Основы сетевых информационных технологий

Компьютер, управляющий  тем или иным ресурсом называют сервером этого ресурса, а компьютер, пользующийся им - клиентом.  

Каждый конкретный сервер определяется видом того ресурса, которым он владеет. Например, назначением  сервера баз данных является обслуживание запросов клиентов, связанных с обработкой данных; файловый сервер, или файл-сервер, распоряжается файловой системой и  т.д.  

Этот принцип распространяется и на взаимодействие программ. Программа, выполняющая предоставление соответствующего набора услуг, рассматривается в  качестве сервера, а программы пользующиеся этими услугами, принято называть клиентами. Программы имеют распределенный характер, т.е. одна часть функций  прикладной программы реализуется  в программе-клиенте, а другая - в  программе-сервере, а для их взаимодействия определяется некоторый протокол.  

Рассмотрим эти  функции. Один из основных принципов  технологии клиент-сервер заключается  в разделении функций стандартного интерактивного приложения на четыре группы, имеющие различную природу. 

Первая группа. Это  функции ввода и отображения  данных.  

Вторая группа - объединяет чисто прикладные функции, характерные  для данной предметной области (для  банковской системы - открытие счета, перевод  денег с одного счета на другой и т.д.).  

Третья группа - фундаментальные  функции хранения и управления информационно-вычислительными  ресурсами (базами данных, файловыми  системами и т.д.).  

Четвертая группа - служебные  функции, осуществляющие связь между  функциями первых трех групп.  

В соответствии с  этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты: 

-компонент представления  (presentation), реализующий функции первой  группы; 

-прикладной компонент  (business application), поддерживающий функции  второй группы; 

-компонент доступа  к информационным ресурсам (resource manager), поддерживающий функции третьей  группы, а также вводятся и  уточняются соглашения о способах  их взаимодействия (протокол взаимодействия).  

Различия в реализации технологии клиент-сервер определяются следующими факторами:  

- видами программного  обеспечения, в которые интегрирован  каждый из этих компонентов;  

- механизмами программного  обеспечения, используемыми для  реализации функций всех трех  групп;  

- способом распределения  логических компонентов между  компьютерами в сети;  

- механизмами, используемыми  для связи компонентов между  собой.  

Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих  моделях: 

1.модель файлового  сервера (File Server - FS); 

2.модель доступа  к удаленным данным (Remote Data Access - RDA); 

3. модель сервера  баз данных (Data Base Server - DBS); 

4. модель сервера  приложений (Application Server - AS).

 

Технология  работы в среде  распределенной обработки  данных  

Одной из важнейших  сетевых технологий является распределенная обработка данных, позволяющая повысить эффективность удовлетворения информационной потребности пользователя и, обеспечить гибкость и оперативность принимаемых  им решений. 

Достоинствами распределенной обработки информации является: 

- большое число  взаимодействующих между собой  пользователей;  

-устранение пиковых  нагрузок с централизованной  базы данных за счет распределения  обработки и хранения локальных  баз данных на разных ЭВМ; 

- возможность доступа  пользователя к вычислительным  ресурсам сети ЭВМ; 

- обеспечение обмена  данными между удаленными пользователями.  

При распределенной обработке производится работа с  базой, т.е. представление данных, их обработка, работа с базой на логическом уровне осуществляется на компьютере клиента, а поддержание базы в  актуальном состоянии - на сервере. При  наличии распределенной базы данных база размещается на нескольких серверах. В настоящее время созданы  базы данных по всем направлениям человеческой деятельности: экономической, финансовой, кредитной, статистической, научно-технической, маркетинга, патентной информации, электронной документации и т.д.  

Создание распределенных баз данных (РБД) было вызвано двумя  тенденциями обработки данных, с  одной стороны - интеграцией, а с  другой - децентрализацией.  

Интеграция подразумевает  централизованное управление и ведение  баз данных. Децентрализация обеспечивает хранение данных в местах их возникновения  или обработки, при этом скорость обработки повышается, стоимость  снижается, увеличивается степень  надежности системы.  

Распределенная база данных - база данных, части которой  размещены на отдельных ЭВМ, входящих в сеть. При этом некоторые данные могут дублироваться.  

При проектировании РБД осуществляется разбиение объекта  на несколько частей (фрагментов) и  размещение каждого фрагмента на один или несколько компьютеров. Размещение фрагментов может быть избыточным или безызбыточным.  

При избыточном размещении необходимо определить степень дублирования фрагментов. Выгоды, получаемые от дублирования, пропорциональны соотношению объемов  выборки данных и их обновления. Для поддержания целостности  базы данных требуется корректировка  всех копий. Преимущества дублирования уменьшаются с увеличением стоимости  хранения фрагментов и, увеличиваются, так как повышается устойчивость системы против отказов. Эффективность  работы пользователей с РБД зависит  от обеспеченности их информацией о  содержащихся в РБД данных, их структуре  и размещении. Эту задачу решает сетевой словарь-справочник данных, находящийся в одной ЭВМ сети или дублирующийся на нескольких ЭВМ. При этом, словарь-справочник может  иметь распределенную структуру, т.е. когда его отдельные фрагменты  распределены по рабочим станциям сети.  

К организации баз  данных предъявляются такие общие  требования как, обеспечение высокой  скоростью обработки запросов, секретности, независимости (физической и логической) данных, безопасности и т.д. Кроме перечисленных требований, к РБД выдвигаются требования "прозрачности": распределенной структуры БД; совместного доступа к данным; распределенной обработки.  

Распределенная структура  БД предполагает независимость конечных пользователей и программ от способа  размещения информации на рабочих станциях сети, т.е. формулирование запросов к  РБД производится аналогично запросам к централизованной БД.  

Совместный доступ к данным подразумевает модификацию  одних и тех же данных несколькими  пользователями не нарушая целостности  РБД.  

"Прозрачность" распределенной обработки означает  независимость пользователей и  программ от типа локальной  вычислительной сети и применяемого  сетевого программного обеспечения.  Обработка запроса пользователя  может производиться на нескольких  ЭВМ.  

Доступ пользователей  к РБД и администрирование  осуществляется с помощью системы  управления распределенной базой данных (СУРБД), которая обеспечивает выполнение следующих функций:  

- автоматическое  определение ЭВМ, хранящей требуемые  в запросе данные;  

-декомпозицию распределенных  запросов на частные подзапросы  к БД отдельных ЭВМ;  

- планирование обработки  запросов;  

- передачу частных  подзапросов и их исполнение  на удаленных ЭВМ;  

- прием результатов  выполнения частных подзапросов;  

- поддержание в  согласованном состоянии копий  дублированных данных на различных  ЭВМ сети;  

- управление параллельным  доступом пользователей к РБД;  

- обеспечение целостности  РБД. 

 

Базовые технологии обработки  запросов в архитектурах  

файл-сервера и  клиент-сервера  

Прикладные программы  управления данными представляют собой  необходимый инструмент для распределенной обработки.  

Архитектура клиент-сервера  сети позволяет различным прикладным программам одновременно использовать общую базу данных. Совершенно очевидно, что перенос программ управления данными с рабочих станций  на сервер способствует высвобождению  ресурсов рабочих станций, предоставляет  возможность увеличить число  частных, локально решаемых задач. Данная архитектура позволяет также  централизовать ряд самых важных функций управления данными, такие, как защита информации баз данных, обеспечение целостности данных, управление совместным использованием ресурсов.  

Одним из важных преимуществ  архитектуры клиент-сервера в  сетевой обработке данных является возможность сокращения времени  реализации запроса. В подтверждение  этому рассмотрим две базовые  технологии обработки информации в  архитектуре клиент-сервера сети и технологии использования традиционного  файлового сервера.  

Допустим, что прикладная программа базы данных загружена  на рабочую станцию и пользователю необходимо получить все записи, удовлетворяющие  некоторым поисковым условиям. В  среде традиционного файлового  сервера программа управления данными, которая выполняется на рабочей  станции, должна осуществить запрос к серверу каждой записи базы данных (рис.4.11,а). Программа управления данными  на рабочей станции может определить, удовлетворяет ли запись поисковым  условиям, лишь после того, как она  будет передана на рабочую станцию.  

Очевидно, что данный технологический вариант обработки  информации имеет наибольшее суммарное  время передачи данных по каналам  сети.  

В среде клиент-сервера, напротив, рабочая станция посылает запрос высокого уровня серверу базы данных. Сервер базы данных осуществляет поиск записей на диске и анализирует  их. Записи, удовлетворяющие условиям, могут быть накоплены на сервере. После того, как запрос целиком  обработан, пользователю на рабочую  станцию передаются все записи, которые  удовлетворяют поисковым условиям (рис. 4.11,б).  

Данная технология позволяет снизить сетевой трафик и повысить пропускную способность  сети. Более того, за счет выполнения операции доступа к диску и  обработки данных в одной системе  сервер может осуществить поиск  и обрабатывать запросы быстрее, чем если бы эти запросы обрабатывались на рабочей станции.  

Прикладные программы  баз данных клиент-сервера поддерживаются программными продуктами:  

-NetWare Btrieve- программой  управления записями с индексацией  по ключу (выполняется на сервере);  

-NetWare SQL - ядром реляционных  баз данных, предназначенным для  обеспечения системы защиты и  целостности данных.  

Службы баз данных NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell позволяют  разработчикам создавать надежные прикладные программы баз данных без необходимости написания  собственных программ управления записями, что обеспечивает удобный перенос прикладных программ в среду клиент-сервера.  

В настоящее время  разработаны десятки тысяч прикладных автономных и многозадачных программ, ориентированных на клиента версий NetWare Btrieve, NetWare SQL, которые могут быть использованы организациями, создающими или имеющими сеть ЭВМ. Более того, версии NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell для  клиентов имеют согласованные API, что  упрощает перенос программ из среды  одного клиента в среду другого.  

Файл-сервер  Рабочая станция  
 

a)  Типовая среда  обработки запросов в сетях  ЭВМ. 
 
 

б) Распределенная среда  обработки запросов в сетях ЭВМ. 

Рис. 4.11. (а,б).Технологии обработки запросов по базовым вариантам 

По степени изменчивости все базы данных (БД) можно разделить  на два класса:  

А - условно-постоянные (в основном для справочных систем);