Сетевая операционная система и архитектура сетей. Использование технологии "Клиент-сервер"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство культуры Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

университет кино и телевидения»

Факультет массовых коммуникаций

Кафедра математического моделирования

КУРСОВАЯ РАБОТА

по Информационным технологиям в управлении

на тему: «Сетевая операционная система и архитектура сетей. Использование технологии «клиент-сервер»»

Выполнила: Глуз Ю. А., 265 гр.

Руководитель:

доцент, к. п. н. Сорокина И. В.

Санкт-Петербург

2013



1. Сетевая операционная система и архитектура сетей

При исследовании сетей ЭВМ появляются задачи согласования взаимодействия серверов, линий связи, клиентов и прочих устройств. Эти задачи решаются способом установления определённых процедур, которые называются протоколами. Протокол - это правила взаимодействия компьютеров. Обычные протоколы вынуждают различные компьютеры «говорить на одном языке». В связи с этим, создается возможность подключать к сети разнотипные компьютеры,которые работают под управлением разных ОС.

Реализацию управления с серверами вместе с реализациейпротоколов называют сетевой ОС. Часть протоколов реализуется аппаратно, часть - программно. Для того чтобы стандартизировать протоколы, создали международную организацию протоколов ISO. Она создала такое понятие как архитектура открытых систем, которое понимается как возможность взаимодействия систем по определённым правилам, но и сами системы могут быть созданы на различных технических средствах. Понятие уровня-это основа архитектуры открытых систем. Каждая система делится на уровни или подсистемы, каждые из них выполняют свои функции.

Уровень сети - это совокупность станций, которые имеют одинаковый ранг и входят в иерархическую сеть. Станция - это промежуточный, выходной или входной пункт передачи сообщений по каналу.

Существует 7 уровней сетей:

Первый уровень - физический. Он определяет некоторые физические характеристики канала. К этому уровню следует отнести типы разъемов, кабелей, электрические характеристики сигнала. По типу характеристик сети разделяют на цифровые и аналоговые. Бит является единицей обмена.

Второй уровень, канальный, регулирует передачу данных между несколькими узлами сети. Этот уровень осуществляет контроль корректности передачи сблокированной информации средством исследования контрольной суммы блока. Для того, чтобы повысить скорость обмена нужно осуществить сжатие данных. Сообщение разворачивается при получении. Пакет является единицей обмена..

Третий уровень - сетевой. Он обеспечивает управление маршрутизацией пакетов. Этот уровень направлен на соглашение о блокировании данных и их адресов. По одному каналу информация может передаваться с двух модемов для повышения его загрузки. Используют сетевые протоколы SPX и IPX и прочие. (в локальных сетях), IP (Internet Protocol - интернет протокол) и TCP ( Transmission Control Protocol - протокол управления передачей) и прочие. - в сетях интернета. Пакет так же является единицей обмена.

Четвёртый уровень, транспортный. Он стандартизирует обмен данных между несколькими портами разных ЭВМ сети. Используются протоколы TP 0. и TP 1. Сеансовое сообщение- является еденицей обмена.

5-й уровень - сеансовый. Этот уровень осуществляет правила проверки прав доступа к сетевым ресурсам, рестата, диалога прикладных программ. Пользовательское сообщение является единицей обмена этого и последующих уровней..

Шестой уровень -представления, Этот уровень распознает алфавиты, форматы данных, представления графических и специальных символов, кодов. На данном уровне устанавливают стандарт на форму передаваемых документов. В банковской системе популярен стандарт Swift . Он определяет назначение и расположение полей документа.

7-ой уровень - прикладной. Данный уровень осуществляет управление выполнением прикладной программы.

Каждый из перечисленных уровней решает свои задачи, и обеспечивает сервисом расположенный над ним уровень. Интерфейс - это правила взаимодействия в одной системе соседних уровней.

В связи с много - платформенности сетевых ОС имеется тенденция стандартизации серверных платформ, которые обеспечивают функции сетевых ОС. Самыми распространенными являются Server Windows NT фирмы Microsoft, NetWare фирмы Novell.

Все сети делятся на частные, общественные и коммерческие. Локальные сети разделяются на одно-ранговые и централизованные. Централизованные - используют файл-сервер. Рабочие станции не имеют контакта друг с другом. В одно-ранговых сетях сетевое управление такое, что любой узел может выступать и как файл-сервер, и как рабочая станция. Эти сети не дорогие и численность пользователей не большое , до двадцати человек..

Объединение нескольких ЛВС на основе протоколов HTTP и TCP / IP в пределах нескольких или одного зданий называется интрасетями. На принципе интрасети основываются корпоративные сети, которые подсоединяются к глобальным сетям.

2. Использование технологии «клиент-сервер»

Со временем не очень функциональную модель файлового сервера для локальных сетей (FS) сменили появившиеся одна задругой модели строения «Клиент сервер» (RDA, DBS и AS).

Технология «Клиент - сервер», которая заняла самый низ базы данных, стала главной технологией глобальной сети Internet. Далее, вследствие перенесения идей сети Internet в сферу корпоративных систем, возникла технология Intranet. В различие от технологии «Клиент-сервер» такая технология обращена на информацию в ее окончательно готовом виде к потреблению, а не на данные. Вычислительные системы, которые построенны на основе Intranet, обладают в своем составе центральные серверы информации и определенные компоненты представления информации последнему пользователю (браузеры или программы-навигаторы). Дейсвие между сервером и клиентом в Intranet совершается с помощью web - технологий.

В современное время технология «Клиент-сервер» приобрела очень значительное распространение, но сама по себе данная технология универсальных рецептов не имеет. Она только доставляет всеобщее суждение о том, как должна быть создана нынешняя распределительная информационная система. Так же осуществления этой технологии в определенных программных товарах и даже в видах программного обеспечения распознаются весьма существенно.

Классическая двухуровневая архитектура «Клиент - сервер»

Как правило компоненты сети не имеют равных прав: у одних есть доступ к ресурсам (например: система управления базами данных, процессор, принтер , файловая система и прочие), у других есть возможность обращаться к этим ресурсам. операционный система сервер технология

Технология «Клиент - сервер» - это архитектура программного комплекса распределяющая прикладной программой по двум логически различным частям (сервер и клиент), которые взаимодействуют по схеме «запрос-ответ» и решают собственные определенные задачи.

Программа (или компьютер), управляющая и/или владеющая каким-нибудь ресурсом, называется сервером этого ресурса.

Программа (компьютер или), запрашивающая и пользующаяся каким-либо ресурсом, называется клиентом этого ресурса.

При этом так же может появиться такое условия, когда кое-какой программный блок будет одновременно реализовывать функции сервера по отношению к одному блоку и клиента по отношению к другому блоку.

Главный принцип технологии «Клиент-сервер» заключается в разделении функций приложения как минимум на три звена:

- модули интерфейса с пользователем;

Еще эта группа называется логикой представления. С ее помощью пользователи могут взаимодействовать с приложениями. Независимо от конкретных характеристик логики представления (интерфейс командной строки,интерфейсы через посредника, сложные графические пользовательские интерфейсы) ее задача заключается в том, чтобы обеспечить средства для большей эффективности обмена информацией между информационной системой и пользователем.

- модули хранения данных;

Эта группа еще называется бизнес-логикой. Бизнес-логика находит, для чего именно нужно то или иное приложение (например, прикладные функции, присущие для предоставленной предметной области). Разделение приложения по границам между программами обеспечивает натуральную основу для распределения приложения на двух или более компьютерах.

- модули обработки данных (функции управления ресурсами);

Так же эта группа называется логикой алгоритмами доступа к данным или просто доступа к данным. Алгоритмы входа к данным рассматриваются как специфический интерфейс для конкретного приложения к устройству стабильного сохранения данных наподобие СУБД или же файловой системы. С помощью модулей обработки данных организуется специфический интерфейс для приложения СУБД. С помощью интерфейса приложение может управлять соединениями с базой данных и запросами к ней (перевод специфических для конкретного приложения запросов на язык SQL, получение результатов и перевод этих результатов обратно в специфические для конкретного приложения структуры данных). Каждое из перечисленных звеньев может реализоваться независимо от нескольких других. Например, не изменяя программ, которые используются для обработки и хранения данных, можно изменить интерфейс с пользователем так, что одни и те же данные будут отображаться в виде таблиц, гистограмм или же графиков. Самые простые приложения часто способны собрать все три звена в единственную программу, и подобное разделение соответствует функциональным границам.

В соответствии с разделением функций в каждом приложении выделяют следующие компоненты:

- компонент представления данных;

- прикладной компонент;

- компонент управления ресурсом.

Клиент-сервер в классической архитектуре нужно распределить три главные части приложения по 2-м физическим модулям. Обычно прикладной компонент находится на сервере (например, на сервере БД), компонент представления данных - на стороне клиента, а компонент управления ресурсом распределяется между серверной и клиентской частями. В этом заключается главный недостаток классической двухуровневой архитектуры.

В двухзвенной архитектуре при разделении алгоритмов обработки данных, разработчики должны иметь полную информацию о последних изменениях, которые были внесены в систему, и понимать эти изменения, что создает не маленькие сложности при разработке клиент-серверных систем, их сопровождении и установке, поскольку необходимо тратить большие усилия на координацию действий разных групп специалистов. В действиях разработчиков часто возникают противоречия, а это тормозит развитие системы и вынуждает изменять уже готовые и проверенные элементы.

Чтобы избежать несогласованности разных элементов архитектуры, создали две модификации двухзвенной архитектуры «Клиент - сервер»: «Толстый клиент» («Тонкий сервер») и «Тонкий клиент» («Толстый сервер»).

В этой архитектуре разработчики попытались выполнять обработку данных на одной из двух физических частей - либо на стороне клиента («Толстый клиент»), либо на сервере («Тонкий клиент).

У каждого подхода есть свои значительные недостатки. В первой ситуации неоправданно перегружается сеть, потому что по ней передаются необработанные то есть избыточные данные. Кроме того, усложняется поддержка системы и ее изменение, потому что исправление ошибки или же замена алгоритма вычислений требуют одновременной полной замены всех интерфейсных программ, если не сделать полной замены, то может возникнуть несогласованность данных или ошибки . Если же вся обработка информации выполняется на сервере, то возникает проблема описания встроенных процедур и их отладки. Систему с обработкой информации на сервере абсолютно невозможно перенести на другую платформу (ОС), это является серьезным недостатком.

Если же создается двухуровневая классическая архитектура «Клиент - сервер», то нужно знать следующие факты:

- архитектура «Толстый сервер» аналогична архитектуре «Тонкий клиент»

Передача запроса от клиента на сервер, обработка запроса сервером и передача результата клиенту. При этом архитектуры имеют следующие недостатки:

- усложняется реализация, так как языки типа SQL не приспособлены для разработки подобного ПО и нет хороших средств отладки;

- производительность программ, которые написаны на языках типа SQL, очень низка, чем созданые на прочих языках, что имеет наиболее важное значение для сложных систем;

- программы, которые написаны на СУБД-языках как правило функционируют от части не очень надежно; ошибка в них может привести к выходу из строя всего сервера баз данных;

- получившиеся таким образом программы полностью непереносимы на другие платформы и системы .

- архитектура «Толстый клиент» аналогична архитектуре «Тонкий сервер»

Обработка запроса совершается на стороне клиента, то есть совершается передача клиенту всех необработанных данных с сервера. В этом случае у архитектур имеются негативные стороны:

- усложняется обновление ПО, потому что его замену нужно производить одновременно по всей системе;

- усложняется распределение полномочий, потому что разграничение доступа происходит не по действиям, а по таблицам;

- перегружается сеть вследствие передачи по ней необработанных данных;

- слабая защита данных, так как сложно правильно распределить полномочия.

Для решения перечисленных проблем нужно использовать многоуровневые (три и более уровней) архитектуры «Клиент-сервер».

Трехуровневая модель.

С середины 90-х годов прошлого века популярность специалистов получила трехзвенная архитектура «Клиент - сервер», разделившая информационную систему по функциональным возможностям на три некоторых звена: логика доступа к данным, логика представления и бизнес-логика. В противоположность двухуровневой архитектуры в трехуровневой имеется дополнительное звено - сервер приложений, предназначенный для осуществления бизнес-логики, при этом полностью разгружается клиент, который посылает запросы промежуточному программному обеспечению, и максимально употребляются все возможности серверов.

В трехуровневой архитектуре клиент как правило не перегружен функциями обработки данных, а осуществляет свою главную роль системы представления информации, поступающей с сервера приложений. Такой интерфейс можно привести в исполнение с помощью стандартных средств Web-технологии - браузера, CGI и Java. Это понижает объемность данных, предоставляемых между клиентом и сервером приложений, что позволяет подключать клиентские компьютеры даже по медленным линиям типа телефонных каналов. В связи с этим, клиентская часть может быть такой простой, что в большинстве случаев ее осуществляют с помощью универсального браузера. Однако если все-таки ее поменять придется, то эту процедуру можно реализовать быстро и безболезненно.

Сервер приложений - это программное обеспечение, которое является промежуточным пластом между сервером и клиентом.

Имеется несколько категорий продуктов промежуточного пласта:

- Message orientated - яркие представители MQseries и JMS;

- Object Broker - яркие представители CORBA и DCOM;

- Component based - яркие представители.NET и EJB.

Применение сервера приложений приносит намного больше возможностей, например, снижается нагрузка на клиентские компьютеры, так как сервер приложений распределяет нагрузку и обеспечивает защиту от сбоев. Поскольку бизнес-логика хранится на сервере приложений, то при каких-либо изменениях в отчетности или расчетах клиентские программы никаким образом не задеваются.

Есть немного серверов приложений от таких знаменитых компаний как Sun, Oracle Microsystem, IBM, Borland и каждый из них различается комплектом предоставляемых сервисов (производительность учитывать в данном случае не буду). Эти сервисы облегчают программирование и развертывание приложений масштаба предприятия. Как правило сервер приложений дает следующие сервисы:

- WEB Server - чаще всего включают в поставку самый мощный и популярный Apache;

- WEB Container - позволяет выполнять JSP и сервлеты. Для Apache таким сервисом является Tomcat;

- CORBA Agent - может предоставлять распределенную директорию для хранения CORBA объектов;

- Messaging Service - брокер сообщений;

- Transaction Service - уже из названия понятно, что это сервис транзакций;

- JDBC - драйвера для подключения к базам данных, ведь именно серверу приложений придется общаться с базами данных и ему нужно уметь подключаться к используемой в вашей компании базе;

- Java Mail - данный сервис может предоставлять сервис к SMTP;

- JMS (Java Messaging Service) - обработка синхронных и асинхронных сообщений;

- RMI (Remote Method Invocation) - вызов удаленных процедур.

Многоуровневые клиент-серверные системы довольно легко можно перевести на Web-технологию - для этого нужно заменить клиентскую часть специализированным или универсальным браузером, а сервер приложений дополнить Web-сервером и малыми программами вызова процедур сервера. Для

разработки этих программ можно употребить как Common Gateway Interface (CGI), так и более современную технологию Java.

В трехуровневой системе в качестве каналов связи между сервером приложений и СУБД можно использовать наиболее быстрые линии, требующие минимальныхзатрат, так как сервера как правило находятся в одном помещении (серверной) и не будет перегружать сеть из-за передачи высокого количества информации.

Из всего перечисленного вытекает вывод о том, что двухуровневая архитектура весьма уступает многоуровневой архитектуре, в связи с этим на сегодняшний день применяется только многоуровневая архитектура «Клиент - сервер», распознающая три модификации - RDA, DBS и AS.

Различные модели технологии «Клиент - сервер»

Самой первой основной базовой технологией для локальных сетей была модель файлового сервера (FS). В то время эта технология была весьма распространена среди отечественных разработчиков, использовавших такие системы, как FoxPro, Clipper, Clarion, Paradox и так далее.

В модели FS функции всех 3-х компонентов (компонент представления, прикладной компонент и компонент доступа к ресурсам) совмещены в одном коде, который осуществляется на компьютере-сервере (хосте). Компьютер-клиент в такой архитектуре совсем отсутствует, а отображение и вынесение данных совершается с помощью компьютера компьютера или терминала в порядке эмуляции терминала. Приложения обычно формируются на языке четвертого поколения (4GL). Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и дает другим компьютерам услуги по обработке файлов. Он функционирует под управлением сетевых ОС и играет важную роль компонента доступа к информационным ресурсам. На прочих ПК в сети функционирует приложение, в кодах которого соединены прикладной компонент и компонент представления.

Технология действия между клиентом и сервером такая: запрос посылается на файловый сервер, передающий СУБД, которая размещена на компьютере-клиенте, требуемый блок данных. Вся обработка исполняется на терминале.

Протокол обмена - это некий набор вызовов, которые обеспечивают приложению вход к файловой системе на файл-сервере.

Положительными сторонами данной технологии являются:

- простота разработки приложений;

- удобство администрирования и обновления ПО

- низкая стоимость оборудования рабочих мест (терминалы или дешевые компьютеры с низкими характеристиками в режиме эмуляции терминала всегда дешевле полноценных ПК).

Но достоинства FS - модели превосходят ее недостатки:

- большая загрузка сети;

Несмотря на немаленький объем данных, которые пересылаются по сети, время отклика является критичным, потому что каждый символ, введенный клиентом на терминале, должен быть передан на сервер, обработан приложением и возвращен обратно для вывода на экран терминала. Помимо этого существует проблема распределения нагрузки между несколькими компьютерами.

- дорогостоящее аппаратное обеспечение сервера, так как все пользователи разделяют его ресурсы;

- отсутствие графического интерфейса.

Благодаря решению проблем, присущих технологии «Файл - сервер» появилась более прогрессивная технология, получившая название «Клиент - сервер».

Для современных СУБД архитектура «клиент-сервер» стала фактически стандартом. Если предполагается, что проектируемая сетевая технология будет иметь архитектуру «клиент-сервер», то это означает, что прикладные программы, реализованные в ее рамках, будут иметь распределенный характер, то есть часть функций приложений будет реализована в программе-клиенте, другая - в программе-сервере.

Различия в реализации приложений в рамках технологии «Клиент-сервер»определяются четырьмя факторами:

- какие виды программного обеспечения в логических компонентах;

- какие механизмы программного обеспечения используются для реализации функций логических компонентов;

- как логические компоненты распределяются компьютерами в сети;

- какие механизмы используются для связи компонент между собой.

Исходя из этого, выделяются три подхода, каждый из которых реализован в соответствующей модели технологии «Клиент - сервер»:

- модель доступа к удаленным данным (Remote Date Access - RDA);

- модель сервера базы данных (DateBase Server - DBS);

- модель сервера приложений (Application Server - AS).

Существенным преимуществом RDA-модели является обширный выбор инструментальных средств разработки приложений, которые обеспечивают стремительное образование desktop-приложений, которые работают с SQL-направленными СУБД. Как правило, инструментальные средства поддерживают графический интерфейс пользователя с ОС, а также средства автоматической генерации кода, где смешаны функции представления и прикладные функции.

Несмотря на большое распространение, RDA-модель уступает место наиболее технологичной DBS-модели.

Модель сервера баз данных (DBS) - сетевая архитектура технологии «Клиент - сервер», в основе которой лежит механизм хранимых процедур, который реализует прикладные функции. В DBS - модели понятие информационного ресурса сжато до базы данных из-за того же механизма хранимых процедур, реализованный в СУБД, да и то не во всех.

Положительные стороны DBS-модели перед RDA-моделью очевидны: это и возможность централизованного администрирования различных функций, и снижение трафика сети потому, что вместо SQL-запросов по сети передаются вызовы хранимых процедур, и возможность разделения процедуры между двумя приложениями, и экономия ресурсов компьютера за счет использования однажды созданного плана выполнения процедуры.

Модель сервера приложений (AS) - это сетевая архитектура технологии «Клиент - сервер», которая представляет собой процесс, который выполняется на компьютере-клиенте, и, который отвечает за интерфейс с пользователем (ввод и отображение данных). Важнейшим элементом такой модели является прикладной компонент, который называется сервером приложения, он функционирует на удаленном компьютере (или двух компьютерах). Сервер приложений осуществлен как группа прикладных функций, оформленных в виде сервисов (служб). Каждый сервис предоставляет некоторые услуги всем программам, которые желают и могут ими воспользоваться.

Выучив все модели технологии «Клиент - сервер», можно сделать такой вывод: RDA- и DBS-модели, в основе этих двух моделей лежит двухзвенная схема разделения функций. В RDA-модели прикладные функции переданы клиенту, в DBS-модели их исполнение реализовывается через ядро СУБД. В RDA-модели прикладной компонент сливается с компонентом представления, в DBS-модели интегрируется в компонент доступа к ресурсам.

В AS-модели осуществлена трехзвенная схема разделения функций, где прикладной компонент выделен как главный изолированный элемент приложения, который имеет стандартизированные интерфейсы с двумя прочими компонентами.

Результаты анализа моделей технологий «Файловый сервер» и «Клиент - сервер» представлены в таблице 1.

Несмотря на свое названия технология «Клиент -сервер» также является системой распределенных вычислений. В этом случае распределенные вычисления понимают как архитектура «Клиент - сервер» при участии некоторых серверов. Применительно к распределенной обработке термин «сервер» означает просто программу, отвечающую на запросы и выполняющую необходимые действия по запросу клиента. Поскольку распределенные вычисления - это один из видов систем «Клиент - сервер», то пользователи приобретают такие же преимущества, например, возрастание общей пропускной способности и возможность многозадачной работы. Также, интеграция дискретных сетевых компонентов и обеспечение их работы как единого целого способствует расширению результативности и уменьшению сбережений.

Так как обработка реализовывается в любом месте сети, распределенные вычисления в архитектуре «Клиент-сервер» гарантируют действенное масштабирование. Чтобы добиться баланса между сервером и клиентом, компонент приложения должен осуществляться на сервере только в том случае, если централизованная обработка более результативна. Если логика программы, взаимодействующей с централизованными данными, сосредоточена на той же машине, что и данные, их необязательно передавать по сети, поэтому требования к сетевой среде могут быть снижены.

Вследствие этого можно сделать следующий вывод: если будет нужно работать с малыми информационными системами, которые не требуют графического интерфейса с пользователем, можно использовать FS - модель. Вопрос о графическом интерфейсе можно свободно решить с помощью RDA-модель. DBS-модель это очень хороший вариант для систем управления базами данных(СУБД). AS-модель это лучший вариант для того, чтобы создать большие информационные системы, а также при использовании низкоскоростных каналов связи.



Список использованной литературы

1)Коржов В. Многоуровневые системы «клиент-сервер». Издательство Открытые системы (17 июня 2002)

2)Боуман Д., Эмерсон C., Дарновски М. Практическое руководство по SQL. - Киев: Диалектика, 2005.

3)Горев А., Макашарипов С., Владимиров Ю. SQL Server 6.5 для профессионалов. - СПб.: Питер, 2001.

4)Ланг К., Чоу Д. Публикация баз данных в Интернете. - СПб.: Символ-Плюс, 2004.

5)Microsoft Press. Секреты создания интрасетей. - СПб.: Питер, 2002

6)Гладкий., А. 1С: Предприятие 8.0 [Текст] / А. Гладкий. - М.: Питер, 2005. - 256 с.

Интернет-источники:

1)http:\\www.citforum.ru

2)http://www.soft-sib.ru/articles/programs/10/

Размещено на Allbest.ru

...