Распределительные системы обработчиков данных

Программы имеют распределенный характер, т. е. одна часть функций  прикладной программы реализуется в программе - клиенте, а другая — в программе - сервере, а для их взаимо-действия определяется некоторый протокол.

в любом приложении выделяются следующие  логические компоненты:

•   компонент представления (presentation), реализующий функции первой группы(функции ввода и отображения данных);

•  прикладной компонент (business application), поддерживающий функции второй группы(объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (например, для банковской системы — открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т. д.).);

•  компонент доступа к информационным ресурсам (resource manager), поддерживающий функции третьей (фундаментальные функции хранения и управления информационно-вычислительными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т. д.))группы, а так­же протокол взаимодействия.

Различия в реализации технологии «клиент — сервер» определяются следующими факторами:

•  виды программного обеспечения, в которые интегрирован каждый из этих компонентов;

•  механизмы программного обеспечения, используемые для реализации функций  всех трех групп;

•  способы  распределения  логических  компонентов  между компьютерами в сети;

•  механизмы, используемые для  связи компонентов между собой.

Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих технологиях:

•  файловый сервер (File Server — FS);

•  доступ к удаленным  данным (Remote Data Access — RDA);

•  сервер баз данных (Data Base Server — DBS);

•  сервер приложений (Application Server — AS).

FS-модель является базовой для локальных сетей персональных компьютеров. В соответствии с этой моделью один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет услуги по обработке файлов другим компьютерам. Файловый сервер работает под управлением сетевой операционной системы (например, Novell NetWare) и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (то есть к файлам). На других компьютерах в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент. Протокол обмена представляет собой набор низкоуровневых вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.

 

 

 

Рис.1.1. Модель файлового сервера.

Когда прикладная программа  обращается к базе данных, СУБД направляет запрос на файловый сервер. В этом запросе  указаны файлы, где находятся  запрашиваемые данные. В ответ  на запрос файловый сервер направляет по сети требуемый блок данных. СУБД, получив его, выполняет над данными  действия, которые были декларированы  в прикладной программе.

К технологическим недостаткам  модели относят высокий сетевой трафик (передача множества файлов, необходимых приложению), узкий спектр операций манипулирования данными ("данные - это файлы"), отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным (защита только на уровне файловой системы) и т.д. Все перечисленные недостатки - следствие внутренне присущих FS-модели ограничений, определяемых ее характером.

Более технологичная RDA-модель существенно отличается от FS-модели характером компонента доступа к информационным ресурсам. Это, как правило, SQL-сервер. В RDA-модели коды компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Последний поддерживает как функции ввода и отображения данных, так и чисто прикладные функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается либо операторами специального языка (языка SQL, если речь идет о базах данных) или вызовами функций специальной библиотеки (если имеется соответствующий интерфейс прикладного программирования - API).

 

Рис 2.2. Модель доступа к удаленным  данным.

Клиент направляет запросы  к информационным ресурсам (например, к базам данных) по сети удаленному компьютеру. На нем функционирует  ядро СУБД, которое обрабатывает запросы, выполняя предписанные в них действия и возвращает клиенту результат, оформленный как блок данных. При этом инициатором манипуляций с данными выступают программы, выполняющиеся на компьютерах-клиентах, в то время как ядру СУБД отводится пассивная роль - обслуживание запросов и обработка данных.

Прежде всего, перенос  компонента представления и прикладного  компонента на компьютеры-клиенты существенно  разгружает сервер БД, минимизируя общее число процессов операционной системы. С другой стороны, резко уменьшается загрузка сети, так как по ней передаются от клиента к серверу не запросы на ввод-вывод (как в системах с файловым сервером), а запросы на языке SQL, а их объем существенно меньше.

К сожалению, RDA-модель не лишена ряда недостатков. Во-первых, взаимодействие клиента и сервера посредством SQL-запросов существенно загружает сеть. Во-вторых, удовлетворительное администрирование приложений в RDA-модели практически невозможно из-за совмещения в одной программе различных по своей природе функций (функции представления и прикладные функции).

Наряду с RDA-моделью все большую  популярность приобретает перспективная DBS-модель. Последняя реализована в некоторых реляционных СУБД (Informix, Ingres, Sybase, Oracle, InterBase). Ее основу составляет механизм хранимых процедур - средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. Язык, на котором разрабатываются хранимые процедуры (SQL/PTL), представляет собой процедурное расширение языка запросов SQL и уникален для каждой конкретной СУБД.

В DBS-модели компонент представления  выполняется на компьютере-клиенте, в то время как прикладной компонент  оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере  БД. Там же выполняется компонент  доступа к данным, то есть ядро СУБД. Достоинства DBS-модели: возможность централизованного администрирования прикладных функций, и снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы хранимых процедур).

К недостаткам можно  отнести ограниченность средств, используемых для написания хранимых процедур, которые представляют собой разнообразные процедурные расширения SQL, не выдерживающие сравнения по функциональным возможностям с языками третьего поколения, такими как C или Pascal. Сфера их использования ограничена конкретной СУБД, в большинстве СУБД отсутствуют возможности отладки и тестирования разработанных хранимых процедур.

 

Рис.1.3. Модель сервера баз данных.

В AS-модели  процесс, выполняющийся на компьютере-клиенте, отвечает, как обычно, за интерфейс с пользователем (то есть реализует функции первой группы). Обращаясь за выполнением услуг к прикладному компоненту, этот процесс играет роль клиента приложения (Application Client - AC). Прикладной компонент реализован как группа процессов, выполняющих прикладные функции и называется сервером приложения (Application Server - AS). Все операции над информационными ресурсами выполняются соответствующим компонентом, по отношению к которому AS играет роль клиента. Из прикладных компонентов доступны ресурсы различных типов - базы данных, очереди, почтовые службы и др.

Рис.1.4. Модель сервера приложений.

Технология объектного связывания данных решает задачу обеспечения доступа из одной локальной БД, открытой одним пользователем, к данным другой локальной БД, возможно, находящейся на другом компьютере, открытой другим пользователем. Решение этой задачи основывается на поддержке современными настольными СУБД технологии объектов доступа к данным — DAO (Data Access Objects). Под объектом понимается интеграция данных и методов их обработки в одно целое, на чем, как известно, основываются технологии объектно-ориентированного программирования. Технология объектного связывания данных основана на протоколе ODBC (Ореn Dаtаbаsе Соnnectivity), который является стандартом доступа к данным БД клиент-серверных систем (посредством SQL-запросов), а также к любым данным, находящимся под управлением реляционных СУБД.

Подобный принцип построения распределенных систем при больших  объемах данных в связанных таблицах приводит к существенному увеличению сетевого трафика, так как по сети постоянно передаются страницы файлов баз данных. Другой проблемой является отсутствие надежных механизмов безопасности данных и обеспечение ограничений целостности. Так же как и в технологии файл-сервер, совместная работа нескольких пользователей с одними и теми же данными обеспечивается только функциями операционной системы по одновременному доступу к файлу нескольких приложений.

Технологии реплицирования данных

Репликой называют особую копию базы данных для размещения на другом компьютере сети с целью  автономной работы пользователей с  одинаковыми (согласованными) данными  общего пользования.

Основная идея реплицирования заключается в том, что пользователи работают автономно с одинаковыми (общими) данными, растиражированными по локальным базам данных, обеспечивая с учетом отсутствия необходимости передачи и обмена данными по сети максимальную для своих вычислительных установок производительность.

Тиражирование (или  репликация,) - создание дублирующих копий (репликатов) объектов данных на разных узлах с целью повышения доступности и/или сокращения времени доступа к критически важным данным.

5. +3vopros

Важнейшим направлением стандартизации в области вычислительных сетей  является стандартизация коммуникационных протоколов. В настоящее время  в сетях используется большое  количество стеков коммуникационных протоколов. Наиболее популярными являются стеки: TCP/IP, IPX/SPX, NetBIOS/SMB, DECnet, SNA и OSI. Все эти стеки, кроме SNA на нижних уровнях - физическом и канальном, - используют одни и те же хорошо стандартизованные протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI и некоторые другие, которые позволяют использовать во всех сетях одну и ту же аппаратуру. Зато на верхних уровнях все стеки работают по своим собственным протоколам. Эти протоколы часто не соответствуют рекомендуемому моделью OSI разбиению на уровни. В частности, функции сеансового и представительного уровня, как правило, объединены с прикладным уровнем. Такое несоответствие связано с тем, что модель OSI появилась как результат обобщения уже существующих и реально используемых стеков, а не наоборот.

 

Стек OSI

Cтек OSI представляет собой набор вполне конкретных спецификаций протоколов. В отличие от других стеков протоколов стек OSI полностью соответствует модели OSI, он включает спецификации протоколов для всех семи уровней взаимодействия, определенных в этой модели. На физическом и канальном уровнях стек OSI поддерживает протоколы Ethernet, Token Ring, FDDI. Сервисы сетевого, транспортного и сеансового уровней также имеются в стеке OSI, однако они мало распространены. На сетевом уровне реализованы протоколы, как без установления соединений, так и с установлением соединений. Транспортный протокол стека OSI в соответствии с функциями, определенными для него в модели OSI, скрывает различия между сетевыми сервисами с установлением соединения и без установления соединения, так что пользователи получают нужное качество обслуживания независимо от нижележащего сетевого уровня. Определены 5 классов транспортного сервиса, от низшего класса 0 до высшего класса 4, которые отличаются степенью устойчивости к ошибкам и требованиями к восстановлению данных после ошибок. Наиболее популярными протоколами стека OSI являются прикладные протоколы. К ним относятся: протокол передачи файлов FTAM, протокол эмуляции терминала VTP, протоколы справочной службы Х.500, электронной почты Х.400 и ряд других.

Из-за своей сложности  протоколы OSI требуют больших затрат вычислительной мощности центрального процессора, что делает их наиболее подходящими для мощных машин, а не для сетей персональных компьютеров.

 

Стек OSI - международный, независимый от производителей стандарт. Его поддерживает правительство США в своей программе GOSIP, в соответствии с которой все компьютерные сети, устанавливаемые в правительственных учреждениях США после 1990 года, должны или непосредственно поддерживать стек OSI, или обеспечивать средства для перехода на этот стек в будущем. Тем не менее стек OSI более популярен в Европе, чем в США, так как в Европе осталось меньше старых сетей, работающих по своим собственным протоколам.

Стек TCP/IP

Стек TCP/IP был разработан по инициативе Министерства обороны США более 20 лет Сегодня этот стек используется для связи компьютеров всемирной информационной сети Internet, а также в огромном числе корпоративных сетей.

Стек TCP/IP на нижнем уровне поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - это Ethernet, Token Ring, FDDI, для глобальных - протоколы работы на аналоговых коммутируемых и выделенных линиях SLIP, РРР, протоколы территориальных сетей Х.25 и ISDN.

Основными протоколами  стека, давшими ему название, являются протоколы IP и TCP. Эти протоколы в терминологии модели OSI относятся к сетевому и транспортному уровням соответственно. IP обеспечивает продвижение пакета по составной сети, a TCP гарантирует надежность его доставки.

За долгие годы использования  в сетях различных стран и  организаций стек TCP/IP вобрал в себя большое количество протоколов прикладного уровня. К ним относятся такие популярные протоколы, как протокол пересылки файлов FTP, протокол эмуляции терминала telnet, почтовый протокол SMTP, используемый в электронной почте сети Internet, гипертекстовые сервисы службы WWW и многие другие.

Поскольку стек TCP/IP изначально создавался для глобальной сети Internet, он имеет много особенностей, дающих ему преимущество перед другими протоколами, когда речь заходит о построении сетей, включающих глобальные связи. В частности, очень полезным свойством, делающим возможным применение этого протокола в больших сетях, является его способность фрагментировать пакеты. Действительно, большая составная сеть часто состоит из сетей, построенных на совершенно разных принципах. В каждой из этих сетей может быть установлена собственная величина максимальной длины единицы передаваемых данных (кадра). В таком случае при переходе из одной сети, имеющей большую максимальную длину, в сеть с меньшей максимальной длиной может возникнуть необходимость деления передаваемого кадра на несколько частей. Протокол IP стека TCP/IP эффективно решает эту задачу.