4.6.3. Мережні технології оброблення інформації

Зі збільшенням масштабів застосування електронної обчислювальної техніки в наукових дослідженнях, проектно-конструкторських роботах, управлінні виробництвом і транспортом та в інших галузях стала очевидною необхідність об'єднання систем обробки даних (СОД), які обслуговували окремі підприємства і колективи. Об'єднання розрізнених СОД забезпечує доступ до даних і процедур їх обробки для всіх користувачів, об'єднаних загальною сферою діяльності.

Наприкінці 60-х рр. ХХ ст. був запропонований спосіб побудови обчислювальних мереж, які об'єднують ЕОМ (обчислювальні комплекси) за допомогою базової мережі передачі даних. Сукупність ЕОМ, об'єднаних мережею передачі даних, утворює мережу ЕОМ. До ЕОМ безпосередньо або за допомогою каналів зв'язку підключаються термінали, через які користувачі взаємодіють з мережею. Сукупність терміналів і засобів зв'язку, які використовують для підключення терміналів до ЕОМ, утворює термінальну мережу.

Обчислювальна мережа – композиція базової мережі передачі даних, мережі ЕОМ і термінальної мережі.

Обчислювальні мережі – найбільш ефективний спосіб побудови великомасштабних СОД. Їх використання дозволяє автоматизувати управління галузями виробництва, транспортом, матеріально-технічним постачанням у масштабі великих регіонів і держави в цілому. За рахунок концентрації в мережі великих обсягів інформації і загальнодоступності засобів обробки значно покращується інформаційне обслуговування досліджень. Крім цього, об'єднання ЕОМ в обчислювальні мережі дозволяє суттєво підвищити ефективність їх використання. Як свідчить практика, вартість обробки даних в обчислювальних глобальних мережах в 1,5 рази менша, ніж при застосуванні автономних ЕОМ.

Найпростішою мережею можна назвати щонайменше два комп'ютери, з'єднані між собою. Поняття ”з'єднані між собою” означає виконання двох умов:

1) ці машини мають фізичний зв'язок через спеціальні мережеві кабелі;

2) підтримують однаковий мережний протокол.

Мережний протокол – це стандарт, який обумовлює певний спосіб взаємодії пристроїв у мережі. Основна його функція полягає у визначенні послідовності передавання електричних сигналів і порядку функціонування об'єктів мережі, інакше кажучи, мережний протокол – це мова, за допомогою якої об'єкти мережі можуть спілкуватися між собою.

Такі два комп'ютери вже є локальною мережею.

Локальна мережа (LAN – local area network) – це система двох і більше комп'ютерів, об'єднаних у межах невеликої території, призначена для спільного використання мережевих пристроїв (принтерів, сканерів, плотерів тощо) та обміну інформацією.

Усі комп'ютери в мережі поділяють на два типи: робочі станції та сервери.

Робочі станції – це комп'ютери, за якими безпосередньо працюють користувачі, а сервери – спеціально виділені машини, призначені для обслуговування робочих станцій користувачів. Проте, бувають також мережі, в яких немає спеціально виділеної машини під сервер, тобто функції сервера виконує комп'ютер, який одночасно є і робочою станцією. Така мережа називається одноранговою і сьогодні є рідкісною.

Сервер (від англ. serve – обслуговування) – це окремий комп'ютер, на якому встановлене спеціальне програмне забезпечення. Таке програмне забезпечення також називають сервером. Тому потрібно розрізняти терміни ”програма-сервер” і ”комп'ютер-сервер”. На одному комп'ютері-сервері можна завантажити декілька програм-серверів, які виконуватимуть різні функції.

Основне завдання програми-сервера – обслуговувати запити клієнтів.

Клієнт (від англ. client – замовник) – це робоча машина, за якою працює користувач і на якій встановлена спеціальна програма – клієнт. Вона завантажується для того, щоб робоча станція могла подавати запит до сервера, який її обслуговує. Наприклад, працюючи в мережі, ви хочете на своїй робочій станції переглянути або скопіювати файл, який міститься на файловому сервері. Для цього програма-клієнт зв'язується з сервером і посилає до нього запит на отримання вказаного користувачем файла. Сервер, отримавши запит від робочої станції, відшукує файл на своєму жорсткому диску і передає на ваш комп'ютер. Такий принцип роботи між сервером та робочою станцією називається ”клієнт – сервер”.

Об'єднання локальних мереж утворює так звану глобальну мережу (WAN – wide area network). Слово ”глобальна” в цьому випадку не зовсім доречне, бо ”глобальною” всесвітньою мережею є саме Internet, а глобальна мережа (WAN) – лише його складова частина.

Глобальна мережа об'єднує щонайменше дві локальні мережі незалежно від їхнього розміру. У цьому випадку між локальними мережами повинен бути фізичний зв'язок і підтримуватися зрозумілий для них протокол.

Глобальні обчислювальні мережі реалізують міжмережеву взаємодію і можуть об'єднувати ЕОМ з локальними мережами, а також одні локальні мережі з іншими ЛОМ.

WAN – це мережа мереж або інтермережа, оскільки об'єднання ЛОМ глобальних мереж відкрило доступ до світових інформаційних ресурсів.

Програмно-апаратну основу мережних технологій складають: комп'ютерні компоненти (основні та допоміжні ЕОМ, host-ЕОМ); топологія мережі (зірка, кільце, дерево, шина); фізичне середовище передачі даних (коаксіальні та оптово-волоконні кабелі); методи доступу до фізичного середовища: випадковий і детермінований (централізований і децентралізований); операційні системи (ОС-мережеві та клієнтські); системи стандартів і мережеве забезпечення (семирівневі моделі ISO); засоби розробки прикладного програмного забезпечення (Gupta's, SQL, Microsoft Office); засоби підтримки БД (SQL – орієнтовані системи управління БД, Oracle); засоби організації користувацького інтерфейсу.

Однією з найважливіших мережних технологій є розподілена обробка даних. ПК встановлюються на робочих місцях (у місцях виникнення і використання інформації) і з'єднуються каналами зв'язку. Це дає можливість розподілити їх ресурси за окремими функціональними сферами діяльності та змінити технологію обробки даних у напрямку децентралізації.

Перевагами розподіленої обробки даних є велика кількість користувачів, що взаємодіють між собою і виконують функції збору, реєстрації, зберігання, передачі та видачі інформації; зняття пікових навантажень з централізованої БД на різних ЕОМ; забезпечення доступу інформаційного працівника до обчислювальних ресурсів мережі ЕОМ; забезпечення обміну даними між віддаленими користувачами.

Організація обробки даних залежить від способу їх розподілу. Існує централізований, децентралізований і змішаний способи розподілу даних.

Централізована організація даних (рис.4.5) є найпростішою для реалізації.

Рис. 4.5. Централізована організація даних

На одному сервері знаходиться єдина копія бази даних. Усі операції з базою даних забезпечуються цим сервером. Доступ до даних виконується за допомогою віддаленого запиту (одиничного запиту до одного сервера) або віддаленої трансакції. Перевагою такого способу є легка підтримка БД в актуальному стані, а недоліком – те, що розмір бази обмежений розміром зовнішньої пам'яті; всі запити направляються до єдиного сервера з відповідними витратами на вартість зв'язку і часову затримку. Звідси – обмеження на паралельну обробку. База може бути недоступною для віддалених користувачів при появі помилок зв'язку і повністю виходити з ладу при відмові центрального сервера.

Децентралізована організація даних передбачає розбиття інформаційної бази на декілька фізично розподілених. Кожен клієнт користується своєю базою даних, яка може бути або частиною загальної інформаційної бази (рис. 4.6), або копією інформаційної бази в цілому (рис. 4.7), що призводить до її дублювання для кожного клієнта.

Рис. 4.6. Децентралізована організація даних способом поділу

Рис. 4.7. Децентралізована організація даних способом дублювання

При розподілі даних на основі розбиття база даних розміщається на декількох серверах. Існування копій окремих частин неприпустиме.

Переваги цього методу: більшість запитів задовольняються локальними базами, що скорочує час відповіді; вартість запитів на вибірку та оновлення зменшується порівняно з централізованим розподілом; система залишиться частково працездатною, якщо вийде з ладу один сервер.

Недоліки: частина віддалених запитів може вимагати доступ до всіх серверів, що збільшує час очікування і ціну обслуговування; необхідно мати дані про розміщення інформації в різних БД. Однак доступність і надійність збільшаться.

Спосіб дублювання полягає в тому, що в кожному сервері мережі ЕОМ розміщується певна база даних.

Недоліки способу: підвищені вимоги до обсягу зовнішньої пам'яті; ускладнення коригування баз, оскільки необхідна синхронізація з метою узгодженості копій.

Переваги: всі запити виконуються локально, що забезпечує швидкий доступ. Цей спосіб використовується, коли фактор надійності є критичним, база невелика, інтенсивність оновлення незначна.

Можлива й змішана організація зберігання даних, яка об'єднує два способи розподілу: розбиття і дублювання (рис. 4.8), набуваючи при цьому і переваг, і недоліків обох способів.

З'являється і необхідність зберігати інформацію про те, де знаходяться дані в мережі. При цьому досягається компроміс між обсягом пам'яті під базу в цілому і під базу в кожному сервері, щоб забезпечити надійність і ефективність її роботи; легко реалізується паралельна обробка (обслуговування розподіленого запиту).

Рис. 4.8. Змішана організація даних

Незважаючи на гнучкість змішаного способу організації даних, залишається проблема взаємозалежності факторів, проблема її надійності та виконання вимог до пам'яті. Змішаний спосіб організації даних можна використовувати лише при наявності мережевої СУБД.