Сетевые архитектуры
Архитектура сети определяет основные элементы сети, характеризует ее общую логическую организацию, техническое обеспечение, программное обеспечение, описывает методы кодирования. Архитектура также определяет принципы функционирования и интерфейс пользователя.
В данном курсе будет рассмотрено три вида архитектур:
1. архитектура терминал – главный компьютер;
2. одноранговая архитектура;
3. архитектура клиент – сервер.
Архитектура терминал – главный компьютер
Архитектура терминал – главный компьютер (terminal – host computer architecture) – это концепция информационной сети, в которой вся обработка данных осуществляется одним или группой главных компьютеров.
Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования:
1. Главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных;
2. Терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.
Главный компьютер через мультиплексоры передачи данных (МПД) взаимодействуют с терминалами. Классический пример архитектуры сети с главными компьютерами – системная сетевая архитектура (System Network Architecture – SNA).
Одноранговая архитектура
Одноранговая архитектура (peer-to-peer architecture) – это концепция информационной сети, в которой ее ресурсы рассредоточены по всем системам. Данная архитектура характеризуется тем, что в ней все системы равноправны.
К одноранговым сетям относятся малые сети, где любая рабочая станция может выполнять одновременно функции файлового сервера и рабочей станции. В одноранговых ЛВС дисковое пространство и файлы на любом компьютере могут быть общими. Чтобы ресурс стал общим, его необходимо отдать в общее пользование, используя службы удаленного доступа сетевых одноранговых операционных систем. В зависимости от того, как будет установлена защита данных, другие пользователи смогут пользоваться файлами сразу же после их создания. Одноранговые ЛВС достаточно хороши только для небольших рабочих групп.
Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. Они на компьютере требуют, кроме сетевой карты и сетевого носителя, только операционной системы Windows 95 или Windows for Workgroups. При соединении компьютеров, пользователи могут предоставлять ресурсы и информацию в совместное пользование.
Одноранговые сети имеют следующие преимущества:
- они легки в установке и настройке;
- отдельные ПК не зависят от выделенного сервера;
- пользователи в состоянии контролировать свои ресурсы;
- малая стоимость и легкая эксплуатация;
- минимум оборудования и программного обеспечения;
- нет необходимости в администраторе;
- хорошо подходят для сетей с количеством пользователей, не превышающим десяти.
Проблемой одноранговой архитектуры является ситуация, когда компьютеры отключаются от сети. В этих случаях из сети исчезают виды сервиса, которые они предоставляли. Сетевую безопасность одновременно можно применить только к одному ресурсу, и пользователь должен помнить столько паролей, сколько сетевых ресурсов. При получении доступа к разделяемому ресурсу ощущается падение производительности компьютера. Существенным недостатком одноранговых сетей является отсутствие централизованного администрирования.
Использование одноранговой архитектуры не исключает применения в той же сети также архитектуры «терминал – главный компьютер» или архитектуры «клиент – сервер».
Архитектура клиент – сервер
Архитектура клиент – сервер (client-server architecture) – это концепция информационной сети, в которой основная часть ее ресурсов сосредоточена в серверах, обслуживающих своих клиентов. Рассматриваемая архитектура определяет два типа компонентов: серверы и клиенты.
Сервер — это объект, предоставляющий сервис другим объектам сети по их запросам. Сервис- это процесс обслуживания клиентов.
Сервер работает по заданиям клиентов и управляет выполнением их заданий. После выполнения каждого задания сервер посылает полученные результаты клиенту, пославшему это задание.
Сервисная функция в архитектуре клиент – сервер описывается комплексом прикладных программ, в соответствии с которым выполняются разнообразные прикладные процессы.
Процесс, который вызывает сервисную функцию с помощью определенных операций, называется клиентом. Им может быть программа или пользователь.
Клиенты – это рабочие станции, которые используют ресурсы сервера и предоставляют удобные интерфейсы пользователя. Интерфейсы пользователя это процедуры взаимодействия пользователя с системой или сетью. Клиент является инициатором и использует электронную почту или другие сервисы сервера. В этом процессе клиент запрашивает вид обслуживания, устанавливает сеанс, получает нужные ему результаты и сообщает об окончании работы.
В сетях с выделенным файловым сервером на выделенном автономном ПК устанавливается серверная сетевая операционная система. Этот ПК становится сервером. Программное обеспечение (ПО), установленное на рабочей станции, позволяет ей обмениваться данными с сервером.
Наиболее распространенные сетевые операционная системы:
Помимо сетевой операционной системы необходимы сетевые прикладные программы, реализующие преимущества, предоставляемые сетью.
Сети на базе серверов имеют лучшие характеристики и повышенную надежность. Сервер владеет главными ресурсами сети, к которым обращаются остальные рабочие станции.
В современной клиент – серверной архитектуре выделяется четыре группы объектов: клиенты, серверы, данные и сетевые службы. Клиенты располагаются в системах на рабочих местах пользователей. Данные в основном хранятся в серверах. Сетевые службы являются совместно используемыми серверами и данными. Кроме того службы управляют процедурами обработки данных.
Сети клиент – серверной архитектуры имеют следующие преимущества:
- позволяют организовывать сети с большим количеством рабочих станций;
- обеспечивают централизованное управление учетными записями пользователей, безопасностью и доступом, что упрощает сетевое администрирование;
- эффективный доступ к сетевым ресурсам;
- пользователю нужен один пароль для входа в сеть и для получения доступа ко всем ресурсам, на которые распространяются права пользователя.
Наряду с преимуществами сети клиент – серверной архитектуры имеют и ряд недостатков:
- неисправность сервера может сделать сеть неработоспособной, как минимум потерю сетевых ресурсов;
- требуют квалифицированного персонала для администрирования;
- имеют более высокую стоимость сетей и сетевого оборудования.
Выбор архитектуры сети
Выбор архитектуры сети зависит от назначения сети, количества рабочих станций и от выполняемых на ней действий.
Следует выбрать одноранговую сеть, если:
- количество пользователей не превышает десяти;
- все машины находятся близко друг от друга;
- имеют место небольшие финансовые возможности;
- нет необходимости в специализированном сервере, таком как сервер БД, факс-сервер или какой-либо другой;
- нет возможности или необходимости в централизованном администрировании.
Следует выбрать клиент серверную сеть, если:
- количество пользователей превышает десяти;
- требуется централизованное управление, безопасность, управление ресурсами или резервное копирование;
- необходим специализированный сервер;
- нужен доступ к глобальной сети;
- требуется разделять ресурсы на уровне пользователей.
Архитектура «клиент-сервер», основанная на Web-технологии
Многие недостатки, свойственные компьютерным сетям с классической архитектурой «клиент-сервер», снимаются в вычислительных системах новой архитектуры, которые сконцентрировали и объединили в себе лучшие качества централизованных систем и классических систем «клиент-сервер». Новая архитектура компьютерных сетей была названа как intranet-архитектура. Ее часто называют также Web-архитектурой или архитектурой «клиент-сервер», основанной на Web-технологии. Эта архитектура стала итогом многолетних исследований и разработок в области приложения глобальных сетевых технологий Internet к локальным сетям. Появление в 1993 году архитектуры intranet относят к началу третьего этапа эволюции вычислительных систем.
Основной особенностью архитектуры intranet является возвращение к серверам ряда функций, которые были вынесены за пределы центральной ЭВМ на втором этапе эволюции вычислительных систем. Базисом новой архитектуры является Web-технология, пришедшая из Internet.
В соответствии с Web-технологией на сервере размещаются так называемые Web-документы, которые визуализируются и интерпретируются программой навигации, функционирующей на рабочей станции (рис. Error: Reference source not found). Программу навигации называют еще Web-навигатором или Web-браузером Web.
Логически Web-документ представляет собой гипермедийный документ, объединяющий ссылками различные Web-страницы, каждая из которых может содержать ссылки и на другие объекты. Физически Web-документ представляет собой текстовый файл специального формата, содержащий ссылки на другие объекты и Web-документы, расположенные в любом узле сети. Web-документ реально включает только одну Web-страницу, но логически может объединять любое количество таких страниц, принадлежащих различным Web-документам.
Web-страница, являясь информационным аналогом страницы бумажного документа, может включать как текст, так и рисунки. Но, в отличие от бумажной страницы, Web-страница может быть связана с компьютерными программами и содержать ссылки на другие объекты. Программа, связанная с Web-страницей, начинает автоматически выполняться при переходе по соответствующей ссылке или открытии Web-страницы. Любые ссылки, включенные в Web-страницу, выделяются другим цветом и/или подчеркиванием. Для перехода по ссылке достаточно щелкнуть по ней мышью.
Получаемая таким образом система гиперссылок основана на том, что некоторые выделенные участки одного документа, которыми могут быть части текста и рисунки, выступают в качестве ссылок на другие логически связанные с ними объекты. При этом объекты, на которые делаются ссылки, могут находиться на любом компьютере сети. В Web-страницу могут быть включены ссылки на следующие объекты:
- другую часть Web-документа;
- другой Web-документ или документ другого формата (например, документ Word или Excel), который может размещаться на любом компьютере сети;
- мультимедийный объект — рисунок, звук, видео;
- программу, которая при переходе на нее по ссылке будет выполняться на сервере;
- программу, которая при переходе на нее по ссылке будет передана с сервера на рабочую станцию для интерпретации или запуска на выполнение навигатором;
- любой другой сервис — электронную почту, копирование файлов с другого компьютера сети, поиск информации и т. д.
- на сервере порождается конечная информация, предназначенная для представления пользователю программой навигации, а не полуфабрикат, как в системах с классической архитектурой «клиент-сервер»;
- все информационные ресурсы, а также прикладная система сконцентрированы на сервере;
- для обмена данными между клиентами и сервером используются протоколы открытого стандарта TCP/IP, применяемые в Internet;
- облегчено централизованное управление не только сервером, но и компьютерами-клиентами, так как они стандартизованы с точки зрения программного обеспечения (на каждой рабочей станции достаточно наличия только стандартной программы навигации);
- на рабочих станциях помимо своих программ могут выполняться программы с других компьютеров сети.