19.2. Клиенты и серверы локальных сетей
В основе широкого распространения локальных сетей компьютеров лежит известная идея разделения ресурсов. Высокая пропускная способность локальных сетей обеспечивает эффективный доступ из одного узла локальной сети к ресурсам, находящимся в других узлах.
Развитие этой идеи приводит к функциональному выделению компонентов сети: разумно иметь не только доступ к ресурсами удаленного компьютера, но также получать от этого компьютера некоторый сервис, который специфичен для ресурсов данного рода и программные средства для обеспечения которого нецелесообразно дублировать в нескольких узлах. Так мы приходим к различению рабочих станций и серверов локальной сети.
Рабочая станция предназначена для непосредственной работы пользователя или категории пользователей и обладает ресурсами, соответствующими локальным потребностям данного пользователя. Специфическими особенностями рабочей станции могут быть объем оперативной памяти (далеко не все категории пользователей нуждаются в наличии большой оперативной памяти), наличие и объем дисковой памяти (достаточно популярны бездисковые рабочие станции, использующие внешнюю память дискового сервера), характеристики процессора и монитора (некоторым пользователям нужен мощный процессор, других в большей степени интересует разрешающая способность монитора, для третьих обязательно требуются средства убыстрения графики и т.д.). При необходимости можно использовать ресурсы и/или услуги, предоставляемые сервером.
Сервер локальной сети должен обладать ресурсами, соответствующими его функциональному назначению и потребностям сети. Заметим, что в связи с ориентацией на подход открытых систем, правильнее говорить о логических серверах (имея в виду набор ресурсов и программных средств, обеспечивающих услуги над этими ресурсами), которые располагаются не обязательно на разных компьютерах. Особенностью логического сервера в открытой системе является то, что если по соображениям эффективности сервер целесообразно переместить на отдельный компьютер, то это можно проделать без потребности в какой-либо переделке как его самого, так и использующих его прикладных программ.
Примерами сервером могут служить:
сервер телекоммуникаций, обеспечивающий услуги по связи данной локальной сети с внешним миром;
вычислительный сервер, дающий возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях;
дисковый сервер, обладающий расширенными ресурсами внешней памяти и предоставляющий их в использование рабочим станциями и, возможно, другим серверам;
файловый сервер, поддерживающий общее хранилище файлов для всех рабочих станций;
сервер баз данных фактически обычная СУБД, принимающая запросы по локальной сети и возвращающая результаты.
Сервер локальной сети предоставляет ресурсы (услуги) рабочим станциям и/или другим серверам.
Принято называть клиентом локальной сети, запрашивающий услуги у некоторого сервера и сервером — компонент локальной сети, оказывающий услуги некоторым клиентам.
19.3. Системная архитектура «клиент-сервер»
Понятно, что в общем случае, чтобы прикладная программа, выполняющаяся на рабочей станции, могла запросить услугу у некоторого сервера, как минимум требуется некоторый интерфейсный программный слой, поддерживающий такого рода взаимодействие (было бы по меньшей мере неестественно требовать, чтобы прикладная программа напрямую пользовалась примитивами транспортного уровня локальной сети). Из этого, собственно, и вытекают основные принципы системной архитектуры «клиент-сервер».
Система разбивается на две части, которые могут выполняться в разных узлах сети, — клиентскую и серверную части. Прикладная программа или конечный пользователь взаимодействуют с клиентской частью системы, которая в простейшем случае обеспечивает просто надсетевой интерфейс. Клиентская часть системы при потребности обращается по сети к серверной части. Заметим, что в развитых системах сетевое обращение к серверной части может и не понадобиться, если система может предугадывать потребности пользователя, и в клиентской части содержатся данные, способные удовлетворить его следующий запрос.
Интерфейс серверной части определен и фиксирован. Поэтому возможно создание новых клиентских частей существующей системы (пример интероперабельности на системном уровне).
Основной проблемой систем, основанных на архитектуре «клиент-сервер», является то, что в соответствии с концепцией открытых систем от них требуется мобильность в как можно более широком классе аппаратно-программных решений открытых систем. Даже если ограничиться UNIX-ориентированными локальными сетями, в разных сетях применяется разная аппаратура и протоколы связи. Попытки создания систем, поддерживающих все возможные протоколы, приводит к их перегрузке сетевыми деталями в ущерб функциональности.
Еще более сложный аспект этой проблемы связан с возможностью использования разных представлений данных в разных узлах неоднородной локальной сети. В разных компьютерах может существовать различная адресация, представление чисел, кодировка символов и т.д. Это особенно существенно для серверов высокого уровня: телекоммуникационных, вычислительных, баз данных.
Общим решением проблемы мобильности систем, основанных на архитектуре «клиент-сервер» является опора на программные пакеты, реализующие протоколы удаленного вызова процедур (RPC — Remote Procedure Call). При использовании таких средств обращение к сервису в удаленном узле выглядит как обычный вызов процедуры. Средства RPC, в которых, естественно, содержится вся информация о специфике аппаратуры локальной сети и сетевых протоколов, переводит вызов в последовательность сетевых взаимодействий. Тем самым, специфика сетевой среды и протоколов скрыта от прикладного программиста.
При вызове удаленной процедуры программы RPC производят преобразование форматов данных клиента в промежуточные машинно-независимые форматы и затем преобразование в форматы данных сервера. При передаче ответных параметров производятся аналогичные преобразования.
Если система реализована на основе стандартного пакета RPC, она может быть легко перенесена в любую открытую среду.
Глава 4. Модель «клиент-сервер» и её реализация в компьютерных сетях
Для понимания материала этой главы необходимы знания по компьютерным сетям, изложенные в предыдущей главе, а также общие понятия о вычислительной технике, изложенные в главе 1.
4.1. Определение модели «клиент-сервер»
Клиент-сервер — это модель взаимодействия процессов в вычислительной системе, при которой один процесс (клиент) делает запрос, другой процесс (сервер) его обрабатывает и возвращает первому ответ или предоставляет определенную услугу в виде вычислений, каких-либо данных и т.п.
Чаще всего процесс-клиент запускается на одном компьютере, процесс-сервер — на другом.
В общем виде модель представлена на рис. 13.
Рис. 13 Модель «клиент-сервер»
Также клиентом (рабочей станцией) в двухранговой компьютерной сети называется компьютер, на котором преобладают процессы-клиенты, а сервером — компьютер, на котором преобладают процессы-серверы. В процессе работы сети компьютер-сервер и компьютер-клиент могут меняться ролями. Любой компьютер может одновременно быть клиентом и сервером для различных видов услуг.
Требования надежности, скорости и отказоустойчивости у серверов выше, чем у рабочих станций. Среднее время простоя современных серверов может достигать всего несколько минут в год.
4.2. Виды сетевых служб
Несмотря на то, что технологии «клиент-сервер» применима как в централизованных, так и в распределенных вычислительных системах, она достигла популярности именно в компьютерных сетях.
Сетевая служба (сервис) — это определенный вид обслуживания, предоставляемый сервером.
Сетевые службы занимаются предоставлением:
- совместно используемых аппаратных ресурсов — процессорного времени, памяти, диска, принтеров;
- различных сетевых услуг — обрабатывают и предоставляют различную информацию.
13.2. Клиенты и серверы локальных сетей
В основе широкого распространения локальных сетей компьютеров лежит известная идея разделения ресурсов. Высокая пропускная способность локальных сетей обеспечивает эффективный доступ из одного узла локальной сети к ресурсам, находящимся в других узлах.
Развитие этой идеи приводит к функциональному выделению компонентов сети: разумно иметь не только доступ к ресурсам удаленного компьютера, но также получать от этого компьютера некоторый сервис, который специфичен для ресурсов данного рода и программные средства для обеспечения которого (сервиса) нецелесообразно дублировать в нескольких узлах. Так мы приходим к различению рабочих станций и серверов локальной сети.
Рабочая станцияпредназначена для непосредственной работы пользователя или категории пользователей и обладает ресурсами, соответствующими локальным потребностям данного пользователя.
Серверлокальной сети должен обладать ресурсами, соответствующими его функциональному назначению и потребностям сети.
Примерами серверов могут служить:
сервер телекоммуникаций, обеспечивающий услуги по связи данной локальной сети с внешним миром;
вычислительный сервер, дающий возможность производить вычисления, которые невозможно выполнить на рабочих станциях;
дисковый сервер, обладающий расширенными ресурсами внешней памяти и предоставляющий их в использование рабочим станциями и, возможно, другим серверам;
файловый сервер, поддерживающий общее хранилище файлов для всех рабочих станций;
сервер баз данных – фактически обычная СУБД, принимающая запросы по локальной сети и возвращающая результаты.
Сервер локальной сети предоставляет ресурсы (услуги) рабочим станциям и/или другим серверам.
Принято называть клиентом локальной сети компонент, запрашивающий услуги у некоторого сервера, и сервером – компонент локальной сети, оказывающий услуги некоторым клиентам.
13.3. Системная архитектура «клиент-сервер»
Понятно, что в общем случае, чтобы прикладная программа, выполняющаяся на рабочей станции, могла запросить услугу у некоторого сервера, требуется как минимум некоторый интерфейсный программный слой, поддерживающий такого рода взаимодействие (было бы, по меньшей мере, неестественно требовать, чтобы прикладная программа напрямую пользовалась примитивами транспортного уровня локальной сети). Из этого, собственно, и вытекают основные принципы системной архитектуры «клиент-сервер».
Система разбивается на две части, которые могут выполняться в разных узлах сети, — клиентскую и серверную части. Прикладная программа или конечный пользователь взаимодействуют с клиентской частью системы, которая в простейшем случае обеспечивает просто надсетевой интерфейс. Клиентская часть системы при потребности обращается по сети к серверной части.
Интерфейс серверной части определён и фиксирован. Поэтому возможно создание новых клиентских частей существующей системы (пример интероперабельности на системном уровне).
Основной проблемой систем, основанных на архитектуре «клиент-сервер», является то, что в соответствии с концепцией открытых систем от них требуется мобильность в как можно более широком классе аппаратно-программных решений открытых систем. Даже если ограничиться UNIX-ориентированными локальными сетями, в разных сетях применяется разная аппаратура и протоколы связи. Попытки создания систем, поддерживающих все возможные протоколы, приводит к их перегрузке сетевыми деталями в ущерб функциональности.
Еще более сложный аспект этой проблемы связан с возможностью использования разных представлений данных в разных узлах неоднородной локальной сети. В разных компьютерах может существовать различная адресация, представление чисел, кодировка символов и т.д. Это особенно существенно для серверов высокого уровня: телекоммуникационных, вычислительных, баз данных.
Общим решением проблемы мобильности систем, основанных на архитектуре «клиент-сервер» является опора на программные пакеты, реализующие протоколы удаленного вызова процедур (RPC — Remote Procedure Call). При использовании таких средств обращение к сервису в удаленном узле выглядит как обычный вызов процедуры. Средства RPC, в которых, естественно, содержится вся информация о специфике аппаратуры локальной сети и сетевых протоколов, переводят вызов в последовательность сетевых взаимодействий. Тем самым, специфика сетевой среды и протоколов скрыта от прикладного программиста.
При вызове удаленной процедуры программы RPC производят преобразование форматов данных клиента в промежуточные машинно-независимые форматы и затем преобразование в форматы данных сервера. При передаче ответных параметров производятся аналогичные преобразования.
Если система реализована на основе стандартного пакета RPC, она может быть легко перенесена в любую открытую среду.