Основы сетевых информационных технологий
Методы передачи данных и средства коммутации в компьютерных сетях. Модель файлового сервера, сервера баз данных и приложений. Работа в среде распределенной обработки данных. Технологии обработки запросов в архитектурах файл-сервера и клиент-сервера.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курс лекций |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.04.2012 |
| Размер файла | 572,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Различия в реализации технологии клиент-сервер определяются следующими факторами:
- видами программного обеспечения, в которые интегрирован каждый из этих компонентов;
- механизмами программного обеспечения, используемыми для реализации функций всех трех групп;
- способом распределения логических компонентов между компьютерами в сети;
- механизмами, используемыми для связи компонентов между собой.
Выделяются четыре подхода, реализованные в следующих моделях:
1. модель файлового сервера (File Server - FS);
2. модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);
3. модель сервера баз данных (Data Base Server - DBS);
4. модель сервера приложений (Application Server - AS).
3.1 Модель файлового сервера. (FS)
является базовой для локальных сетей ПК. До недавнего времени была популярна среди отечественных разработчиков, использовавших такие системы, как FoxPro, Clipper, Clarion, Paradox и т.д.
Одним из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет другим компьютерам услуги по обработке файлов. Файловый сервер работает под управлением сетевой операционной системы (Novell NetWare) и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (т.е. к файлам). На других ПК в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент (рис.4.7.).
Рис.4.7. Модель файлового сервера
Протокол обмена представляет собой набор вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.
К недостаткам технологии данной модели относят низкий сетевой трафик (передача множества файлов, необходимых приложению), небольшое количество операций манипуляции с данными (файлами), отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным ( защита только на уровне файловой системы) и т.д.
3.2 Модель доступа к удаленным данным (RDA)
Cущественно отличается от FS-модели методом доступа к информационным ресурсам. В RDA-модели коды компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается операторами специального языка (SQL, если речь идет о базах данных) или вызовами функций специальной библиотеки (если имеется специальный интерфейс прикладного программирования - API).
Запросы к информационным ресурсам направляются по сети удаленному компьютеру, который обрабатывает и выполняет их, возвращая клиенту блоки данных (рис.4.8).
Рис.4.8. Модель доступа к удаленным данным
Говоря об архитектуре клиент-сервер, подразумевают данную модель. Основное достоинство RDA-модели заключается в унификации интерфейса клиент-сервер в виде языка SQL и широком выборе средств разработки приложений. К недостаткам можно отнести существенную загрузку сети при взаимодействии клиента и сервера посредством SQL-запросов; невозможность администрирования приложений в RDA, т.к. в одной программе совмещаются различные по своей природе функции (представления и прикладные).
3.3 Модель сервера баз данных (DBS)
Реализована в некоторых реляционных СУБД (Informix, Ingres, Sybase, Oracle), (рис.4.9).
Ее основу составляет механизм хранимых процедур - средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранятся в словаре баз данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. В DBS-модели компонент представления выполняется на компьютере-клиенте, в то время как, прикладной компонент оформлен как набор хранимых процедур и функционирует на компьютере-сервере БД. Там же выполняется компонент доступа к данным, т.е. ядро СУБД.
Рис.4.9. Модель сервера баз данных
Понятие информационного ресурса сужено до баз данных, поскольку механизм хранимых процедур - отличительная характеристика DBS-модели - имеется пока только в СУБД.
Достоинства DBS-модели:
- возможность централизованного администрирования прикладных функций;
- снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы хранимых процедур);
- возможность разделения процедуры между несколькими приложениями;
- экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры. К недостаткам относится:
- ограниченность средств написания хранимых процедур, представляющих собой разнообразные процедурные расширения SQL, которые уступают по изобразительным средствам и функциональным возможностям в сравнении с языками С или Pascal. Сфера их использована ограничена конкретной СУБД из-за отсутствия возможности отладки и тестирования разнообразных хранимых процедур.
На практике чаще используются смешанные модели, когда целостность базы данных и некоторые простейшие прикладные функции обеспечиваются хранимыми процедурами (DBS-модель), а более сложные функции реализуются непосредственно в прикладной программе, которая выполняется на компьютере-клиенте (RDA-модель).
3.4 Модель сервера приложений (AS)
представляет собой процесс, выполняемый на компьютере-клиенте, отвечающий за интерфейс с пользователем (т.е. реализует функции первой группы). (рис.4.10).
Рис.4.10. Модель сервера приложений
Прикладной компонент реализован как группа процессов, выполняющих прикладные функции, и называется сервером приложения (Application Server - AS).
Доступ к информационным ресурсам осуществляет менеджер ресурсов (например, SQL-сервер). Из прикладных компонентов доступны такие ресурсы как, базы данных, очереди, почтовые службы и др. AS, размещенная на компьютере, где функционирует менеджер ресурсов, избавляет от необходимости направления SQL-запросов по сети, что повышает производительность системы.
Модели RDA и DBS опираются на двухзвенную схему разделения функций:
- в RDA-модели прикладные функции отданы программе-клиенту (прикладной компонент сливается с компонентом представления);
- в DBS-модели ответственность за их выполнение берет на себя ядро СУБД (прикладной компонент интегрируется в компонент доступа к информационным ресурсам).
В AS-модели реализована трехзвенная схема разделения функций. Здесь прикладной компонент выделен как важнейший изолированный элемент приложения. Сравнивая модели, AS обладает наибольшей гибкостью и имеет универсальный характер.
Принципы перехода к новой информационной системе.
При переходе к новой информационной системе (ИС) необходимо решить такие вопросы как выбор одной из четырех моделей, компоненты архитектуры ИС и инструментарий перехода.
Наиболее распространенной ИС является FS-модель (примем ее за исходную), а в качестве целевой - RDA-модель (наиболее распространена и относительно проста). На практике наблюдаются и другие схемы перехода ( FS-->DBS, RDA--->DBS, RDA-->AS, FS-->AS). Наиболее типичный случай это FS-->RDA, это переход от локальных сетей ПК к архитектуре систем с сервером баз данных.
Следующий шаг - определение компонентов архитектуры системы, имеющей в своей основе RDA-модель - компьютер-клиент и сервер баз данных. Проблема заключается в выборе аппаратного и базового программного обеспечения этих компонентов.
На сегодняшний день используются ПК на базе процессоров 486 или Pentium под управлением ОС/2 MS Windows (распространенность, популярность, большое число приложений, широкий набор активно используемых русифицированных продуктов). Самое важное достоинство MS Windows - множество средств быстрой разработки приложений, работающих с SQL-ориентированными СУБД, и доступность этих средств для отечественных пользователей.
Говоря о сервере БД, необходимо упомянуть, что это должен быть мощный компьютер, снабженный высокоскоростными надежными механизмами дисковой памяти большой емкости и системой архивирования на магнитных лентах. Его работа должна осуществляться под управлением многозадачной многопользовательской ОС, поддерживающей промышленные стандарты.
Для RDA-модели характерны два ключевых компонента:
- ПК на базе процессоров 486/Pentium под управлением ОС MS Windows;
- высокопроизводительный RISC-компьютер (фирм Sun, Hewiett-Packard, IBM) под управлением соответствующей версии ОС UNIX.
4. Технология работы в среде распределенной обработки данных
Одной из важнейших сетевых технологий является распределенная обработка данных, позволяющая повысить эффективность удовлетворения информационной потребности пользователя и, обеспечить гибкость и оперативность принимаемых им решений.
Достоинствами распределенной обработки информации является:
- большое число взаимодействующих между собой пользователей;
- устранение пиковых нагрузок с централизованной базы данных за счет распределения обработки и хранения локальных баз данных на разных ЭВМ;
- возможность доступа пользователя к вычислительным ресурсам сети ЭВМ;
- обеспечение обмена данными между удаленными пользователями.
При распределенной обработке производится работа с базой, т.е. представление данных, их обработка, работа с базой на логическом уровне осуществляется на компьютере клиента, а поддержание базы в актуальном состоянии - на сервере. При наличии распределенной базы данных база размещается на нескольких серверах. В настоящее время созданы базы данных по всем направлениям человеческой деятельности: экономической, финансовой, кредитной, статистической, научно-технической, маркетинга, патентной информации, электронной документации и т.д.
Создание распределенных баз данных (РБД) было вызвано двумя тенденциями обработки данных, с одной стороны - интеграцией, а с другой - децентрализацией.
Интеграция подразумевает централизованное управление и ведение баз данных. Децентрализация обеспечивает хранение данных в местах их возникновения или обработки, при этом скорость обработки повышается, стоимость снижается, увеличивается степень надежности системы.
Распределенная база данных - база данных, части которой размещены на отдельных ЭВМ, входящих в сеть. При этом некоторые данные могут дублироваться.
При проектировании РБД осуществляется разбиение объекта на несколько частей (фрагментов) и размещение каждого фрагмента на один или несколько компьютеров. Размещение фрагментов может быть избыточным или безызбыточным.
При избыточном размещении необходимо определить степень дублирования фрагментов. Выгоды, получаемые от дублирования, пропорциональны соотношению объемов выборки данных и их обновления. Для поддержания целостности базы данных требуется корректировка всех копий. Преимущества дублирования уменьшаются с увеличением стоимости хранения фрагментов и, увеличиваются, так как повышается устойчивость системы против отказов. Эффективность работы пользователей с РБД зависит от обеспеченности их информацией о содержащихся в РБД данных, их структуре и размещении. Эту задачу решает сетевой словарь-справочник данных, находящийся в одной ЭВМ сети или дублирующийся на нескольких ЭВМ. При этом, словарь-справочник может иметь распределенную структуру, т.е. когда его отдельные фрагменты распределены по рабочим станциям сети.
К организации баз данных предъявляются такие общие требования как, обеспечение высокой скоростью обработки запросов, секретности, независимости (физической и логической) данных, безопасности и т.д. Кроме перечисленных требований, к РБД выдвигаются требования "прозрачности": распределенной структуры БД; совместного доступа к данным; распределенной обработки.
Распределенная структура БД предполагает независимость конечных пользователей и программ от способа размещения информации на рабочих станциях сети, т.е. формулирование запросов к РБД производится аналогично запросам к централизованной БД.
Совместный доступ к данным подразумевает модификацию одних и тех же данных несколькими пользователями не нарушая целостности РБД.
"Прозрачность" распределенной обработки означает независимость пользователей и программ от типа локальной вычислительной сети и применяемого сетевого программного обеспечения. Обработка запроса пользователя может производиться на нескольких ЭВМ.
Доступ пользователей к РБД и администрирование осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД), которая обеспечивает выполнение следующих функций:
- автоматическое определение ЭВМ, хранящей требуемые в запросе данные;
- декомпозицию распределенных запросов на частные подзапросы к БД отдельных ЭВМ;
- планирование обработки запросов;
- передачу частных подзапросов и их исполнение на удаленных ЭВМ;
- прием результатов выполнения частных подзапросов;
- поддержание в согласованном состоянии копий дублированных данных на различных ЭВМ сети;
- управление параллельным доступом пользователей к РБД;
обеспечение целостности РБД.
5. Базовые технологии обработки запросов в архитектурах файл-сервера и клиент-сервера
Прикладные программы управления данными представляют собой необходимый инструмент для распределенной обработки.
Архитектура клиент-сервера сети позволяет различным прикладным программам одновременно использовать общую базу данных. Совершенно очевидно, что перенос программ управления данными с рабочих станций на сервер способствует высвобождению ресурсов рабочих станций, предоставляет возможность увеличить число частных, локально решаемых задач. Данная архитектура позволяет также централизовать ряд самых важных функций управления данными, такие, как защита информации баз данных, обеспечение целостности данных, управление совместным использованием ресурсов.
Одним из важных преимуществ архитектуры клиент-сервера в сетевой обработке данных является возможность сокращения времени реализации запроса. В подтверждение этому рассмотрим две базовые технологии обработки информации в архитектуре клиент-сервера сети и технологии использования традиционного файлового сервера.
Допустим, что прикладная программа базы данных загружена на рабочую станцию и пользователю необходимо получить все записи, удовлетворяющие некоторым поисковым условиям. В среде традиционного файлового сервера программа управления данными, которая выполняется на рабочей станции, должна осуществить запрос к серверу каждой записи базы данных (рис.4.11,а). Программа управления данными на рабочей станции может определить, удовлетворяет ли запись поисковым условиям, лишь после того, как она будет передана на рабочую станцию.
Очевидно, что данный технологический вариант обработки информации имеет наибольшее суммарное время передачи данных по каналам сети.
В среде клиент-сервера, напротив, рабочая станция посылает запрос высокого уровня серверу базы данных. Сервер базы данных осуществляет поиск записей на диске и анализирует их. Записи, удовлетворяющие условиям, могут быть накоплены на сервере. После того, как запрос целиком обработан, пользователю на рабочую станцию передаются все записи, которые удовлетворяют поисковым условиям (рис. 4.11,б).
Данная технология позволяет снизить сетевой трафик и повысить пропускную способность сети. Более того, за счет выполнения операции доступа к диску и обработки данных в одной системе сервер может осуществить поиск и обрабатывать запросы быстрее, чем если бы эти запросы обрабатывались на рабочей станции.
Прикладные программы баз данных клиент-сервера поддерживаются программными продуктами:
- NetWare Btrieve- программой управления записями с индексацией по ключу (выполняется на сервере);
- NetWare SQL - ядром реляционных баз данных, предназначенным для обеспечения системы защиты и целостности данных.
Службы баз данных NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell позволяют разработчикам создавать надежные прикладные программы баз данных без необходимости написания собственных программ управления записями, что обеспечивает удобный перенос прикладных программ в среду клиент-сервера.
В настоящее время разработаны десятки тысяч прикладных автономных и многозадачных программ, ориентированных на клиента версий NetWare Btrieve, NetWare SQL, которые могут быть использованы организациями, создающими или имеющими сеть ЭВМ. Более того, версии NetWare Btrieve и NetWare SQL фирмы Novell для клиентов имеют согласованные API, что упрощает перенос программ из среды одного клиента в среду другого.
Файл-сервер Рабочая станция
Типовая среда обработки запросов в сетях ЭВМ.
б) Распределенная среда обработки запросов в сетях ЭВМ.
Рис. 4.11. (а,б).Технологии обработки запросов по базовым вариантам
По степени изменчивости все базы данных (БД) можно разделить на два класса:
А - условно-постоянные (в основном для справочных систем);
Б - сильно динамичные (для банковских, биржевых систем и т.п.).
Для ведения баз данных первого и второго классов используются системы управления базами данных (СУБД), которые в значительной степени отличаются друг от друга как по функциональным возможностям, так и по эксплуатационным характеристикам.
Например,
- для условно-постоянных БД наиболее важными показателями являются показатели скорости отработки запросов и скорости формирования выходных отчетов по БД, а такие показатели, как скорость отработки транзакций и контроль целостности БД при отработке транзакций не столь критичны;
- для сильно -динамичных БД, на первый план выходят такие показатели, как скорость отработки транзакций, возможность контроля целостности, скорость формирования отчетов, согласованность по чтению и транзакциям. Менее критичны здесь скорости отработки запросов.
Поэтому любая СУБД не может одинаково успешно применяться при работе с БД разных классов. Такие системы, как CLIPPER, FOXPRO ориентированы на первый класс БД-(А), и здесь имеются неплохие результаты, а такие СУБД ,как Informix, Ingres, SyBase создавались для второго класса-(Б).
Исходя из вышесказанного напрашивается вывод: найти "золотую середину", которая удовлетворяла бы требованиям обоих классов (А) и (Б). Решением этой противоречивой задачи является использование дифференциальной организации файлов базы данных, или дифференциальных файлов (ДФ).
В последнее время разработчики СУБД ведущих фирм подошли к использованию идеи ДФ. Причинами явились следующие факты:
- значительно расширился класс решаемых на IBM PC задач, так, что термин "персональный компьютер" уже не соответствует действительности;
- широкое распространение локальных вычислительных систем (ЛВС);
- разработка многопользовательских и многозадачных систем;
- стремительное развитие технической базы ЭВМ (в большей степени дисковой памяти).
Остановимся на сути ДФ применительно к БД в ЛВС. Реализация идеи ЛВС в различных СУБД значительно отличается.
Идея ДФ включает три положения:
- основной файл БД остается неизменным при любых обновлениях базы данных, т.е., любые изменения БД последовательно накапливаются в специальном файле изменений (не путать с журналом транзакций) - ДФ;
- никакие индексы для него не создаются и не поддерживаются.
Когда ДФ достигнет значительных размеров (примерно 25-40% от размеров БД), администратор вносит все изменения в основной файл БД в удобный момент времени в пакетном режиме.
В качестве примера возьмем сравнение книги, где наблюдаются опечатки в страницах и, базы данных с ДФ. Нет необходимости переиздания книги из-за нескольких опечаток или незначительных изменений. Если это количество имеет тенденцию к значительному росту и достигло предельного значения, то становятся оправданными затраты на переиздание книги, куда должны быть включены все накопленные изменения.
Достоинства ДФ относятся к обеспечению высокой надежности, целостности БД и скорости отработки транзакций.
Вопрос, какие скорости отработки транзакций можно обеспечить при использовании ДФ, является довольно важным. Очевидно, что скорость отработки транзакций при такой организации БД возрастет в десятки раз. При этом сервер базы данных практически напоминает обычный файл-сервер.
Что касается индексов, то проблемы их поддержания не существует (скорости добавления, удаления и модификации записей БД находятся на самом высоком уровне). Внесение добавлений в БД не отличается от добавлений в обычный последовательный файл. Время обновления записей БД не зависит ни от размеров БД, ни от длины ключей, ни от их числа. Временные затраты на блокировку (как одно из узких мест для БД и ЛВС) сведены к минимуму.
Для того, чтобы обеспечить согласованность данных по чтению нет необходимости блокировать целиком таблицу, что имеет место в ряде СУБД, т.е., когда запрос (или формируемый отчет) начинает выполняться, СУБД "запоминает" старший адрес в ДФ (моментальный снимок). При этом пользователь, инициализирующий свой запрос, не обязан ждать "своего момента". Он "не видит" никого из пользователей и получает снимок БД именно в этот момент времени. Далее, по мере выполнения запроса (даже очень быстрого) часть записей-целей могла быть или изменена или удалена. Это отразится только на старших адресах ДФ, а поэтому СУБД просто проигнорирует любые изменения данных, случившиеся после начала выполнения запроса. Гарантируется корректировка сложных и длительных запросов к БД, т.е. обеспечение согласованности по чтению и транзакциям.
Становится интересным вопрос, как в этом случае ведется поиск в БД. В этом случае по ассоциатору находится множество записей-целей: число и список их адресов в основной БД, после чего производится считывание "ассоциатора" ДФ и производится корректировка этого списка. За счет этой корректировки время поиска увеличивается, причем величина этого увеличения зависит от размеров ДФ. Своевременность обновления БД должна быть в компетенции администратора БД. Чтобы исключить существенные издержки, связанные с ДФ, можно накапливать изменения БД для их пакетной обработки и при поиске ДФ не учитывать. В ряде систем, таких как банковские, допускается потеря некоторой точности в период между циклами обновления - "контролируемое запаздывание".
Помимо всего прочего использование ДФ обеспечивает:
- возможность администратору восстанавливать случайно удаленные записи;
- возможность (при необходимости) хранить индексные файлы на самих рабочих станциях;
- возможность создания распределенных БД;
- одновременное выполнение транзакций.
Непротиворечивость данных может обеспечиваться механизмом захвата на уровне записи - откат транзакций любой доступной вложенности.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Характеристики распределенных систем баз данных, формируемые путем "интеграции" разнородных аппаратных и программных средств. Концепция дифференциального файла для различных приложений. Сравнение разных технологий файлового сервера и "клиент-сервера".
курсовая работа [411,9 K], добавлен 28.05.2015Определение, свойства и характеристики распределенных систем баз данных. Основная задача систем управления ими. Архитектура распределения СУБД. Сравнение технологий файлового сервера и "клиент-сервера". Стратегия распределения данных по узлам сети ЭВМ.
курсовая работа [601,3 K], добавлен 24.05.2015Рассмотрение архитектуры "файл-сервер" и двух- и трехуровневых архитектур "клиент-сервер". Модель сервера приложений и свойства "идеальной" системы управления распределенными базами данных. Способы распределения функций обработки логики запроса.
презентация [60,2 K], добавлен 19.08.2013Создание баз данных и таблиц. Ограничение доступа для пользователей. Хранимая процедура, доступная всем пользователям. Скрипты для проверки ограничений. Методы обеспечения безопасности сервера базы данных. Чтение, изменение и добавление данных.
лабораторная работа [1,4 M], добавлен 23.07.2012Организация корпоративного файлового сервера, выполняющего функции прокси-сервера на базе ОС Linux. Процесс его реализации. Выбор оптимальной аппаратно-программной платформы. Расчёт сметы затрат на выполнение объёма работ по созданию FTP-сервера.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 06.07.2012Распределенная обработка данных. Двухуровневые модели распределения основных функций. Применение модели сервера приложений и баз данных. Основные пути распараллеливания запросов. Общая характеристика программных средств подготовки табличных документов.
отчет по практике [52,6 K], добавлен 30.09.2009История и основные сведения о сервере. Классификация и ресурсы серверов. Важность системы охлаждения для сервера. Выбор компонентов для сборки сервера. Основные неисправности и способы их устранения. Проведение технического обслуживания и ремонта сервера.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 24.06.2015Моделирование сети, состоящей из 2 компьютеров и файл-сервера, соединённых через свитч. Принцип проверки пакетов на статус запрос-ответ. Работа простейшей сети, состоящей из 3х ПК и файл-сервера с HUB-ом и без него. Принцип очередей обработки пакетов.
контрольная работа [326,1 K], добавлен 09.06.2010Общее понятие, основные компоненты и функции операционной системы. Порядок установи операционной системы UbuntuLinux. Особенности инсталляции веб-сервера Nginx для передачи данных по протоколу HTTP. Установка системы управления базами данных MongoDB.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 11.06.2014Устройство веб-приложений, преимущества их построения. Характеристика технологий веб-программирования, используемых на стороне сервера и на стороне клиента. Формирование и обработка запросов, создание интерактивного и независимого от браузера интерфейса.
контрольная работа [76,4 K], добавлен 08.07.2014
