7.8. Среда клиент-сервер

Раньше сетевые системы основывались на модели централизованных вычислений, в которой один мощный сервер – мейнфрейм выполнял основную работу в сети, а пользователи получали доступ к нему при помощи недорогих и низкопроизводительных компьютеров – терминалов. В результате развития персональных компьютеров централизованную модель заменила модель клиент-сервер, предоставляющая при той же производительности возможности сетевой обработки данных.

В настоящее время большинство сетей используют модель клиент-сервер. Сеть архитектуры клиент-сервер – это сетевая среда, в которой компьютер-клиент инициирует запрос компьютеру-серверу, выполняющему этот запрос. Рассмотрим работу модели на примере системы управления БД – приложения, часто используемого в среде клиент-сервер. В модели клиент-сервер ПО клиента использует язык структурированных запросов SQL (Structured Query Language), который переводит запрос с языка, понятного пользователю, на язык, понятный машине. SQL близок к естественному английскому.

Клиент (пользователь) генерирует запрос с помощью интерфейсного приложения, которое обеспечивает интерфейс пользователя, формирует запросы и отображает данные, полученные с сервера. В клиент-серверной среде сервер не наделяется пользовательским интерфейсом. Представлением данных в удобной форме занимается сам клиент. Компьютер-клиент получает инструкции от пользователя, готовит их для сервера, а затем по сети посылает ему запрос. Сервер обрабатывает запрос, проводит поиск необходимых данных и отсылает их клиенту. Клиент в удобной для пользователя форме отображает полученную информацию. В клиент-серверной среде пользователь компьютера-клиента имеет дело с экранной формой. В ней он задает необходимые параметры информации. Интерфейсная часть одну и ту же информацию может представлять в различном виде.

Сервер в клиент-серверной среде обычно предназначен для хранения данных и управления ими. Именно сервер выполняет большинство операций с данными. Сервер называют также прикладной частью модели клиент-сервер, так как именно он выполняет запросы клиентов. Обработка данных на сервере состоит из их сортировки, извлечения затребованной информации и отправки ее по адресу пользователя. ПО предусматривает также обновление, удаление, добавление и защиту информации.

Технология клиент-сервер создает мощную среду, обладающую множеством реальных преимуществ. В частности, хорошо спланированная клиент-серверная система обеспечивает относительно недорогую платформу, которая обладает в то же время вычислительными возможностями мэйнфрейма и легко настраивается на выполнение конкретных задач. Кроме того, в среде клиент-сервер резко уменьшается сетевой трафик, так как по сети пересылаются только результаты запросов. Файловые операции выполняются в основном более мощным сервером, поэтому запросы лучше обслуживаются. Это означает, что нагрузка на сеть распределяется более равномерно, чем в традиционных сетях на основе файл-сервера. Уменьшается потребность компьютеров-клиентов в ОЗУ, так как вся работа с файлами выполняется на сервере. По этой же причине на компьютерах-клиентах уменьшается потребность в дисковом пространстве. Упрощается управление системой, контроль ее безопасности становится проще, так как все файлы и данные размещаются на сервере. Упрощается резервное копирование.

7.9. Internet как иерархия сетей

Слово Internet происходит от выражения interconnected networks (связанные сети). Это глобальное сообщество малых и больших сетей. В широком смысле – это глобальное информационное пространство, хранящее огромное количество информации на миллионах компьютеров, которые обмениваются данными.

К концу 1969 г. в США был завершен проект ARPAnet подключением в одну компьютерную сеть 4 исследовательских центров: University of California Los Angeles, Stanford Research Institute, University of California at Santa Barbara, University of Utah. Проект также предусматривал проведение экспериментов в области компьютерных коммуникаций, изучение способов поддержания связи в условиях ядерного нападения и разработку концепции децентрализованного управления военными и гражданскими объектами в период ведения войн. В 1972 г. Минобороны США начало разработку новой программы Internetting Project с целью изучения методов соединения сетей между собой. Выдвигались требования максимальной надежности передачи данных при заведомо низком качестве коммуникаций, средств связи и оборудования и возможности передачи больших объемов информации. В 1974 г. была поставлена задача разработки универсального протокола передачи данных, которая была решена созданием протокола передачи данных и объединения сетей – Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP). В 1983 г. Был осуществлен перевод ARPAnet на TCP/IP. В 1989 г. в Европейской лаборатории физики элементарных частиц (CERN, Швейцария, Женева) Тим Бернерс-Ли разработал технологию гипертекстовых документов – World Wide Web, позволяющую пользователям иметь доступ к любой информации, находящейся в сети Internet на компьютерах по всему миру. К 1995 г. темпы роста сети показали, что регулирование вопросов подключения и финансирования не может находиться в руках одного Национального научного фонда США, и в этом же году произошла передача региональным сетям оплаты за подсоединение многочисленных частных сетей к национальной магистрали.

Рассмотрим схему подключения компьютера к Internet и проследим, по каким каналам передается информация, посылаемая в Сеть и принимаемая из Сети. Подключение к Internet домашнего компьютера выполняется, как правило, с помощью модема (рис. 7.8). При этом чаще всего осуществляется так называемое сеансовое соединение с провайдером по телефонной линии. Набирается один из телефонных номеров, предоставленных провайдером, для соединения с одним из его модемов. У провайдера имеется набор модемов, так называемый модемный пул. После того, как вы соединились с ISP (Internet Service Provider), ваш компьютер становится частью сети данного ISP. Каждый провайдер имеет свою магистральную линию или backbone.

ISP-провайдеры имеют так называемые точки присутствия POP (Point of Presence), где происходит подключение локальных пользователей. Провайдер может иметь точки присутствия POP в нескольких городах. В каждом городе находятся аналогичные модемные пулы, на которые звонят локальные клиенты этого провайдера в данном городе. Провайдер обычно арендует волоконно-оптические линии у телефонной компании для соединения всех своих точек присутствия. Крупные коммуникационные компании имеют собственные высокопропускные каналы.

Рис. 7.8. Схема подключения компьютера к Internet

Пусть имеются опорные сети двух Internet-провайдеров. Очевидно, что все клиенты провайдера A могут взаимодействовать между собой по собственной сети, а все клиенты провайдера B – по своей, но при отсутствии связи между сетями A и B клиенты разных провайдеров не могут связаться друг с другом. Для реализации такой услуги провайдеры A и B подключаются к так называемым точкам доступа NAP (Network Access Points) в разных городах, и трафик между двумя сетями течет через NAP. Аналогично организуется подключение к другим магистральным сетям, в результате чего образуется объединение множества сетей высокого уровня. В Internet действуют сотни крупных провайдеров, их магистральные сети связаны через NAP в различных городах, и миллиарды байтов данных текут по разным сетям через NAP-узлы.

В офисе компьютеры, скорее всего, подключены к локальной сети. В этом случае рассмотренная схема видоизменяется. Варианты подключения к провайдеру могут быть различными, хотя чаще всего это выделенная линия.

На сегодняшний день существует множество компаний, имеющих собственные опорные сети (бэкбоуны), которые связываются с помощью NAP с сетями других компаний по всему миру. Благодаря этому каждый, кто находится в Internet, имеет доступ к любому его узлу, независимо от того, где он расположен территориально.

Скорость передачи информации на различных участках Internet существенно различается. Магистральные линии – это высокоскоростные каналы, построенные на основе волоконно-оптических кабелей. Кабели обозначаются ОС (optical carrier), например ОС-3, ОС-12 или ОС-48. Так, линия ОС-3 может передавать 155 Мбит/с, а ОС-48 — 2488 Мбит/с (2,488 Гбит/с). Но максимальная скорость получения информации на домашний компьютер с модемным подключением не превышает 56 Кбит/с.

Как же происходит передача информации по всем этим многочисленным каналам? Доставка информации по нужному адресу выполняется с помощью маршрутизаторов, определяющих, по какому маршруту передавать информацию. Маршрутизатор — это устройство, которое работает с несколькими каналами, направляя в выбранный канал очередной блок данных. Выбор канала осуществляется по адресу, указанному в заголовке поступившего сообщения.

Таким образом, маршрутизатор выполняет две взаимосвязанные функции. Во-первых, он направляет информацию по свободным каналам, предотвращая закупорку узких мест в Сети; во-вторых, проверяет, что информация следует в нужном направлении. При объединении двух сетей маршрутизатор включается в обе сети, пропуская информацию из одной в другую. В некоторых случаях он осуществляет перевод данных из одного протокола в другой, при этом защищая сети от лишнего трафика. Эту функцию маршрутизаторов можно сравнить с работой службы ГИБДД, которая ведет наблюдение за автомобильным движением с вертолета и сообщает водителям оптимальный маршрут.