит от того, где расположен файл: локально или на удаленном диске. Если два или более клиента одновременно смонтировали один и тот же каталог, то они могут связываться путем разделения файла.

В своей работе файловая система NFS использует два протокола.

Первый NFS-протокол управляет монтированием. Клиент посылает серверу полное имя каталога и запрашивает разрешение на монтирование этого каталога в какую-либо точку собственного дерева каталогов. При этом серверу не указывается, в какое место будет монтироваться каталог сервера. Получив имя, сервер проверяет законность этого запроса и возвращает клиенту дескриптор файла, являющегося удаленной точкой монтирования. Дескриптор включает описатель типа файловой системы, номер диска, номер индексного дескриптора (inode) каталога, который является удаленной точкой монтирования, информацию безопасности. Операции чтения и записи файлов из монтируемых файловых систем используют дескрипторы файлов вместо символьного имени.

Монтирование может выполняться автоматически, с помощью командных файлов при загрузке. Существует другой вариант автоматического монтирования: при загрузке ОС на рабочей станции удаленная файловая система не монтируется, но при первом открытии удаленного файла ОС посылает запросы каждому серверу и после обнаружения этого файла монтирует каталог того сервера, на котором расположен найденный файл.

Второй NFS-протокол используется для доступа к удаленным файлам и каталогам. Клиенты могут послать запрос серверу для выполнения какого-либо действия над каталогом или операции чтения или записи файла. Кроме того, они могут запросить атрибуты файла, такие как тип, размер, время создания и модификации. NFS поддерживается большая часть системных вызовов UNIX, за исключением open и close. Исключение open и close не случайно. Вместо операции открытия удаленного файла клиент посылает серверу сообщение, содержащее имя файла, с запросом отыскать его (lookup) и вернуть дескриптор файла. В отличие от вызова open вызов lookup не копирует никакой информации во внутренние системные таблицы. Вызов read содержит дескриптор того файла, который нужно читать, смещение в уже читаемом файле и количество байт, которые нужно прочитать. Преимуществом такой схемы является то, что сервер не запоминает ничего об открытых файлах. Таким образом, если сервер откажет, а затем будет восстановлен, информация об открытых файлах не потеряется, потому что она не поддерживается.

При отказе сервера клиент просто продолжает посылать на него команды чтения или записи в файлы, однако не получив ответа и исчерпав тайм-аут, клиент повторяет свои запросы. После перезагрузки сервер получает очередной повторный запрос клиента и отвечает на него. Таки образом, крах сервера вызывает только некоторую паузу в обслуживании клиентов, но никаких дополнительных действий по восстановлению соединений и повторному открытию файлов от клиентов не требуется.

К сожалению, NFS затрудняет блокировку файлов. Во многих ОС файл может быть открыт и заблокирован так, чтобы другие процессы не имели к нему доступа. Когда файл закрывается, блокировка снимается. В системах stateless, подобных NFS, блокирование не может быть связано с открытием файла, так как сервер не знает, какой файл открыт. Следовательно, NFS требует специальных дополнительных средств управления блокированием.

В NFS используется кэширование на стороне клиента, данные в кэш переносятся поблочно и применяется упреждающее чтение, при котором чтение блока в кэш по требованию приложения всегда сопровождается чтением следующего блока по инициативе системы. Метод кэширования NFS не сохраняет семантику UNIX для разделения файлов. Вместо этого используется не раз подвергавшаяся критике семантика, при которой изменения данных в кэшируемом клиентом файле видны другому клиенту, в зависимости от временных соотношений. Клиент при очередном открытии файла, имеющегося в его кэше, проверяет у сервера, когда файл был в последний раз модифицирован. Если это произошло после того, как файл был помещен в кэш, файл удаляется из кэша и от сервера получается новая копия файла. Клиенты распространяют модификации, сделанные в кэше, с периодом в 30 секунд, так что сервер может получить обновления с большой задержкой. В результате работы механизмов удаления данных из кэша и распространения модификаций данные, получаемые каким-либо клиентом, не всегда, являются самыми свежими.

Репликация в NFS не поддерживается.

Служба каталогов

Назначение и принципы организации

Подобно большой организации, большая компьютерная сеть нуждается в централизованном хранении как можно более полной справочной информации о самой себе. Решение многих задач в сети опирается на информацию о пользователях сети - их именах, используемых для логического входа в систему, паролях, правах доступа к ресурсам сети, а также о ресурсах и компонентах сети: серверах, клиентских компьютерах, маршрутизаторах, шлюзах, томах файловых систем, принтерах и т. п.

Приведем примеры наиболее важных задач, требующих наличия в сети централизованной базы справочной информации:

• Одной из наиболее часто выполняемых в системе задач, опирающихся на справочную информацию о пользователях, является их аутентификация, на основе которой затем выполняется авторизация доступа. В сети должны каким-то образом централизованно храниться учетные записи пользователей, содержащие имена и пароли.
• Наличия некоторой централизованной базы данных требует поддержка прозрачности доступа ко многим сетевым ресурсам. В такой базе должны храниться имена этих ресурсов и отображения имен на числовые идентификаторы (например, IP-адреса), позволяющие найти этот ресурс в сети. Прозрачность может обеспечиваться при доступе к серверам, томам файловой системы, интерфейсам процедур RPC, программным объектам распределенных приложений и многим другим сетевым ресурсам.
• Электронная почта является еще одним популярным примером службы, для которой желательна единая для сети справочная служба, хранящая данные о почтовых именах пользователей.
• В последнее время в сетях все чаще стали применяться средства управления качеством обслуживания трафика (Quality of Service, QoS), которые также требуют наличия сведений обо всех пользователях и приложениях системы, их требованиях к параметрам качества обслуживания трафика, а также обо всех сетевых устройствах, с помощью которых можно управлять трафиком (маршрутизаторах, коммутаторах, шлюзах и т. п.).
• Организация распределенных приложений может существенно упроститься, если в сети имеется база, хранящая информацию об имеющихся программных модулях-объектах и их расположении на серверах сети. Приложение, которому необходимо выполнить некоторое стандартное действие, обращается с запросом к такой базе и получает адрес программного объекта, имеющего возможность выполнить требуемое действие.
• Система управления сетью должна располагать базой для хранения информации о топологии сети и характеристиках всех сетевых элементов, таких как маршрутизаторы, коммутаторы, серверы и клиентские компьютеры. Наличие полной информации о составе сети и ее связях позволяет системе автоматизированного управления сетью правильно идентифицировать сообщения об аварийных событиях и находить их первопричину. Упорядоченная по подразделениям предприятия информация об имеющемся сетевом оборудовании и установленном программном обеспечении полезна сама по себе, так как помогает администраторам составить достоверную картину состояния сети и разработать планы по ее развитию.

Такие примеры можно продолжать, но нетрудно привести и контраргумент, заставляющий усомниться в необходимости использования в сети централизованной базы справочной информации - долгое время сети работали без единой справочной базы, а многие сети и сейчас работают без нее. Действительно, существует много частных решений, позволяющих достаточно эффективно организовать работу сети на основе частных баз справочной информации, которые могут быть представлены обычными текстовыми файлами или таблицами, хранящимися в теле приложения. Например, в ОС UNIX традиционно используется для хранения данных об именах и паролях пользователей файл passwd, который охватывает пользователей только одного компьютера. Имена адресатов электронной почты также можно хранить в локальном файле клиентского компьютера. И такие частные справочные системы неплохо работают - практика это подтверждает.

Однако это возражение справедливо только для сетей небольших и средних размеров, в крупных сетях отдельные локальные базы справочной информации теряют свою эффективность. Хорошим примером, подтверждающим неприменимость локальных решений для крупных сетей, является служба имен DNS, работающая в Интернете. Как только размеры Интернета превысили определенный предел, хранить информацию о соответствии имен и IP-адресов компьютеров сети в локальных текстовых файлах стало неэффективно. Потребовалось создать распределенную базу данных, поддерживаемую иерархически связанными серверами имен, и централизованную службу над этой базой, чтобы процедуры разрешения символьных имен в Интернете стали работать быстро и эффективно.

Для крупной сети неэффективным является также применение большого числа справочных служб узкого назначения: одной для аутентификации, другой - для управления сетью, третей - для разрешения имен компьютеров и т. д. Даже если каждая из таких служб хорошо организована и сочетает централизованный интерфейс с распределенной базой данных, большое число справочных служб приводит к дублированию больших объемов информации и усложняет администрирование и управление сетью. Например, в Windows NT имеется по крайней мере пять различных типов справочных баз данных. Главный справочник домена (NT Domain Directory Service) хранит информацию о пользователях, которая требуется при организации их логического входа в сеть. Данные о тех же пользователях могут содержаться и в другом справочнике, используемом электронной почтой Microsoft Mail. Еще три базы данных поддерживают разрешение адресов: WINS устанавливает соответствие Netbios-имен IP-адресам, справочник DNS (сервер имен домена) оказывается полезным при подключении NT-сети к Интернету, и наконец, справочник протокола DHCP используется для автоматического назначения IP-адресов компьютерам сети. Очевидно, что такое разнообразие справочных служб усложняет жизнь администратора и приводит к дополнительным ошибкам, когда учетные данные одного и того же пользователя нужно ввести в несколько баз данных. Поэтому в новой версии Windows 2000 большая часть справочной информации о системе может храниться службой Active Directory - единой централизованной справочной службой, использующей распределенную базу данных и интегрированной со службой имен DNS.

Результатом развития систем хранения справочной информации стало появление в сетевых операционных системах специальной службы - так называемой службы каталогов (Directory Services), называемой также справочной службой (directory - справочник, каталог). Служба каталогов хранит информацию обо всех пользователях и ресурсах сети в виде унифицированных объектов с определенными атрибутами, а также позволяет отражать взаимосвязи между хранимыми объектами, такие как принадлежность пользователей к определенной группе, права доступа пользователей к компьютерам, вхождение нескольких узлов в одну подсеть, коммуникационные связи между подсетями, производственную принадлежность серверов и т. д. Служба каталогов позволяет выполнять над хранимыми объектами набор некоторых базовых операций, таких как добавление и удаление объекта, включение объекта в другой объект, изменение значений атрибута объекта, чтение атрибутов и некоторые другие. Обычно над службой каталогов строятся различные специфические сетевые приложения, которые используют информацию службы для решения конкретных задач: управления сетью, аутентификации пользователей, обеспечения прозрачности служб и других, перечисленных выше. Служба каталогов обычно строится на основе модели клиент-сервер: серверы хранят базу справочной информации, которой пользуются клиенты, передавая серверам по сети соответствующие запросы. Для клиента службы каталогов она представляется единой централизованной системой, хотя большинство хороших служб каталогов имеют распределенную структуру, включающую большое количество серверов, но эта структура для клиентов прозрачна.

Важным вопросом является организация базы справочных данных. Единая база данных, хранящая справочную информацию большого объема, порождает все то же множество проблем, что и любая другая крупная база данных. Реализация справочной службы как локальной базы данных, хранящейся в виде одной копии на одном из серверов сети, не подходит для большой системы по нескольким причинам, и в первую очередь вследствие низкой производительности и низкой надежности такого решения. Производительность будет низкой из-за того, что запросы к базе от всех пользователей и приложений сети будут поступать на единственный сервер, который при большом количестве запросов обязательно перестанет справляться с их обработкой. То есть такое решение плохо масштабируется в отношении количества обслуживаемых пользователей и разделяемых ресурсов. Надежность также не может быть высокой в системе с единственной копией данных. Кроме снятия ограничений по производительности и надежности желательно, чтобы структура базы данных позволяла производить логическое группирование ресурсов и пользователей по структурным подразделениям предприятия и назначать для каждой такой группы своего администратора.

Проблемы сохранения производительности и надежности при увеличении масштаба сети обычно решаются за счет распределенных баз данных справочной информации. Разделение данных между несколькими серверами снижает нагрузку на каждый сервер, а надежность при этом достигается за счет наличия нескольких реплик каждой части базы данных. Для каждой части базы данных можно назначить своего администратора, который обладает правами доступа только к объектам своей порции информации обо всей системе. Для пользователя же (и для сетевых приложений) такая распределенная база данных представляется единой базой данных, которая обеспечивает доступ ко всем ресурсам сети вне зависимости от того, с какой рабочей станции поступил запрос.

Существуют два популярных стандарта для служб каталогов. Во-первых, это стандарт Х.500, разработанный ITU-T (во время разработки стандарта эта организация носила имя CCITT). Этот стандарт определяет функции, организацию справочной службы и протокол доступа к ней. Разработанный в первую очередь для использования вместе с почтовой службой Х.400 стандарт Х.500 позволяет эффективно организовать хранение любой справочной информации и служит хорошей основой для универсальной службы каталогов сети.

Другим стандартом является стандарт LDAP (Light-weight Directory Access Protocol), разработанный сообществом Интернета. Этот стандарт определяет упрощенный протокол доступа к службе каталогов, так как службы, построенные на основе стандарта Х.500, оказались чересчур громоздкими. Протокол LDAP получил широкое распространение и стал стандартом де-факто в качестве протокола доступа клиентов к ресурсам справочной службы.

Существует также несколько практических реализаций служб каталогов для сетевых ОС. Наибольшее распространение получила служба NDS компании Novell, разработанная в 1993 году для сетевой ОС NetWare 4.0, а сегодня реализованная также и для Windows NT/2000. Большой интерес вызывает служба каталогов Active Directory, разработанная компанией Microsoft для Windows 2000. Обе эти службы поддерживают протокол доступа LDAP и могут работать в очень крупных сетях благодаря своей распределенности.

Служба каталогов NDS

Служба NDS (NetWare Directory Services) - это глобальная справочная служба, опирающаяся на распределенную объектно-ориентированную базу данных сетевых ресурсов. База данных NDS содержит информацию обо всех сетевых ресурсах, включая информацию о пользователях, группах пользователей, принтерах, томах и компьютерах. ОС NetWare (а также другие клиенты NDS, работающие на других платформах) использует информацию NDS для обеспечения доступа к этим ресурсам.

База данных NDS заменила в свое время справочник bindery предыдущих версий NetWare. Справочник bindery - это «плоская», или одноуровневая база данных, разработанная для поддержки одного сервера. В ней также использовалось понятие «объект» для сетевого ресурса, но трактовка этого термина отличалась от общепринятой. Объекты bindery идентифицировались простыми числовыми значениями и имели определенные атрибуты. Однако для этих объектов не определялись явные взаимоотношения наследования классов объектов, поэтому взаимоотношения между объектами bindery устанавливались администратором произвольно, что часто приводило к нарушению целостности данных.

База данных службы NDS представляет собой многоуровневую базу данных, поддерживающую информацию о ресурсах всех серверов сети. Для совместимости с предыдущими версиями NetWare в службе NDS предусмотрен механизм эмуляции базы bindery.

Служба NDS - это значительный шаг вперед по сравнению с предыдущими версиями за счет:

• распределенности;
• реплицируемости;
• прозрачности;
• глобальности.

Распределенность заключается в том, что информация не хранится на одном сервере, а разделена на части, называемые разделами (partitions). NetWare хранит эти разделы на нескольких серверах сети (рис. 10.8). Это свойство значительно упрощает администрирование и управление большой сетью, так как она представляется администратору единой системой. Кроме того, обеспечивается более быстрый доступ к базе данных сетевых ресурсов за счет обращения к ближайшему серверу.

Рис. 10.8. Разделы базы данных NDS

Реплика - это копия информации раздела NDS. Можно создать неограниченное количество реплик каждого раздела и хранить их на разных серверах. Если один сервер останавливается, то копии этой информации могут быть получены с другого сервера. Это увеличивает отказоустойчивость системы, так как ни один из серверов не отвечает за всю информацию базы данных NDS.

Прозрачность заключается в том, что NDS автоматически создает связи между программными и аппаратными компонентами, которые обеспечивают пользователю доступ к сетевым ресурсам. NDS при этом не требует от пользователя знаний физического расположения этих ресурсов. Задавая сетевой ресурс по имени, вы получите к нему корректный доступ даже в случае изменения его сетевого адреса или места расположения.

Глобальность NDS заключается в том, что после входа вы получаете доступ к ресурсам всей сети, а не только одного сервера, как было в предыдущих версиях. Это достигается за счет процедуры глобального логического входа (global login). Вместо входа в отдельный сервер пользователь NDS входит в сеть, после чего он получает доступ к разрешенным для него ресурсам сети. Информация, предоставляемая во время логического входа, используется для идентификации пользователя. Позже, при попытке пользователя получить доступ к ресурсам, таким как серверы, тома или принтеры, фоновый процесс идентификации проверяет, имеет ли пользователь право на данный ресурс.