Вычислительные сети и СУБД

    Прокси-сервер [proxy server] не только использует единственное соединение с Internet, но и предоставляет свою память для хранения временных файлов, что убыстряет работу с Internet.

    Главной задачей маршрутизатора [router] является поиск кратчайшего пути, по которому будет отправлено сообщение, адресованное некоторой ЭВМ в глобальной сети. Маршрутизатор представляет собой либо специализированную ЭВМ, либо обычную ЭВМ со специальным программным обеспечением.

    Сервер  приложений [application server] используется для выполнения программ, которые по каким-то причинам нецелесообразно или невозможно выполнить на других сетевых ЭВМ. Очевидной причиной может быть недостаточная производительность клиентских ЭВМ. Другая причина – использование каких-нибудь стандартных библиотек, копирование которых на каждую клиентскую ЭВМ трудоёмко и, кроме того, создаёт возможность несогласованности версии библиотеки. Многопользовательские операционные системы (Linux, Windows NT) позволяют построить так называемую тонкую клиентную сеть, в которой все ресурсы клиентов предоставлены сервером. Сами клиентские ЭВМ не тратят ничего на обработку данных. Тогда ЭВМ пользователей в такой сети называются терминалами, а сам сервер – терминальным сервером. Такой сервер должен иметь большой объём основной и внешней памяти и высокую производительность. 
 

Глобальная  вычислительная сеть Internet 

    В структуре глобальной сети можно выделить три уровня.

    Первый  – внутренний уровень составляет сеть передачи данных. Она состоит  из узлов связи. Каждый узел связи  представляет собой совокупность средств  передачи данных и состоит из коммутационной ЭВМ и аппаратуры передачи данных.

    Рис. 5. Структура глобальной сети

    Во  второй уровень входят разнообразные  серверы, называемые хост-ЭВМ [host computer], которые выполняют в сети задачи по хранению и обработке данных. Такими серверами могут быть, например, серверы различных локальных сетей.

    Третий  уровень – терминальный – состоит  из обычных клиентных рабочих  станций, которые пользуются услугами глобальной сети.

    Каждая  локальная сеть называется сайтом [site], а юридическое лицо, обеспечивающее работу сайта – провайдером. Сайт состоит из группы серверов, которая выполняет определённые задачи.

    Основными характеристиками сети являются: время  доставки сообщений, производительность и стоимость обработки данных.

    Время доставки сообщений определяется как  статистическое среднее время от момента передачи сообщения в  сеть до момента получения сообщения  адресатом.

    Производительность  сети представляет собой суммарную  производительность серверов.

    Стоимость обработки данных определяется как  стоимостью средств, используемых для  обработки, так и временем доставки и производительностью сети.

    Тип сети и все её характеристики в  основном определяются строением и  принципами работы сети передачи данных, которые описываются протоколом. Протокол [protocol] – это система правил, определяющих формат и процедуры передачи данных по сети. Можно сказать, что протокол представляет собой язык, на котором «разговаривают» ЭВМ в сети. Протокол, в частности, определяет, как будут идентифицироваться в сети хост-ЭВМ и как можно найти их в сети, то есть определяются адресация и порядок маршрутизации.

Адресация и маршрутизация  в сети Internet

    Для организации связи между хост-ЭВМ  необходима общесетевая система  адресации, которая устанавливает  порядок именования абонентов сети передачи данных. В IP-сетях, к которым относится сеть Internet, каждому физическому объекту (хост-ЭВМ, серверы, подсети) присваивается число, называемое IP-адресом, который обычно представляется в виде четырёх чисел от 0 до 255, разделённых точкой, например, 192.171.153.60. Сами по себе эти числа не имеют никакого значения. Адрес содержит в себе номер подсети и номер хост-ЭВМ в данной сети.

    Для удобства пользователей в Internet так же используется другой способ адресации, который называется системой доменных имён [domain naming system - DNS].

Пример

    DNS-адрес имеет вид: win.smtp.dol.ru. В этом примере:

• ru – домен страны, здесь означает все хост-ЭВМ России;
• dol – домен провайдера, означает все ЭВМ локальной сети некоторой формы;
• smtp – домен группы почтовых серверов этой же фирмы.;
• win – имя конкретной ЭВМ из группы smtp.

    Особое  значение имеют организационные  и географические домены – те, которые  пишутся крайними справа в DNS-адресе. Имена для этих доменов зарегистрированы международной организацией InterNIC (Internet Network Information Center). Например, edu означает образовательную организацию, com – коммерческую, gov – правительственную, us – США, uk –Великобританию, de – Германию и т.д. DNS-адрес всегда действует совместно с IP-адресом.

    При организации связи сеть должна по адресу получателя определить путь передачи данных – маршрут. Для определения  маршрута используются различные алгоритмы  маршрутизации [routing]. Эффективность алгоритма маршрутизации существенно влияет на скорость передачи данных по сети. 

Службы  сети Internet 

    В сети Internet имеются многочисленные службы, предоставляющие информационные услуги.

    Одной из наиболее используемых служб является электронная почта [e-mail]. Для обслуживания электронной почты в сети имеются специальные почтовые серверы. Такой сервер выделяет своим клиентам определённый объём внешней памяти (обычно 1-3 Мб) и назначает этой памяти некоторое имя – адрес и пароль для доступа. Такая именованная память называется почтовым ящиком [mailbox]. Все сообщения, адресованные данному клиенту, помещаются в этот ящик и могут быть прочитаны, уничтожены или переправлены в другое место клиентом, которому этот ящик принадлежит. Для отправления и получения почты используются специальные почтовые программы. Адрес почты – это DNS-адрес с добавлением имени абонента.

Пример

    Существует  множество почтовых серверов. Одним  из известных серверов является mail.ru. Адрес почты на этом сервере будет иметь вид:

                ivanov@mail.ru

    где ivanov – это имя абонента, а mail.ru – это DNS-адрес почтового сервера.

    Примером  почтовой программы является Outlook Express для Windows98.

    Другая  широко используемая служба – FTP-служба [file transfer protocol]. Эта служба используется для удалённого доступа к файлам. FTP-сервер представляет собой хранилище всевозможных файлов. Эти файла пользователь может прочитать или скопировать на свою ЭВМ. DNS-адрес таких серверов начинается с ftp, например, ftp.microsoft.com. Информация на FTP-серверах организована в виде традиционных каталогов. Узлы FTP-службы используются разработчиками программного обеспечения для его распространения.

    Доступ  к любым ресурсам сети Internet можно получить с помощью службы World Wide Web или просто Web. Очевидное отличие этой службы от FTP или электронной почты заключается в том, что Web – это мультимедийная служба, то есть она поддерживает не только текст, но и графику, анимацию, звук.

    Web-сервер хранит данные в виде набора текстовых файлов, которые написаны на специальном языке HTML [hypertext markup language]. Специальная программа – броузер [browser] - интерпретирует HTML-текст и выводит на экран монитора страницу, в которой сочетаются текст, графика, анимация и, самое главное, ссылки на другие страницы. Таким образом, с помощью ссылок Web-страницы пользователь имеет возможность переходить от одной страницы к другой и более оперативно разыскивать нужную информацию.

    Для поиска страниц, содержащих нужную информацию, используется поисковая служба. Поисковые  серверы используют специальные  программы, которые анализируют  заголовки Web-страниц и содержащуюся в них информацию. Результатом работы этих программ является список Web-страниц, которые удовлетворяют критерию поиска.

Пример

    Существует  большое количество поисковых серверов: Google, Yandex, Yahoo, Rambler. 

Архитектура вычислительного  процесса

    Архитектура приложения 

    Рис. 6. Архитектура приложения

    Интерфейс пользователя – это набор программ, которые обеспечивают взаимодействие приложения с пользователем: графический  интерфейс, система сообщений об ошибках и т.д.

    Прикладная  программа – это ядро приложения, которое выполняет основные функции  данного приложения: перевод текста, математические расчёты и т.д.

    Под логикой данных понимается набор  программ, которые определяют порядок  доступа к данным, контролируют целостность  данных в соответствии с бизнес-правилами  и допустимость данных. Эти программы  обычно предоставляются используемой при разработке приложения СУБД.

    Под доступом к данным понимается набор  программ, которые обеспечивают запись и чтение данных с внешней памяти. Такие программы также обычно реализованы средствами СУБД.

    Перечисленные составные части приложения относительно независимы друг от друга. Связь между  ними исчерпывается только передачей  данных. Такую передачу данных можно  организовать по сети. Также функционирование частей приложения можно обеспечить на разных ЭВМ, соединённых в сети. Это даёт возможность различным  образом организовать выполнение приложения. Архитектура вычислительного процесса характеризует как построение аппаратного  обеспечения (ЭВМ и сети), так и  способ функционирования приложений.

    Различают четыре способа организации вычислительного  процесса:

• централизованная архитектура;
• распределённая архитектура;
• архитектура клиент-сервер;
• многозвенная архитектура.
• Централизованная архитектура

    Центральная ЭВМ должна иметь большую память и высокую производительность, чтобы  обеспечивать комфортную работу большого числа пользователей.

     Рис. 7. Централизованная архитектура вычислительной системы

    Все приложения, работающие в такой архитектуре, полностью находятся в основной памяти хост-ЭВМ. Терминалы являются лишь устройствами ввода-вывода и таким  образом в минимальной степени  поддерживают интерфейс пользователя рис 4.8.

    Рис. 8. Архитектура централизованного  приложения

    Такая архитектура вычислительных систем была распространена в 70-х и 80-х годах  и реализовывалась на базе мейнфреймов (например, IBM-360/370 или их отечественных аналогов серии ЕС ЭВМ), либо на базе мини-ЭВМ (например, PDP-11 или их отечественного аналога СМ-4). Характерная особенность такой архитектуры – полная «неинтеллектуальность» терминалов. Их работой управляет хост-ЭВМ. Достоинства такой архитектуры состоят в том, что пользователи совместно используют дорогие ресурсы ЭВМ и дорогие периферийные устройства. Кроме того, централизация ресурсов и оборудования облегчает обслуживание и эксплуатацию вычислительной системы. Главным недостатком для пользователя является то, что он полностью зависит от администратора хост-ЭВМ. Пользователь не может настроить рабочую среду под свои потребности – всё используемое программное обеспечение является коллективным. Использование такой архитектуры является оправданным, если хост-ЭВМ очень дорогая, например, супер-ЭВМ. 

Распределённая  архитектура 

    Основой распределённой архитектуры является файл-сервер. Он предоставляет клиентам (т.е. программам на ПЭВМ) свою дисковую память, то есть обеспечивает доступ к  данным. Каждый клиент пользуется для  работы своими ресурсами, поэтому требования к производительности файл-сервера  невысоки. Основными требования будут  предъявляться к файловой системе  файл-сервера.

    Рис. 9. Распределённая архитектура вычислительной системы

    Как видно из рис. 4.10, основная обработка  данных происходит на клиентных ЭВМ, то есть клиенты в отличие от терминалов должны обладать некоторыми ресурсами, поэтому их называют «толстыми» клиентами.

    Распределённая  архитектура лишена недостатков  централизованной архитектуры, к тому же дорогие периферийные устройства (принтеры, RAID-массивы) в такой архитектуре также могут использоваться совместно.