Характеристика технологии «клиент-сервер»
По дисциплине обслуживания сети современные компьютерные сети используют технологию "клиент-сервер" (client-server) или одноранговую (peer-to-peer) технологию.
В одноранговых сетях все компьютеры, как правило, имеют доступ к ресурсам других компьютеров, то есть все компьютеры в сети являются равноправными. Одноранговая локальная сеть предоставляет возможность такой организации работы компьютерной сети, при которой каждая рабочая станция одновременно может быть и сервером.
Преимущество одноранговых сетей заключается в том, что разделяемыми ресурсами могут являться ресурсы всех компьютеров в сети и нет необходимости копировать все используемые сразу несколькими пользователями файлы на сервер. В принципе, любой пользователь сети имеет возможность использовать все данные, хранящиеся на других компьютерах сети, и устройства, подключенные к ним.
Затраты на организацию одноранговых вычислительных сетей относительно небольшие. Однако при увеличении числа рабочих станций эффективность их использования резко уменьшается. Пороговое значение числа рабочих станций, по оценкам некоторых специалистов, составляет 25. Основной недостаток работы одноранговой сети заключается в значительном увеличении времени решения прикладных задач. Это связано с тем, что каждый компьютер сети отрабатывает все запросы, идущие к нему со стороны других пользователей. Следовательно, в одноранговых сетях каждый компьютер работает значительно интенсивнее, чем в автономном режиме. Существует еще несколько важных проблем, возникающих в процессе работы одноранговых сетей: возможность потери сетевых данных при перезагрузке рабочей станции и сложность организации резервного копирования.
"Клиент-сервер" — это модель взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, компьютеры не являются равноправными. Каждый из них имеет свое, отличное от других, назначение, играет определенную роль. Некоторые компьютеры в сети владеют и распоряжаются информационновычислительными ресурсами, такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных. Другие имеют возможность обращаться к этим службам, пользуясь услугами первых.
Компьютер, управляющий тем или иным ресурсом, принято называть сервером этого ресурса, а компьютер, желающий им воспользоваться, — клиентом. Конкретный сервер определяется видом ресурса, которым он владеет. Так, если ресурсом являются базы данных, то речь идет о сервере баз данных, назначение которого — обслуживать запросы клиентов, связанные с обработкой данных; если ресурс — это файловая система, то говорят о файловом сервере или файл-сервере.
В сети один и тот же компьютер может выполнять как роль клиента, так и роль сервера.
Если предполагается, что проектируемая информационная система будет построена по технологии "клиент-сервер", то это означает, что прикладные программы, реализованные в ее рамках, будут иметь распределенный характер. Иными словами, часть функций прикладной программы (или, проще, приложения) будет реализована в программеклиенте, другая — в программе-сервере, причем для их взаимодействия будет определен некоторый протокол.
Рис. 5 - Сеть по принципу «клиент-сервер» и одноранговая сеть
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ INTERNET
Internet представляет собой глобальную компьютерную сеть. Само ее название означает "между сетей". Это сеть, соединяющая отдельные сети.
Сеть Интернет возникла в 60-е годы как проект американского министерства обороны. Роль компьютеров возрастала, возникали все новые и новые потребности в сфере совместного использования информации в территориально распределенных неоднородных (то есть включающих компьютеры разных моделей и производительности) системах, а также необходимость защиты информационных потоков во время возможных перебоев на отдельных станциях сети.
Сеть Интернет опирается на семейство протоколов, созданных для обеспечения независимой маршрутизации и передачи информации в глобальных сетях, чтобы в случае отключения одной из станций сети информацию можно было передать в пункт назначения, направив ее через другие станции. Разработанный для этой цели протокол назвали протоколом межсетевого обмена (Internetworking Protocol — IP). Протокол IP получил широкое распространение в военно-технической сфере. Ученые использовали его для передачи научно-технической информации. Министерство обороны США секретно курировало огромное количество научных проектов во многих университетах страны и сумело найти эффективный способ передачи информации через разнородные сети. Именно из-за того, что в обмен информацией оказались вовлечены широкие научные круги, этот протокол быстро вышел из-под контроля военных. Его начали использовать и в исследовательских институтах NATO и в университетах Европы. Сегодня протокол IP, а значит, и Интернет, стали всемирном достоянием.
Итак, кратко охарактеризуем рождение и развитие Internet. В 1960-е годы, после Карибского кризиса, фирма RAND Corporation, один из исследовательских центров Соединенных Штатов, впервые предложила создать децентрализованную компьютерную сеть, покрывающую всю страну. Проект включал в себя объединение компьютеров военных, научных и образовательных учреждений в сеть, которая могла бы сохранить работоспособность в условиях ядерной атаки. Это был ответ США на запуск 4 октября 1957 года Советским Союзом первого искусственного спутника Земли. Основной идеей проекта была децентрализация управления и подчинения, чтобы выход из строя одного или нескольких сегментов сети оставлял бы ее работоспособной. Это требование дает ключ к пониманию принципов построения и структуры Internet. В проектируемой модели сети всегда была связь между компьютером-источником и компьютеромприемником (станцией назначения). Сеть изначально предполагалась ненадежной: любая часть сети может исчезнуть в любой момент. Такая структура может быть осуществлена только в том случае, если между узлами сети существуют множественные связи.
В первом варианте идеи подобной сети (1964 год, сотрудник RAND П. Бэран (Paul Baran)), просто утверждалось, что все узлы (компьютеры) сети должны иметь одинаковый статус. Каждый узел уполномочен порождать, передавать и получать сообщения от любого другого. Сообщения для передачи разбиваются на небольшие стандартизированные элементы, называемые пакетами. Каждый пакет имеет адрес назначения, и доставка сообщения обеспечивается тем, что каждый узел имеет возможность посылать (или переадресовывать) пакеты по сети к месту назначения.
В конце 1960-х годов, корпорация RAND, Массачусетский технологический институт и Калифорнийский университет Лос-Анджелеса начали экспериментировать с концепцией децентрализованной сети с пересылкой пакетов. В Великобритании подобные эксперименты проводились NPL (National Physical Laboratory , Национальной физической лабораторией). В 1968 году подразделение Пентагона - ARPA (Advanced
Research Projects Agency) - Агентство по работе с исследовательскими проектами в области перспективных исследований - открыло финансирование этого проекта в США.
К осени 1969 года появилась на свет сеть ARPANET, состоящая к тому времени из четырех узлов, а именно:
компьютер SDS SIGMA в Калифорнийском университете Лос-
Анджелеса,
компьютер SDS940 в Стэндфордском исследовательском
институте,
компьютер IBM360 в Калифорнийском университете Санта-
Барбары,
компьютер DEC PDP-10 в университет штата Юта.
Первые испытаний ARPANET оказались крайне успешными. Ученые исследовательских учреждений, послуживших испытательными полигонами, получили возможность передавать данные и совместно пользоваться удаленным доступом к компьютерам.
К 1971 году ARPANET разрослась до 15 узлов, включая Массачусетский технологический институт, RAND, Гарвард, Питтсбургский университет Каренги-Меллона, Case Western Reserve и центр NASA в Эймсе.
К 1972 году сеть ARPANET насчитывала уже 37 узлов, а в 1973 году впервые были подключены и зарубежные узлы – Университетский колледж в Лондоне и Королевская лаборатория радиолокации в Норвегии. Ответственность за администрирование сети взяло на себя DCA (Defence Communication Agency, Оборонное агенство по коммуникациям), в настоящее время называемое DISA (Defence Information Systems Agency, Оборонное агенство по информационным системам).
Несмотря на то, что изначально ARPANET состояла из соединений между самыми престижными исследовательскими институтами США, и что первые обоснования создания ARPANET подчеркивали ее важность как средства удаленного доступа к компьютерам, основной поток информации по сети не соответствовал своему первоначальному предназначению. Первое время ученые действительно использовали сеть только для координации своих исследований и обмена сообщениями со своими коллегами. Однако весьма быстро сеть превратилась в высокоскоростную компьютеризированную «веревочку», которую многие использовали для передачи личных сообщений, сплетен и просто разговоров.
Несмотря на то, как в реальности использовались новые возможности, создание ARPANET и концепции децентрализованной сети с пакетной передачей данных в целом означали огромный успех. В течение 1970-х годов эта легко расширяемая система претерпела гигантский рост. Её децентрализованная структура, существенно отличающаяся от структур существовавших в то время корпоративных сетей, позволяла подключать к сети компьютеры практически любого типа, - при одном лишь условии, что эти компьютеры «понимали» протокол (соглашение о стандарте) пакетной передачи данных NCP (Network Control Protocol, Протокол сетевого управления). Этот протокол стал предшественником ныне используемого TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol, Протокол управления передачей/Протокол Intenet, или Межсетевой Протокол).
Уже в 1974 году В. Серф и Б. Кан, сотрудники NSF (National Science Foundation, Государственный фонд научных исследований - аналог нашего Министерства Науки), опубликовали свои первые спецификации нового протокола управления передачей данных TCP/IP, который до 1977 года использовался при подключении к ARPANET других компьютерных сетей.
Протокол TCP/IP, открытый для общего использования, отличался от NCP тем, что сообщение разбивались, и преобразовывались в пакеты на узле отправки, обратное преобразование со сборкой сообщения из пакетов происходило на узле назначения. Протокол IP устанавливал адресацию пакетов, которая позволяла пакетам достичь места назначения, проходя через многочисленные узлы, или даже сети, стандарты которых отличались от стандарта NCP для ARPANET.
Эти решения могут показаться странными, как и предположение о «ненадежной» сети, но уже имеющийся опыт показал, что большинство этих решений вполне разумно и верно. Пока ISO (Organization for International
Standartization, Международная Организация по Стандартизации) тратила годы, создавая окончательный стандарт для компьютерных сетей, активисты Internet начали устанавливать IP-программное обеспечение на все возможные типы компьютеров. Вскоре это стало единственным приемлемым способом для связи разнородных компьютеров. Такая схема понравилась правительству и университетам, которые проводят политику покупки компьютеров у различных производителей. Каждый покупал тот компьютер, который ему нравился и вправе был ожидать, что сможет работать по сети совместно с другими компьютерами.
Протокол TCP/IP послужил толчком для дальнейшего расширения ARPANET, поскольку он легко устанавливался на практически любой компьютер и позволял сети с легкостью развиваться вширь от любого существующего узла.
К 1983 году ARPANET, которая к тому времени уже получила общепринятое имя Internet, отражающее ее структуру мощной совокупности связанных между собой компьютеров и сетей, официально отказалась от использования протокола NCP в пользу более развитого и распространенного протокола TCP/IP.
В этом же году из ARPANET выделилась MILNET, которая стала относиться к Defence Data Network (DDN, Оборонная сеть обмена данными) министерства обороны США. Термин Internet стал использоваться для обозначения единой сети: MILNET и ARPANET. И хотя в 1991 году ARPANET прекратила свое существование, название Internet продолжило свое существование, так как Сеть стала объединять в себе уже и международные сети.
Это решение было официально поддержано Министерством Обороны США, – протокол вошел в MIL STD (Military Standarts, Военные стандарты), и все, кто работал в сети, обязаны были перейти к этим новым протоколам.
Для облегчения этого перехода ARPA обратилась с предложением к руководителям фирмы Berkley Software Design - внедрить протоколы TCP/IP в Berkley (BSD) UNIX. С этого и начался союз UNIX и TCP/IP. UNIX – это одна из наиболее популярных операционных систем для серверов Internet. 1980-е годы стали периодом бурного роста Internet.
В то время начали появляться Локальные Вычислительные Сети (LAN), например, такие как Ethernet и др. Одновременно появились компьютеры, которые стали называть рабочими станциями. На большинстве рабочих станций была установлена операционная система UNIX. Эта ОС имела возможность работы в сети с Протоколом Internet (IP). В связи с возникновением принципиально новых задач и методов их решения появилась новая потребность: организации желали подключиться к ARPANET своей локальной сетью.
Охват мирового сообщества Internet существенно расширился благодаря включению следующих сетей:
EUNet – Европейская сеть UNIX-машин, год подключения –
1982.
EARN – Европейская сеть учебных и научно-исследовательских учреждений, год подключения – 1983.
JUNET – Японская сеть UNIX-машин, год подключения – 1984.
JANET – Объединенная академическая сеть Великобритании, год подключения – 1984.
В конце 80-х годов наиболее влиятельные учереждения США на средства, выделенные NSF, основали NSFNET – пять суперкомпьютерных центров в Принстоне, Питтсбурге, Калифорнийском университете Санта-
Барбары и университете Корнели. Сеть из этих пяти центров обычно называется «магистральных хребтом Internet в США» (Internet Backbone). Эта сеть была доступна для использования в любых научных учреждениях. Было создано всего лишь пять центров потому, что они очень дороги даже для богатой Америки. Именно поэтому их и следовало использовать кооперативно.
Возникла проблема связи: требовался способ соединить эти центры и предоставить доступ к ним различным пользователям. Сначала была сделана попытка использовать коммуникации ARPANET, но это решение потерпело крах, столкнувшись с бюрократией оборонной отрасли и проблемой обеспечения персоналом. Тогда NSF решил построить свою собственную сеть, основанную на IP технологии ARPANET. Центры были соединены специальными телефонными линиями с пропускной способностью 56
Кбит/сек.
Однако, было очевидно, что не стоит даже и пытаться соединить все университеты и исследовательские организации непосредственно с центрами, т.к. проложить такое количество кабеля - не только очень дорого, но практически невозможно. Поэтому решено было создавать сети по региональному принципу. В каждой части страны заинтересованные учреждения должны были соединиться со своими ближайшими соседями.
Получившиеся цепочки подсоединялись к суперкомпьютеру в одной из своих точек, таким образом, суперкомпьютерные центры были соединены вместе. В такой топологии любой компьютер мог связаться с любым другим, передавая сообщения через соседей.
Это решение было успешным, но настала пора, когда сеть уже более не справлялась с возросшими потребностями. Совместное использование суперкомпьютеров позволяло подключенным общинам использовать и множество других вещей, не относящихся к суперкомпьютерам. Неожиданно университеты, школы и другие организации осознали, что заимели под рукой море данных и мир пользователей. Поток сообщений в сети нарастал все быстрее и быстрее пока, в конце концов, не перегрузил управляющие сетью компьютеры и связывающие их телефонные линии.
В 1987 г. контракт на управление и развитие сети был передан компании Merit Network Inc., которая занималась образовательной сетью Мичегана совместно с фирмами IBM и MCI. Менее чем за два года, продолжающееся расширение Internet и растущие потребности в вычислительных мощностях привели к модернизации в 1988 году магистрали NSFNET, сетевые управляющие машины были также заменены на более быстрые.
Важно отметить то, что усилия NSF по развитию сети привели к тому, что любой желающий может получить доступ к сети. Прежде Internet была доступна только для исследователей в области информатики, государственным служащим. В 1987 году число компьютеров, подключенных к Intenet составило более 10 000. К 1989 году это число достигло 100 000. В 1992 году число компьютеров в сети превысило миллион.
Однако, наиболее серьезным развитием Internet в 1990-х годах стало создание WWW (World Wide Web, Всемирная паутина).
Итак, логическая структура Internet представляет собой некое виртуальное объединение, имеющее свое собственное информационное пространство.
Internet обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сети, подключенные к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют. Соединение сетей обладает громадными возможностями. С собственного компьютера любой абонент Internet может передавать сообщения в другой город, просматривать каталог библиотеки Конгресса в Вашингтоне, знакомиться с картинами на последней выставке в музее Метрополитен в Нью-Йорке, участвовать в конференции IEEE и даже в играх с абонентами сети из разных стран. Internet предоставляет в распоряжение своих пользователей множество всевозможных ресурсов.
Основные ячейки Internet - локальные вычислительные сети. Это значит, что Internet не просто устанавливает связь между отдельными компьютерами, а создает пути соединения для более крупных единиц - групп компьютеров.
Если некоторая локальная сеть непосредственно подключена к Internet, то каждая рабочая станция этой сети также может подключаться к Internet. Существуют также компьютеры, самостоятельно подключенные к Internet. Они называются хост-компьютерами (host - хозяин). Каждый подключенный к сети компьютер имеет свой адрес, по которому его может найти абонент из любой точки света.
Важной особенностью Internet является то, что она, объединяя различные сети, не создает при этом никакой иерархии - все компьютеры, подключенные к сети, равноправны. Internet самостоятельно осуществляет передачу данных. К адресам станций предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий вести его обработку автоматически, и должен нести некоторую информацию о своем владельце.
С этой целью для каждого компьютера устанавливаются два адреса:
цифровой IP-адрес (IP - Internetwork Protocol - межсетевой протокол) и доменный адрес.
Оба эти адреса могут применяться равноценно. Цифровой адрес удобен для обработки на компьютере, а доменный адрес - для восприятия пользователем.
Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он разделяется на четыре блока по 8 бит, которые можно записать в десятичном виде. Адрес содержит полную информацию, необходимую для идентификации компьютера.
Два блока определяют адрес сети, а два другие - адрес компьютера внутри этой сети. Существует определенное правило для установления границы между этими адресами. Поэтому IP-адрес включает в себя три компонента: адрес сети, адрес подсети, адрес компьютера в подсети.
Например: В двоичном коде цифровой адрес записывается следующим образом: 10000000001011010000100110001000. В десятичном коде он имеет вид: 192.45.9.200. Адрес сети - 192.45; адрес подсети - 9; адрес компьютера - 200.
Доменный адрес определяет область, представляющую ряд хосткомпьютеров. В отличие от цифрового адреса он читается в обратном порядке. Вначале идет имя компьютера, затем имя сети, в которой он находится.
В системе адресов Internet приняты домены, представленные географическими регионами. Они имеют имя, состоящее из двух букв.
Компьютерное имя включает, как минимум, два уровня доменов. Каждый уровень отделяется от другого точкой. Слева от домена верхнего уровня располагаются другие имена. Все имена, находящиеся слева, - поддомены для общего домена.
Например, географические домены некоторых стран: Франция - fr; Канада- са; США - us; Россия – ru, Украина - ua.
Существуют и домены, разделенные по тематическим признакам. Такие домены имеют трехбуквенное сокращенное название. Так, учебные заведения - edu. Правительственные учреждения - gov. Коммерческие организации - com.