Лекция "Архитектуры файл-сервер и клиент-сервер локальных сетей"

тема 4 вопрос 19 архитектуры файл­сервер и клиент­сервер локальных сетей Клиент­серверные технологии Архитектура клиент­сервер применяется в большом числе сетевых технологий,  используемых для доступа к различным сетевым сервисам. Кратко рассмотрим некоторые  типы таких сервисов (и серверов).  Web­серверы Изначально представляли доступ к гипертекстовым документам по протоколу  HTTP (Huper Text Transfer Protocol). Сейчас поддерживают расширенные  возможности, в частности работу с бинарными файлами (изображения, мультимедиа и т.п.). Серверы приложений Предназначены для централизованного решения прикладных задач в некоторой  предметной области. Для этого пользователи имеют право запускать серверные  программы на исполнение. Использование серверов приложений позволяет снизить  требования к конфигурации клиентов и упрощает общее управление сетью.  Серверы баз данных Серверы баз данных используются для обработки пользовательских запросов на  языке SQL. При этом СУБД находится на сервере, к которому и подключаются  клиентские приложения. Файл­серверы Файл­сервер хранит информацию в виде файлов и представляет пользователям  доступ к ней. Как правило файл­сервер обеспечивает и определенный уровень  защиты от несакционированного доступа. Прокси­сервер Во­первых, действует как посредник, помогая пользователям получить информацию из Интернета и при этом обеспечивая защиту сети. Во­вторых, сохраняет часто запрашиваемую информацию в кэш­памяти на  локальном диске, быстро доставляя ее пользователям без повторного обращения к  Интернету.  Файрволы (брандмауэры) Межсетевые экраны, анализирующие и фильтрующие проходящий сетевой трафик, с целью обеспечения безопасности сети. Почтовые серверы Представляют услуги по отправке и получению электронных почтовых сообщений. Серверы удаленного доступа (RAS) Эти системы обеспечивают связь с сетью по коммутируемым линиям. Удаленный  сотрудник может использовать ресурсы корпоративной ЛВС, подключившись к ней  с помощью обычного модема.  Это лишь несколько типов из всего многообразия клиент­серверных технологий,  используемых как в локальных, так и в глобальных сетях.  Для доступа к тем или иным сетевам сервисам используются клиенты, возможности  которых характеризуются понятием «толщины». Оно определяет конфигурацию  оборудования и программное обеспечение, имеющиеся у клиента. Рассмотрим возможные  граничные значения: «Тонкий» клиент Этот термин определяет клиента, вычислительных ресурсов которого достаточно  лишь для запуска необходимого сетевого приложения через web­интерфейс.  Пользовательский интерфейс такого приложения формируется средствами  статического HTML (выполнение JavaScript не предусматривается), вся  прикладная логика выполняется на сервере.  Для работы тонкого клиента достаточно лишь обеспечить возможность запуска web­ браузера, в окне которого и осуществляются все действия. По этой причине web­ браузер часто называют "универсальным клиентом".«Толстый» клиент Таковым является рабочая станция или персональный компьютер, работающие под  управлением собственной дисковой операционной системы и имеющие  необходимый набор программного обеспечения. К сетевым серверам «толстые»  клиенты обращаются в основном за дополнительными услугами (например, доступ к web­серверу или корпоративной базе данных). Так же под «толстым» клиентом подразумевается и клиентское сетевое  приложение, запущенное под управлением локальной ОС. Такое приложение  совмещает компонент представления данных (графический пользовательский  интерфейс ОС) и прикладной компонент (вычислительные мощности клиентского  компьютера).  В последнее время все чаще используется еще один термин: «rich»­client. «Rich«­клиент  своего рода компромисс между «толстым» и «тонким» клиентом. Как и «тонкий» клиент,  «rich»­клиент также представляет графический интерфейс, описываемый уже средствами  XML и включающий некоторую функциональность толстых клиентов (например интерфейс drag­and­drop, вкладки, множественные окна, выпадающие меню и т.п.) Прикладная логика «rich»­клиента также реализована на сервере. Данные отправляются в  стандартном формате обмена, на основе того же XML (протоколы SOAP, XML­RPC) и  интерпретируются клиентом. Некоторые основные протоколы «rich»­клиентов на базе XML приведены ниже:  XAML (eXtensible Application Markup Language) — разработан Microsoft,  используется в приложениях на платформе .NET;  XUL (XML User Interface Language) — стандарт, разработанный в рамках проекта  Mozilla, используется, например, в почтовом клиенте Mozilla Thunderbird или  браузере Mozilla Firefox;  Flex — мультимедийная технология на основе XML, разработанная  Macromedia/Adobe. Архитектура файл­сервер Данная архитектура стала популярной в тот момент, когда персональные  компьютеры стали объединяться в локальные сети на основе файлового сервера  (например, Novell Netware). Особо популярной данная архитектура являлась в середине­ конце 80 х годов, в период массового объединения персональных компьютеров в  локальные вычислительные сети. Суть этой архитектуры сводится к тому, что на каждом из персональных компьютеров  запускается приложение, использующее общие файлы, находящиеся на файловом сервере.  Т.е. файлы базы данных по запросу клиентов передаются на персональный компьютер, т.е.  рабочую станцию клиента, где они и обрабатываются. Рис. 2. Однопользовательская информационная система и ее многопользовательский  вариант на основе файл­сервера. По своей сути, такая многопользовательская версия ничем не отличается от  однопользовательской версии. Каждый из работающих компьютеров работает с общими  данными так, как будто это его собственные персональные данные. На основе модели файлового сервера функционируют такие популярные СУБД как FoxPro ( Microsoft), dBase (Borland), CF­Clipper (Computer Associates International), Paradox  (Borland) и др.СУБД рассматриваемого класса стоят недорого, просты в установке и освоении. Но они  обладают и рядом существенных недостатков: 1. Сильное увеличение трафика по сети при интенсивной работе нескольких пользователей. 2. Неудобство совместной работы с системой.   3. Невозможность отслеживания информации при аппаратных сбоях. 4. Проблема возможных незакрытых транзакций.     5.2. Архитектура “Клиент­Сервер” Основные особенности архитектуры «клиент­сервер» В архитектуре клиент­сервер для обработки данных выделяется специальное ядро ­ так  называемый сервер баз данных, который принимает на себя функции обработки запросов  пользователей, именуемых теперь клиентами. Сервер баз данных представляет собой мультипользовательскую версию СУБД,  выполненною, как правило, на мощном компьютере. Приложения­клиенты посылают с  рабочих станций запросы на выборку (вставку, обновление, удаление) данных. При этом  сервер выполняет всю “грязную” работу по отбору данных, отправляя клиенту только  требуемый результат.   Рис. 3. Архитектура «клиент­сервер» Такой подход обеспечивает решение трех важных задач: ∙ ­ уменьшение нагрузки на сеть ∙ ­ уменьшение требований к компьютерам­клиентам ∙ ­ повышение надежности и сохранение логической целостности базы данных. Как правило, клиент и сервер территориально отделены друг от друга, и в этом случае они  входят в состав или образуют систему распределенной обработки данных. Но эти СУБД имеют и недостатки: ∙ они намного дороже СУБД предыдущего класса, сложны в освоении, ∙ для эффективной работы этих СУБД требуются высокоскоростные (а поэтому и дорогие) серверы и сети. ∙ в последнее время стал возникать синдром "толстого клиента". Это означает, что  клиентское приложение имеет размер, сравнимый или даже превышающий размер  программы­сервера базы данных. Но наиболее важным результатом перехода в архитектуру клиент­сервер является  гарантированное сохранение логической целостности базы данных, т.е. система становится  более устойчивой и более защищенной. Достигается это благодаря возможности  переложить заботу о сохранении целостности базы на сервер. 5.3. Архитектура с использованием сервера приложений (трехзвенная архитектура) В компьютерных технологиях трёхуровневая архитектура, синоним трёхзвенная  архитектура (англ. three­tier или Multitier architecture) предполагает наличие следующих  компонентов приложения: клиентское приложение (обычно говорят «тонкий клиент» или терминал), подключенное  к серверу приложений, который в свою очередь подключен к серверу базы данных. Они могут взаимодействовать друг с другом по следующей схеме:Рис.4. Трехзвенная архитектура Как правило, третьим звеном в трехзвенной архитектуре становится сервер приложений,  т.е. компоненты распределяются следующим образом: 1. Представление данных — на стороне клиента. 2. Прикладной компонент — на выделенном сервере приложений (как вариант,  выполняющем функции промежуточного ПО). 3. Управление ресурсами — на сервере БД, который и представляет запрашиваемые  данные. Итак, идея сервера приложений заключается в разбиении приложения на две части ­  собственно клиента и сервера данного приложения. Причем сервер приложений может  быть один на много приложений. Клиенты общаются с сервером приложений (или с  серверами приложений, никто не запрещает иметь несколько серверов приложений).  Клиенты посылают серверу приложений запросы, а получают ответы. Клиенты могут  обратиться и непосредственно к серверу базы данных за теми или иными данными.  Обращение за данными к серверу базы данных может производить и сервер приложений. Использование сервера приложений в трехзвенной архитектуре позволяет смягчить или  свести на нет недостатки традиционной архитектуры “клиент сервер”.   1.1. Архитектура “клиент­сервер”   Сеть   ЭВМ  (компьютерная   сеть,   или   вычислительная   сеть   ­   ВС)   ­   это совокупность компьютеров и терминалов, соединенных с помощью каналов связи в единую систему, удовлетворяющую требованиям распределенной обработки данных, совместного использования общих информационных и вычислительных ресурсов. Распределенные   вычисления   в   компьютерных   сетях   основаны   на   архитектуре “клиент­сервер”, ставшей доминирующим способом обработки данных. Термины  “клиент” и  “сервер”   обозначают   роли,  которые   играют  различные   компоненты   в  распределенной среде вычислений. Компоненты “клиент” и “сервер” не обязательно должны работать на разных машинах, хотя обычно это так и есть – клиент­приложение находится на рабочей станции   пользователя,   а   сервер     ­   на   специальной   выделенной   машине.   Наиболее распространены следующие виды серверов: файл­серверы,   северы баз данных, серверы печати, серверы электронной почты, WEB­сервер и другие. В последнее время интенсивно внедряются многофункциональные серверы приложений. Клиент формирует запрос на сервер для выполннения соответствующих функций. Например,   файл­сервер   обеспечивает   хранение   данных   общего   пользования,   организует доступ к ним и передает данные клиенту. Обработка данных распределяется в том или ином   соотношении   между   сервером   и   клиентом.   В   последнее   время   долю   обработки, приходящуюся на клиента, стали называть “толщиной” клиента.  Развитие архитектуры “клиент­сервер” происходит по спирали и в настоящее время намечается тенденция централизации вычислений (рис.1.1), т.е. замены “толстых” клиентов – рабочих станций на основе высокопроизводительных ПЭВМ, оснащенных мощным ПО для   поддержки   прикладных   программ,   мультимедийных   средств,   навигационного     играфического интерфейса – “тонкими” клиентами. Характерный пример “тонкого” клиента – архитектура Sun Ray Hot Desk, предложенная компанией Sun Microsystems.  Архитектура  Sun  Ray  Hot  Desk предполагает использование настольных систем типа графических терминалов Sun Ray 1, имеющих   минимум   программных   и   аппаратных   средств,   но   обладающих   широкими возможностями   работы   с   приложениями   в   соответствии   с   основной   идеей   “тонких” клиентов – вынести на сервер все, вплоть до виртуальных драйверов устройств, включая драйвер   монитора.   Историческими   предшественниками   “тонких”   клиентов   были алфавитно­цифровые   терминалы,   подключавшиеся   к   главным   ЭВМ,   или   мэйнфреймам (mainframe) через специализированные интерфейсы или универсальные последовательные порты.   Мэйнфреймы   –   классический   пример   централизации   вычислений,   поскольку   в едином   комплексе   были   сконцентрированы   все   вычислительные   ресурсы,   хранение   и обработка   огромных   массивов   данных.   Основные   достоинства   централизованной архитектуры  ­ простота администрирования и защиты информации. Все терминалы были однотипными   ­   следовательно,   устройства   на   рабочих   местах   пользователей   вели   себя предсказуемо   и   в   любой   момент   могли   бы   быть   заменены,   затраты   на   обслуживание терминалов и линий связи также  легко прогнозировались.   Революция,   вызванная   появлением   персональных   компьютеров,     сделала возможным   иметь   вычислительные   и   информационные   ресурсы   на   рабочем   столе пользователя и управлять ими по собственному разумению с помощью цветного оконного графического интерфейса. Увеличение производительности ПК позволило перенести части системы   (интерфейс   с   пользователем,   прикладную   логику)   для   выполнения   на персональном   компьютере,   непосредственно   на   рабочем   месте,   а   функции   обработки данных оставить на центральном компьютере. Система стала распределенной ­ одна часть функций выполняется на центральном компьютере, другая ­ на персональном, который связан  с  центральным  посредством  коммуникационной  сети.  Таким  образом,  появилась клиент­серверная модель взаимодействия компьютеров и программ в сети и на этой основе стали   развиваться   средства   разработки   приложений   для   реализации   информационных систем.