Технология клиент-сервер предусматривает наличие двух самостоятельных взаимодействующих процессов - сервера и клиента, связь между которыми осуществляется по сети.

Серверами называются процессы, отвечающие за поддержку и файловой системы, а клиентами - процессы, которые посылают запрос и ожидают ответ от сервера.

Модель клиент-сервер используется при построении системы на основе СУБД, а также почтовые системы. Существует еще так называемая файл-серверная архитектура, которая существенно отличается от клиент-серверной.

Данные в файл-серверной системе сохраняются на файловом сервере (Novell NetWare или WindowsNT Server), а обрабатываются они на рабочих станциях посредством функционирования "настольных СУБД", таких как Access, Paradox, FoxPro и т.п.

СУБД располагается на рабочей станции, а манипулирование данными производится несколькими независимыми и несогласованными между собой процессами. Все данные при этом передаются с сервера по сети на рабочую станцию, что замедляет скорость обработки информации.

Технология клиент-сервер реализована функционированием двух (как минимум) приложений - клиентов и сервера, которые делят функции между собой. За хранение и непосредственное манипулирование данных отвечает сервер, примером которого может быть SQLServer, Oracle, Sybase и другие.

Пользовательский интерфейс формирует клиент, в основе построения которого используются специальные инструменты или настольные СУБД. Логическая обработка данных выполняется частично на клиенте, и частично на сервере. Посылка запросов на сервер выполняется клиентом, обычно на языке SQL. Полученные запросы обрабатываются сервером, и клиенту (клиентам) возвращается результат.

При этом данные обрабатываются там же, где они хранятся - на сервере, поэтому большой объем их не передается по сети.

Преимущества архитектуры клиент-сервер

Технология клиент-сервер привносит в информационную систему такие качества:

• Надежность

Модификация данных осуществляется сервером баз данных при помощи механизма транзакций, придающего совокупности операций такие свойства, как: 1) атомарность, которая обеспечивает целостность данных при любом завершении транзакции; 2) независимость транзакций разных пользователей; 3) устойчивость к сбоям - сохранение результатов завершения транзакции.

• Масштабируемость, т.е. способность системы не зависеть от количества пользователей и объемов информации без замены используемого программного обеспечения.

Технология клиент-сервер поддерживает тысячи пользователей и гигабайты информации при соответствующей аппаратной платформе.

• Безопасность, т.е. надежная защита информации от
• Гибкость. В приложениях, работающих с данными, выделяют логических слои: пользовательский интерфейс; правила логической обработки; управление данными.

Как уже было отмечено, в файл-серверной технологии все три слоя объединяются в одно монолитное приложение, функционирующее на рабочей станции, а все изменения в слоях обязательно приводят к модификации приложения, различаются версии клиента и сервера, и требуется проводить обновление версий на всех рабочих станциях.

Технология клиент-сервер в двухуровневом приложении предусматривает выполнение всех функций по формированию на клиенте, а всех функций по управлению информацией баз данных - на сервере, бизнес-правила возможно реализовывать как на сервере, так и на клиенте.

Трехуровневое приложение допускает промежуточный уровень, который реализует бизнес-правила, являющиеся наиболее изменяемыми компонентами.

Несколько уровней позволяют гибко и с наименьшими затратами адаптировать имеющееся приложение к постоянно модифицируемым требованиям бизнеса.

Под клиент-серверным приложением мы будем понимать информационную систему, основанную на использовании серверов баз данных (см. длинное замечание в конце раздела 2.1). Общее представление информационной системы в архитектуре "клиент-сервер" показано на рисунке 2.3.

На стороне клиента выполняется код приложения, в который обязательно входят компоненты, поддерживающие интерфейс с конечным пользователем, производящие отчеты, выполняющие другие специфичные для приложения функции (пока нас не будет занимать, как строится код приложения).

Клиентская часть приложения взаимодействует с клиентской частью программного обеспечения управления базами данных, которая, фактически, является индивидуальным представителем СУБД для приложения.

(Здесь опять проявляются недостатки в терминологии. Обычно, когда компания объявляет о выпуске очередного сервера баз данных, то неявно понимается, что имеется и клиентская составляющая этого продукта. Сочетание "клиентская часть сервера баз данных" кажется несколько странным, но нам придется пользоваться именно этим термином.)

Рис. 2.3. Общее представление информационной системы в архитектуре "клиент-сервер"

Заметим, что интерфейс между клиентской частью приложения и клиентской частью сервера баз данных, как правило, основан на использовании языка SQL. Поэтому такие функции, как, например, предварительная обработка форм, предназначенных для запросов к базе данных, или формирование результирующих отчетов выполняются в коде приложения.

Наконец, клиентская часть сервера баз данных, используя средства сетевого доступа, обращается к серверу баз данных, передавая ему текст оператора языка SQL.

Здесь необходимо сделать еще два замечания.

Обычно компании, производящие развитые серверы баз данных, стремятся к тому, чтобы обеспечить возможность использования своих продуктов не только в стандартных на сегодняшний день TCP/IP-ориентированных сетях, но в сетях, основанных на других протоколах (например, SNA или IPX/SPX). Поэтому при организации сетевых взаимодействий между клиентской и серверной частями СУБД часто используются не стандартные средства высокого уровня (например, механизмы программных гнезд или вызовов удаленных процедур), а собственные функционально подобные средства, менее зависящие от особенностей сетевых транспортных протоколов.

Когда мы говорим об интерфейсе на основе языка SQL, нужно отдавать себе отчет в том, что несмотря на титанические усилия по стандартизации этого языка, нет такой реализации, в которой стандартные средства языка не были бы расширены. Необдуманное использование расширений языка приводит к полной зависимости приложения от конкретного производителя сервера баз данных.

Посмотрим теперь, что же происходит на стороне сервера баз данных. В продуктах практически всех компаний сервер получает от клиента текст оператора на языке SQL.

Сервер производит компиляцию полученного оператора. На основе информации, содержащейся в таблицах-каталогах базы данных производится преобразование непроцедурного представления оператора в некоторую процедуру его выполнения.

• Оператор может относиться к классу операторов определения (или создания) объектов базы данных (точнее и правильнее было бы говорить про элементы схемы базы данных или про объекты метабазы данных). В частности, могут определяться домены, таблицы, ограничения целостности, триггеры, привилегии пользователей, хранимые процедуры. В любом случае, при выполнении оператора создания элемента схемы базы данных соответствующая информация помещается в таблицы-каталоги базы данных (в таблицы метабазы данных). Ограничения целостности обычно сохраняются в метабазе данных прямо в текстовом представлении. Для действий, определенных в триггерах, и хранимых процедур вырабатывается и сохраняется в таблицах-каталогах процедурный выполняемый код. Заметим, что ограничения целостности, триггеры и хранимые процедуры являются, в некотором смысле, представителями приложения в поддерживаемой сервером базе данных; они составляют основу серверной части приложения (см. ниже).

  При выполнении операторов выборки данных на основе содержимого затрагиваемых запросом таблиц и, возможно, с использованием поддерживаемых в базе данных индексов формируется результирующий набор данных (мы намеренно не используем здесь термин "результирующая таблица", поскольку в зависимости от конкретного вида оператора результат может быть упорядоченным, а таблицы, т.е. отношения неупорядочены по определению). Серверная часть СУБД пересылает результат клиентской части, и окончательная обработка производится уже в клиентской части приложения.

  При выполнении операторов модификации содержимого базы данных (INSERT, UPDATE, DELETE) проверяется, что не будут нарушены определенные к этому моменту ограничения целостности (те, которые относятся к классу немедленно проверяемых), после чего выполняется соответствующее действие (сопровождаемое модификацией всех соответствующих индексов и журнализацией изменений). Далее сервер проверяет, не затрагивает ли данное изменение условие срабатывания какого-либо триггера, и если такой триггер обнаруживается, выполняет процедуру его действия. Эта процедура может включать дополнительные операторы модификации базы данных, которые могут вызвать срабатывание других триггеров и т.д. Можно считать, что те действия, которые выполняются на сервере баз данных при проверке удовлетворенности ограничений целостности и при срабатывании триггеров, представляют собой действия серверной части приложения.

  При выполнении операторов модификации схемы базы данных (добавления или удаления столбцов существующих таблиц, изменения типа данных существующего столбца существующей таблицы и т.д.) также могут срабатывать триггеры, т.е., другими словами, может выполняться серверная часть приложения.

  Аналогично, триггеры могут срабатывать при уничтожении объектов схемы базы данных (доменов, таблиц, ограничений целостности и т.д.).

  Особый класс операторов языка SQL составляют операторы вызова ранее определенных и сохраненных в базе данных хранимых процедур. Если хранимая процедура определяется с помощью достаточно развитого языка, включающего и непроцедурные операторы SQL, и чисто процедурные конструкции (например, языка PL/SQL компании Oracle), то в такую процедуру можно поместить серьезную часть приложения, которое при выполнении оператора вызова процедуры будет выполняться на стороне сервера, а не на стороне клиента.

  При выполнении оператора завершения транзакции сервер должен проверить соблюдение всех, так называемых, отложенных ограничений целостности (к таким ограничениям относятся ограничения, накладываемые на содержимое таблицы базы целиком или на несколько таблиц одновременно; например, суммарная зарплата сотрудников отдела 999 не должна превышать 150 млн. руб.). Снова к проверке отложенных ограничений целостности можно относиться как к выполнению серверной части приложения.

Как видно, в клиент-серверной организации клиенты могут являться достаточно "тонкими", а сервер должен быть "толстым" настолько, чтобы быть в состоянии удовлетворить потребности всех клиентов (рисунок 2.4).

Рис. 2.4. "Тонкий" клиент и "толстый" сервер в клиент-серверной архитектуре

С другой стороны, разработчики и пользователи информационных систем, основанных на архитектуре "клиент-сервер", часто бывают неудовлетворены постоянно существующими сетевыми накладными расходами, которые следуют из потребности обращаться от клиента к серверу с каждым очередным запросом. На практике распространена ситуация, когда для эффективной работы отдельной клиентской составляющей информационной системы в действительности требуется только небольшая часть общей базы данных. Это приводит к идее поддержки локального кэша общей базы данных на стороне каждого клиента.

Фактически, концепция локального кэширования базы данных является частным случаем концепции реплицированных (или, как иногда их называют в русскоязычной литературе, тиражированных) баз данных. Как и в общем случае, для поддержки локального кэша базы данных программное обеспечение рабочих станций должно содержать компонент управления базами данных - упрощенный вариант сервера баз данных, который, например, может не обеспечивать многопользовательский режим доступа. Отдельной проблемой является обеспечение согласованности (когерентности) кэшей и общей базы данных. Здесь возможны различные решения - от автоматической поддержки согласованности за счет средств базового программного обеспечения управления базами данных до полного перекладывания этой задачи на прикладной уровень. В любом случае, клиенты становятся более толстыми при том, что сервер тоньше не делается (рисунок 2.5).

Рис. 2.5. "Потолстевший" клиент и "толстый" сервер в клиент-серверной архитектуре с поддержкой локального кэша на стороне клиентов

Сформулируем некоторые предварительные выводы. Архитектура "клиент-сервер" на первый взгляд кажется гораздо более дорогой, чем архитектура "файл-сервер". Требуется более мощная аппаратура (по крайней мере, для сервера) и существенно более развитые средства управления базами данных. Однако, это верно лишь частично. Громадным преимуществом клиент-серверной архитектуры является ее масштабируемость и вообще способность к развитию.

При проектировании информационной системы, основанной на этой архитектуре, большее внимание следует обращать на грамотность общих решений. Технические средства пилотной версии могут быть минимальными (например, в качестве аппаратной основы сервера баз данных может использоваться одна из рабочих станций). После создания пилотной версии нужно провести дополнительную исследовательскую работу, чтобы выяснить узкие места системы. Только после этого необходимо принимать решение о выборе аппаратуры сервера, которая будет использоваться на практике.

Увеличение масштабов информационной системы не порождает принципиальных проблем. Обычным решением является замена аппаратуры сервера (и, может быть, аппаратуры рабочих станций, если требуется переход к локальному кэшированию баз данных). В любом случае практически не затрагивается прикладная часть информационной системы. В идеале, которого, конечно же не бывает, информационная система продолжает нормально функционировать после смены аппаратуры.

Клиент-сервер (англ. Client-server) - вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.

Преимущества

Делает возможным, в большинстве случаев, распределить функции вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера, не затрагивают клиентов.

Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т.п.

[править]

Недостатки

Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.

Поддержка работы данной системы, требует отдельного специалиста - системного администратора.

Высокая стоимость оборудования.

[править]

Многоуровневая архитектура клиент-сервер

Многоуровневая архитектура клиент-сервер - разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Частные случаи многоуровневой архитектуры:

Трёхуровневая архитектура

[править]

Сеть с выделенным сервером

Сеть с выделенным сервером (англ. Client/Server network) - это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы).

Введение

О технологии клиент-сервер написано уже очень много. Можно заметить, что некий ажиотаж вокруг этой темы, имевший место еще два года назад, теперь определенно спал. Статьи в прессе и разговоры в кулуарах приобрели спокойный, деловой тон и обсуждают теперь, как правило, конкретные аспекты применения этой технологии. Вопроса "Быть или не быть архитектуре клиент-сервер?" теперь уже никто не поднимает - все знают, что "Быть!".

Однако многие читатели, возможно, только недавно стали интересоваться этой темой, поэтому, на наш взгляд, стоит еще раз к ней вернуться и спокойно, по-деловому, обсудить - что такое архитектура клиент-сервер, зачем она нужна и как к ней подступиться.

Что такое архитектура клиент-сервер?

Вообще говоря, клиент-серверная система характеризуется наличием двух взаимодействующих самостоятельных процессов - клиента и сервера, которые, в общем случае, могут выполняться на разных компьютерах, обмениваясь данными по сети. По такой схеме могут быть построены системы обработки данных на основе СУБД, почтовые и другие системы. Мы будем говорить, конечно, о базах данных и системах на их основе. И здесь удобнее будет не просто рассматривать клиент-серверную архитектуру, а сравнить ее с другой - файл-серверной.

В файл-серверной системе данные хранятся на файловом сервере (например, Novell NetWare или Windows NT Server), а их обработка осуществляется на рабочих станциях, на которых, как правило, функционирует одна из, так называемых, "настольных СУБД" - Access, FoxPro, Paradox и т.п..

Приложение на рабочей станции "отвечает за все" - за формирование пользовательского интерфейса, логическую обработку данных и за непосредственное манипулирование данными. Файловый сервер предоставляет услуги только самого низкого уровня - открытие, закрытие и модификацию файлов, подчеркну - файлов, а не базы данных. База данных существует только в "мозгу" рабочей станции.

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается несколько независимых и несогласованных между собой процессов. Кроме того, для осуществления любой обработки (поиск, модификация, суммирование и т.п.) все данные необходимо передать по сети с сервера на рабочую станцию (см. рис. Сравнение файл-серверной и клиент-серверной моделей)

В клиент-серверной системе функционируют (как минимум) два приложения - клиент и сервер, делящие между собой те функции, которые в файл-серверной архитектуре целиком выполняет приложение на рабочей станции. Хранением и непосредственным манипулированием данными занимается сервер баз данных, в качестве которого может выступать Microsoft SQL Server, Oracle, Sybase и т.п..

Формированием пользовательского интерфейса занимается клиент, для построения которого можно использовать целый ряд специальных инструментов, а также большинство настольных СУБД. Логика обработки данных может выполняться как на клиенте, так и на сервере. Клиент посылает на сервер запросы, сформулированные, как правило, на языке SQL. Сервер обрабатывает эти запросы и передает клиенту результат (разумеется, клиентов может быть много).

Таким образом, непосредственным манипулированием данными занимается один процесс. При этом, обработка данных происходит там же, где данные хранятся - на сервере, что исключает необходимость передачи больших объемов данных по сети.

Когда вам нужна архитектура клиент-сервер?

Даже очень детальный анализ особенностей архитектуры клиент-сервер может не ответить на вопрос "А что мне это даст?" Посмотрим на данную архитектуру с точки зрения потребностей бизнеса. Какие же качества привносит клиент-сервер в информационную систему:

Надежность

Тот, кто хоть раз побывал в роли администратора базы данных в тот момент, когда эта база данных "погибла" по причине "зависания" сервера или рабочей станции, сбоя питания или еще какой-либо напасти, никогда уже не станет пренебрегать вопросами надежности (если, конечно, сумеет сохранить за собой эту роль). Если Вы еще не побывали в этой роли, надеюсь, у Вас достанет воображения, чтобы прокрутить этот триллер у себя в голове, и благоразумия, чтобы максимально обезопасить свою базу данных (и себя заодно). Чем же тут поможет архитектура клиент-сервер?

Сервер баз данных осуществляет модификацию данных на основе механизма транзакций, который придает любой совокупности операций, объявленных как транзакция, следующие свойства:

атомарность - при любых обстоятельствах будут либо выполнены все операции транзакции, либо не выполнена ни одна; целостность данных при завершении транзакции;

независимость - транзакции, инициированные разными пользователями, не вмешиваются в дела друг друга;

устойчивость к сбоям - после завершения транзакции, ее результаты уже не пропадут.

Механизм транзакций, поддерживаемый сервером баз данных, намного более эффективен, чем аналогичный механизм в настольных СУБД, т.к. сервер централизованно контролирует работу транзакций. Кроме того, в файл-серверной системе сбой на любой из рабочих станций может привести к потере данных и их недоступности для других рабочих станций, в то время, как в клиент-серверной системе сбой на клиенте, практически, никогда не сказывается на целостности данных и их доступности для других клиентов.

Масштабируемость

Масштабируемость - способность системы адаптироваться к росту количества пользователей и объема базы данных при адекватном повышении производительности аппаратной платформы, без замены программного обеспечения.

Общеизвестно, что возможности настольных СУБД серьезно ограничены - это пять-семь пользователей и 30-50 Мб, соответственно. Цифры, разумеется, представляют собой некие средние значения, в конкретных случаях они могут отклоняться как в ту, так и в другую сторону. Что наиболее существенно, эти барьеры нельзя преодолеть за счет наращивания возможностей аппаратуры.

Системы же на основе серверов баз данных могут поддерживать тысячи пользователей и сотни ГБ информации - дайте им только соответствующую аппаратную платформу.

Безопасность

Сервер баз данных предоставляет мощные средства защиты данных от несанкционированного доступа, невозможные в настольных СУБД. При этом, права доступа администрируются очень гибко - до уровня полей таблиц. Кроме того, можно вообще запретить прямое обращение к таблицам, осуществляя взаимодействие пользователя с данными через промежуточные объекты - представления и хранимые процедуры. Так что администратор может быть уверен - никакой слишком умный пользователь не прочитает то, что ему читать неположено.

Гибкость

В приложении, работающем с данными, можно выделить три логических слоя:

пользовательского интерфейса;

правил логической обработки (бизнес-правил);

управления данными (не следует только путать логические слои с физическими уровнями, о которых речь пойдет ниже).

Как уже говорилось, в файл-серверной архитектуре все три слоя реализуются в одном монолитном приложении, функционирующем на рабочей станции. Поэтому изменения в любом из слоев приводят однозначно к модификации приложения и последующему обновлению его версий на рабочих станциях.

В двухуровневом клиент-серверном приложении, показанном на рис. 1, как правило, все функции по формированию пользовательского интерфейса реализуются на клиенте, все функции по управлению данными - на сервере, а вот бизнес-правила можно реализовать как на сервере используя механизмы программирования сервера (хранимые процедуры, триггеры, представления и т.п.), так и на клиенте. В трехуровневом приложении появляется третий, промежуточный уровень, реализующий бизнес-правила, которые являются наиболее часто изменяемыми компонентами приложения (см. рис. Трехуровневая модель клиент-серверного приложения)

Наличие не одного, а нескольких уровней позволяет гибко и с минимальными затратами адаптировать приложение к изменяющимся требованиям бизнеса.

Попробуем все вышеизложенное проиллюстрировать на маленьком примере. Предположим, в некоей организации изменились правила расчета заработной платы (бизнес-правила) и требуется обновить соответствующее программное обеспечение.

1) В файл-серверной системе мы "просто" вносим изменения в приложение и обновляем его версии на рабочих станциях. Но это "просто" влечет за собой максимальные трудозатраты.

2) В двухуровневой клиент-серверной системе, если алгоритм расчета зарплаты реализован на сервере в виде правила расчета зарплаты, его выполняет сервер бизнес-правил, выполненный, например, в виде OLE-сервера, и мы обновим один из его объектов, ничего не меняя ни в клиентском приложении, ни на сервере баз данных.

Этапы построения клиент-серверной системы.

Предположим, Вы сегодня используете приложение, реализованное в файл-серверной архитектуре, средствами, Microsoft Access, и думаете о его развитии. Можно рассмотреть следующие шаги.

1.Перенести базу данных на Microsoft SQL Server, сохранив интерфейс и логику работы неизменной. Вы при этом не будете использовать все преимущества архитектуры клиент-сервер, но можете быть спокойны за надежность хранения ваших данных.

2.Разработать полноценное двухуровневое клиент-серверное приложение, используя все ту же связку Access - SQL Server, которая работает очень хорошо. Делать это можно, например, постепенно меняя отдельные компоненты приложения, полученного на шаге 1. Альтернативой может быть разработка полностью нового приложения с использованием в качестве клиента Visual Basic, Delphi или любого другого из десятков имеющихся инструментов.

3.Если Вы планируете серьезный рост Вашей организации, то использование трехуровневой архитектуры позволит Вам более гибко распределять растущую нагрузку между серверами и минимизировать затраты на сопровождение и развитие системы.

Надеемся, что эта статья дала Вам общее представление об архитектуре клиент-сервер и ее преимуществах. В следующих номерах мы планируем подробнее рассказать о Microsoft SQL Server и построении систем на его основе.

Современная СУБД должна удовлетворять ряду требований, важнейшее из которых - высокопроизводительный интеллектуальный сервер базы данных. Далее мы рассмотрим основные тенденции его развития и обсудим конкретные механизмы, в которых они находят свое воплощение.

Процесс технического совершенствования сервера базы данных пока остается невидимым для большинства пользователей современных СУБД. Поэтому при выборе той или иной системы они, как правило, не учитывают ни технический уровень решений, заложенных в механизм его функционирования, ни влияние этих решений на общую производительность СУБД. Между тем ее качество определяется отнюдь не богатством интерфейсов с пользователем, не разнообразием средств поддержки разработок, а в первую очередь зависит от особенностей архитектуры сервера базы данных. Далее будут рассмотрены модели технологии "клиент-сервер", определено место сервера БД в этих моделях и кратко описаны важнейшие механизмы сервера БД - процедуры, правила (триггеры), события. Последние будут проиллюстрированы примерами, в которых использован диалект SQL, принятый в СУБД Ingres.

Технология и модели "клиент-сервер".

"Клиент-сервер" - это модель взаимодействия компьютеров в сети. Как правило, компьютеры не являются равноправными. Каждый из них имеет свое, отличное от других, назначение, играет свою роль. Некоторые компьютеры в сети владеют и распоряжается информационно-вычислительными ресурсами, такими как процессоры, файловая система, почтовая служба, служба печати, база данных. Другие же компьютеры 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, и т. д.

В сети один и тот же компьютер может выполнять роль как клиента, так и сервера. Например, в информационной системе, включающей персональные компьютеры, большую ЭВМ и мини-компьютер под управлением UNIX, последний может выступать как в качестве сервера базы данных, обслуживая запросы от клиентов - персональных компьютеров, так и в качестве клиента, направляя запросы большой ЭВМ.

Этот же принцип распространяется и на взаимодействие программ. Если одна из них выполняет некоторые функции, предоставляя другим соответствующий набор услуг, то такая программа выступает в качестве сервера. Программы, которые пользуются этими услугами, принято называть клиентами. Так, ядро реляционной SQL-ориентированной СУБД часто называют сервером базы данных, или SQL-сервером, а программу, обращающуюся к нему за услугами по обработке данных - SQL-клиентом.

Первоначально СУБД имели централизованную архитектуру (рисунок 10). В ней сама СУБД и прикладные программы, которые работали с базами данных, функционировали на центральном компьютере (большая ЭВМ или мини-компьютер). Там же располагались базы данных. К центральному компьютеру были подключены терминалы, выступавшие в качестве рабочих мест пользователей. Все процессы, связанные с обработкой данных, как: поддержка ввода, осуществляемого пользователем, формирование, оптимизация и выполнение запросов, обмен с устройствами внешней памяти и т.д., выполнялись на центральном компьютере, что предъявляло жесткие требования к его производительности. Особенности СУБД первого поколения напрямую связаны с архитектурой систем больших ЭВМ и мини-компьютеров и адекватно отражают все их преимущества и недостатки. Однако нас больше интересует современное состояние многопользовательских СУБД, для которых архитектура "клиент-сервер" стала фактическим стандартом.

Рисунок 10 – Системы с централизованной архитектурой

Для более четкого представления об ее особенностях необходимо рассмотреть несколько моделей технологии "клиент-сервер", что и будет сделано.

Если предполагается, что проектируемая информационная система (ИС) будет иметь технологию "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 программе-клиенте, другая - в программе-сервере, причем для их взаимодействия будет определен некоторый протокол.

Основной принцип технологии "клиент-сервер" заключается в разделении функций стандартного интерактивного приложения на четыре группы, имеющие различную природу. Первая группа - это функции ввода и отображения данных. Вторая группа объединяет чисто прикладные функции, характерные для данной предметной области (например, для банковской системы - открытие счета, перевод денег с одного счета на другой и т.д.). К третьей группе относятся фундаментальные функции хранения и управления информационными ресурсами (базами данных, файловыми системами и т.д.). Наконец, функции четвертой группы - это служебные функции (играющие роль связок между функциями первых трех групп.

В соответствии с этим в любом приложении выделяются следующие логические компоненты:

Компонент представления, реализующий функции первой группы;

Прикладной компонент, поддерживающий функции второй группы;

Компонент доступа к информационным ресурсам, поддерживающий функции третьей групп, а также вводятся и уточняются соглашения о способах их взаимодействия (протокол взаимодействия).

Различия в реализациях технологии "клиент-сервер" определяются четырьмя факторами. Во-первых, тем, в какие виды программного обеспечения интегрированы каждый из этих компонентов. Во-вторых, тем, какие механизмы программного обеспечения используются для реализации функций всех трех групп. Во-третьих, как логические компоненты распределяются между компьютерами в сети. В-четвертых, какие механизмы используются для связи компонентов между собой.

Выделяются четыре подхода, реализованные в моделях:

· модель файлового сервера (File Server - FS);

· модель доступа к удаленным данным (Remote Data Access - RDA);

· модель севера базы данных (DataBase Server - DBS);

· модель сервера приложений (Application Server - AS).

FS-модель является базовой для локальных сетей персональных компьютеров. Не так давно она была исключительно популярной среди отечественных разработчиков, использовавших такие системы, как FoxPRO, Clipper, Clarion, Paradox и т.д. Суть модели проста и всем известна. Один из компьютеров в сети считается файловым сервером и предоставляет услуги по обработке файлов другим компьютерам. Файловый сервер работает под управлением сетевой операционной системы (например, Novell NetWare) и играет роль компонента доступа к информационным ресурсам (то есть к файлам). На других компьютерах в сети функционирует приложение, в кодах которого совмещены компонент представления и прикладной компонент (рисунок 11). Протокол обмена представляет собой набор низкоуровневых вызовов, обеспечивающих приложению доступ к файловой системе на файл-сервере.

Рисунок 11 – Модель файлового сервера

FS-модель послужила фундаментом для расширения возможностей персональных СУБД в направлении поддержки многопользовательского режима. В таких системах на нескольких персональных компьютерах выполняется как прикладная программа, так и копия СУБД, а базы данных содержатся в разделяемых файлах, которые находятся на файловом сервере. Когда прикладная программа обращается к базе данных, СУБД направляет запрос на файловый сервер. В этом запросе указаны файлы, где находятся запрашиваемые данные. В ответ на запрос файловый сервер направляет по сети требуемый блок данных. СУБД, получив его, выполняет над данными действия, которые были декларированы в прикладной программе.

К технологическим недостаткам модели относят высокий сетевой трафик (передача множества файлов, необходимых приложению), узкий спектр операций манипуляции с данными ("данные - это файлы"), отсутствие адекватных средств безопасности доступа к данным (защита только на уровне файловой системы) и т.д. Собственно, перечисленное не есть недостатки, но - следствие внутренне присущих FS-модели ограничений, определяемых ее характером. Недоразумения возникают, когда FS-модель используют не по назначению, например, пытаются интерпретировать как модель сервера базы данных. Место FS-модели в иерархии моделей "клиент-сервер" - это место модели файлового сервера, и ничего более. Именно поэтому обречены на провал попытки создания на основе FS-модели крупных корпоративных систем - попытки, которые предпринимались в недавнем прошлом и нередко предпринимаются сейчас.

Более технологичная RDA-модельсущественно отличается от FS-модели характером компонента доступа к информационным ресурсам. Это, как правило, SQL-сервер. В RDA-модели коды компонента представления и прикладного компонента совмещены и выполняются на компьютере-клиенте. Последний поддерживает как функции ввода и отображения данных, так и чисто прикладные функции. Доступ к информационным ресурсам обеспечивается либо операторами специального языка (языка SQL, например, если речь идет о базах данных), либо вызовами функций специальной библиотеки (если имеется соответствующий интерфейс прикладного программирования - API).

Клиент направляет запросы к информационным ресурсам (например, к базам данных) по сети удаленному компьютеру. На нем функционирует ядро СУБД, которое обрабатывает запросы, выполняя предписанные в них действия, и возвращает клиенту результат, оформленный как блок данных (рисунок 12). При этом инициатором манипуляций с данными выступают программы, выполняющиеся на компьютерах-клиентах, в то время как ядру СУБД отводится пассивная роль - обслуживание запросов и обработка данных.

Рисунок 12 – Модель доступа к удаленным данным

RDA-модель избавляет от недостатков, присущих как системам с централизованной архитектурой, так и системам с файловым сервером.

Прежде всего перенос компонента представления и прикладного компонента на компьютеры-клиенты существенно разгружает сервер БД, сводя к минимуму общее число процессов операционной системы. Сервер БД освобождается от несвойственных ему функций; процессор или процессоры сервера целиком загружаются операциями обработки данных, запросов и транзакций. Это становится возможным благодаря отказу от терминалов и оснащению рабочих мест компьютерами, которые обладают собственными локальными вычислительными ресурсами, полностью используемыми программами переднего плана. С другой стороны, резко уменьшается загрузка сети, так как по ней передаются от клиента к серверу не запросы на ввод-вывод (как в системах с файловым сервером), а запросы на языке SQL, их объем существенно меньше.

Основное достоинство RDA-модели - унификация интерфейса "клиент-сервер" в виде языка SQL. Действительно, взаимодействие прикладного компонента с ядром СУБД невозможно без стандартизованного средства общения. Запросы, направляемые программой ядру, должны быть понятны обоим. Для этого их следует сформулировать на специальном языке. Но в СУБД уже существует язык SQL, о котором уже шла речь. Поэтому целесообразно использовать его не только в качестве средства доступа к данным, но и стандарта общения клиента и сервера.

Такое общение можно сравнить с беседой нескольких человек, когда один отвечает на вопросы остальных (вопросы задаются одновременно). Причем делает это он так быстро, что время ожидания ответа приближается к нулю. Высокая скорость общения достигается прежде всего благодаря четкой формулировке вопроса, когда спрашивающему и отвечающему не нужно дополнительных консультаций по сути вопроса. Беседующие обмениваются несколькими короткими однозначными фразами, им ничего не нужно уточнять.

К сожалению, RDA-модель не лишена ряда недостатков. Во-первых, взаимодействие клиента и сервера посредством SQL-запросов существенно загружает сеть. Во-вторых, удовлетворительное администрирование приложений в RDA-модели практически невозможно из-за совмещения в одной программе различных по своей природе функций (функции представления и прикладные).

Наряду с RDA-моделью все большую популярность приобретает перспективная DBS-модель(рисунок 13). Последняя реализована в некоторых реляционных СУБД (Informix, Ingres, Sybase, Oracle). Ее основу составляет механизм хранимых процедур - средство программирования SQL-сервера. Процедуры хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же компьютере, где функционирует SQL-сервер. Язык, на котором разрабатываются хранимые процедуры, представляет собой процедурное расширение языка запросов SQL и уникален для каждой конкретной СУБД.

Рисунок 13 – Модель сервера базы данных

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, то есть ядро СУБД. Достоинства DBS-модели очевидны: это и возможность централизованного администрирования прикладных функций, и снижение трафика (вместо SQL-запросов по сети направляются вызовы хранимых процедур), и возможность разделения процедуры между несколькими приложениями, и экономия ресурсов компьютера за счет использования единожды созданного плана выполнения процедуры. К недостаткам модели можно отнести ограниченность средств, используемых для написания хранимых процедур, которые представляют собой разнообразные процедурные расширения SQL, не выдерживающие сравнения по изобразительным средствам и функциональным возможностям с языками третьего поколения, такими как C или Pascal. Сфера их использования ограничена конкретной СУБД, в большинстве СУБД отсутствуют возможности отладки и тестирования разработанных хранимых процедур.

На практике часто используется смешанные модели, когда поддержка целостности базы данных и некоторые простейшие прикладные функции поддерживаются хранимыми процедурами (DBS-модель), а более сложные функции реализуются непосредственно в прикладной программе, которая выполняется на компьютере-клиенте (RDA-модель). Так или иначе современные многопользовательские СУБД опираются на RDA- и DBS-модели и при создании ИС, предполагающем использование только СУБД, выбирают одну из этих двух моделей либо их разумное сочетание.

Рисунок 14.

Модель сервера приложений.

В AS-модели (рисунок 14) процесс, выполняющийся на компьютере-клиенте, отвечает, как обычно, за интерфейс с пользователем (то есть осуществляет функции первой группы). Обращаясь за выполнением услуг к прикладному компоненту, этот процесс играет роль клиента приложения (Application Client - AC ). Прикладной компонент реализован как группа процессов, выполняющих прикладные функции, и называется сервером приложения (Application Server - AS ). Все операции над информационными ресурсами выполняются соответствующим компонентом, по отношению к которому AS играет роль клиента. Из прикладных компонентов доступны ресурсы различных типов - базы данных, очереди, почтовые службы и др.

RDA- и DBS-модели опираются на двухзвенную схему разделения функций. В RDA-модели прикладные функции приданы программе-клиенту, в DBS-модели ответственность за их выполнение берет на себя ядро СУБД. В первом случае прикладной компонент сливается с компонентом представления, во-втором - интегрируется в компонент доступа к информационным ресурсам. В AS-модели реализована трехзвенная схема разделения функций, где прикладной компонент выделен как важнейший изолированный элемент приложения, для его определения используются универсальные механизмы многозадачной операционной системы, и стандартизованы интерфейсы с двумя другими компонентами. AS-модель является фундаментом для мониторов обработки транзакций (Transaction Processing Monitors - TPM ), или, проще, мониторов транзакций, которые выделяются как особый вид программного обеспечения.

В заключение отметим, что, часто, говоря о сервере базы данных, подразумевают как компьютер, так и программное обеспечение - ядро СУБД. При описании архитектуры "Клиент-сервер" под сервером базы данных мы имели в виду компьютер. Далее сервер базы данных будет пониматься как программное обеспечение - ядро СУБД.

Похожая информация.

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.

Рис. 7.1. Архитектура терминал – главный компьютер

Рассматриваемая архитектура предполагает два типа оборудования: главный компьютер, где осуществляется управление сетью, хранение и обработка данных и терминалы, предназначенные для передачи главному компьютеру команд на организацию сеансов и выполнения заданий, ввода данных для выполнения заданий и получения результатов.

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.

Рис. 7.2. Одноранговая архитектура

Одноранговые ЛВС являются наиболее легким и дешевым типом сетей для установки. Однако увеличение количества компьютеров в сети и рост объема пересылаемых данных приводит к тому, что пропускная способность сети становится узким местом.

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 (рис. 7.3.). 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.

Рис. 7.3. Архитектура клиент – сервер

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.

Топология (конфигурация) – это способ соединения компьютеров в сеть. Тип топологии определяет стоимость, защищенность, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу.

Существуют три основных топологии: общая шина (Bus); кольцо (Ring) и звезда (Star).

Топология Общая шина (рис. 7.4.) предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети.

Рис. 7.4. Топология Общая шина

В случае топологии Общая шина кабель используется всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Рабочая станция отбирает адресованные ей сообщения, пользуясь адресной информацией. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом. Поиск неисправности в сети затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети. Шинная топология – это наиболее простая и наиболее распространенная топология сети.

Кольцо – это топология ЛВС, в которой каждая станция соединена с двумя другими станциями, образуя кольцо (рис. 7.5.). Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные, передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются. Очень просто делается запрос на все станции одновременно. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них, вся сеть парализуется.

Рис. 7.5. Топология Кольцо

Звезда – это топология ЛВС (рис. 7.6.), в которой все рабочие станции присоединены к центральному узлу (например, к концентратору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями.

Рис. 7.6. Топология Звезда

Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения неисправного узла. Однако, если неисправен центральный узел, вся сеть выходит из строя.

Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать.

Благодаря использованию мостов, специальных устройств, объединяющих локальные сети с разной структурой, из вышеперечисленных типов структур могут быть построены сети со сложной иерархической структурой.

Протоколы. Адресация

Для обеспечения согласованной работы в сетях передачи данных используются различные коммуникационные протоколы передачи данных – наборы правил, которых должны придерживаться передающая и принимающая стороны для согласованного обмена данными.

Передача данных по сети, с технической точки зрения, должна состоять из последовательных шагов, каждому из которых соответствуют свои процедуры или протокол. Таким образом, сохраняется строгая очередность в выполнении определенных действий. Кроме того, все эти действия должны быть выполнены в одной и той же последовательности на каждом сетевом компьютере. На компьютере-отправителе действия выполняются в направлении сверху вниз, а на компьютере-получателе снизу вверх.

Компьютер-отправитель в соответствии с протоколом выполняет следующие действия: Разбивает данные на небольшие блоки, называемыми пакетами, с которыми может работать протокол, добавляет к пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему, подготавливает данные к передаче через плату сетевого адаптера и далее – по сетевому кабелю.

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет те же действия, но только в обратном порядке: принимает пакеты данных из сетевого кабеля; через плату сетевого адаптера передает данные в компьютер; удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную компьютером-отправителем, копирует данные из пакета в буфер – для их объединения в исходный блок, передает приложению этот блок данных в формате, который оно использует.

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнить каждое действие одинаковым способом, с тем чтобы пришедшие по сети данные совпадали с отправленными.

Если, например, два протокола будут по-разному разбивать данные на пакеты и добавлять информацию (о последовательности пакетов, синхронизации и для проверки ошибок), тогда компьютер, использующий один из этих протоколов, не сможет успешно связаться с компьютером, на котором работает другой протокол.

Согласованный набор протоколов разных уровней, достаточный для организации межсетевого взаимодействия, называется стеком протоколов. Существует достаточно много стеков протоколов, широко применяемых в сетях. Это и стеки, являющиеся международными и национальными стандартами, и фирменные стеки, получившие распространение благодаря распространенности оборудования той или иной фирмы. Примерами популярных стеков протоколов могут служить стек IPX/SPX фирмы Novell, стек TCP/IP, используемый в сети Internet и во многих сетях на основе операционной системы UNIX, стек OSI международной организации по стандартизации, стек DECnet корпорации Digital Equipment и некоторые другие.

Стеки протоколов разбиваются на три уровня:

– сетевые;

– транспортные;

– прикладные.

Сетевые протоколы предоставляют следующие услуги: адресацию и маршрутизацию информации, проверку на наличие ошибок, запрос повторной передачи и установление правил взаимодействия в конкретной сетевой среде. Ниже приведены наиболее популярные сетевые протоколы.

– DDP (Datagram Delivery Protocol – Протокол доставки дейтаграмм). Протокол передачи данных Apple, используемый в Apple Talk.

– IP (InternetProtocol – ПротоколInternet). Протокол стека TCP/IP, обеспечивающий адресную информацию и информацию о маршрутизации.

– IPX (Internetwork Packet eXchange – Межсетевой обмен пакетами) в NWLink. Протокол Novel NetWare, используемый для маршрутизации и направления пакетов.

– NetBEUI (NetBIOS Extended User Interface – расширенный пользовательский интерфейс базовой сетевой системы ввода вывода). Разработанный совместно IBM и Microsoft, этот протокол обеспечивает транспортные услуги для NetBIOS .

Транспортные протоколы предоставляют услуги надежной транспортировки данных между компьютерами. Ниже приведены наиболее популярные транспортные протоколы.

– ATP (Apple Talk Protocol – Транзакционный протокол Apple Talk) и NBP (Name Binding Protocol – Протокол связывания имен). Сеансовый и транспортный протоколы Apple Talk.

– NetBIOS (Базовая сетевая система ввода вывода). NetBIOS Устанавливает соединение между компьютерами, а NetBEUI предоставляет услуги передачи данных для этого соединения.

– SPX (Sequenced Packet eXchange – Последовательный обмен пакетами) в NWLink. Протокол Novel NetWare, используемый для обеспечения доставки данных.

– TCP (Transmission Control Protocol – Протокол управления передачей). Протокол стека TCP/IP, отвечающий за надежную доставку данных.

Прикладные протоколы отвечают за взаимодействие приложений. Ниже приведены наиболее популярные прикладные протоколы.

– AFP (Apple Talk File Protocol – Файловыйпротокол Apple Talk). ПротоколудаленногоуправленияфайламиMacintosh.

– FTP (FileTransferProtocol – Протоколпередачифайлов). Протокол стека TCP/IP, используемый для обеспечения услуг по передачи файлов.

– NCP (NetWare Core Protocol – Базовыйпротокол NetWare). Оболочка и редиректоры клиента Novel NetWare.

– SNMP (Simple Network Management Protocol – Простой протокол управления сетью). Протокол стека TCP/IP, используемый для управления и наблюдения за сетевыми устройствами.

– HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста.

Наиболее распространенным стеком протоколов в операционных системах семейства Windows является TCP/IP.

Рассмотрим подробнее принципы адресации компьютеров, работающих через протокол TCP/IP.

Каждый компьютер в сетях TCP/IP имеет адреса трех уровней: физический (MAC-адрес), сетевой (IP-адрес) и символьный (DNS-имя).

Физический , или локальный адрес узла, определяется технологией, с помощью которой построена сеть, в которую входит узел. Для узлов, входящих в локальные сети - это МАС–адрес сетевого адаптера или порта маршрутизатора, например, 11-А0-17-3D-BC-01. Эти адреса назначаются производителями оборудования и являются уникальными адресами, так как управляются централизовано. Для всех существующих технологий локальных сетей МАС – адрес имеет формат 6 байтов: старшие 3 байта - идентификатор фирмы производителя, а младшие 3 байта назначаются уникальным образом самим производителем.

Сетевой , или IP-адрес, состоящий из 4 байт, например, 109.26.17.100. Этот адрес используется на сетевом уровне. Он назначается администратором во время конфигурирования компьютеров и маршрутизаторов. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. Номер сети может быть выбран администратором произвольно, либо назначен по рекомендации специального подразделения Internet (Network Information Center, NIC), если сеть должна работать как составная часть Internet. Обычно провайдеры услуг Internet получают диапазоны адресов у подразделений NIC, а затем распределяют их между своими абонентами. Номер узла в протоколе IP назначается независимо от локального адреса узла. Деление IP-адреса на поле номера сети и номера узла - гибкое, и граница между этими полями может устанавливаться произвольно. Узел может входить в несколько IP-сетей. В этом случае узел должен иметь несколько IP-адресов, по числу сетевых связей. IP-адрес характеризует не отдельный компьютер или маршрутизатор, а одно сетевое соединение.

Символьный адрес, или DNS-имя , например, SERV1.IBM.COM. Этот адрес назначается администратором и состоит из нескольких частей, например, имени машины, имени организации, имени домена. Такой адрес используется на прикладном уровне, например, в протоколах FTP или telnet.

Компоненты ЛВС. Сетевое оборудование и среды передачи данных

Компьютерная сеть состоит из трех основных аппаратных компонент и двух программных, которые должны работать согласованно. Для корректной работы устройств в сети их нужно правильно инсталлировать и установить рабочие параметры.

Основными аппаратными компонентами сети являются следующие:

1. Абонентские системы:

Компьютеры (рабочие станции или клиенты и серверы);

Принтеры;

Сканеры и др.

2. Сетевое оборудование:

Сетевые адаптеры;

Концентраторы (хабы);

Маршрутизаторы и др.

3. Коммуникационные каналы:

Разъемы;

Устройства передачи и приема данных в беспроводных технологиях.

Сетевые адаптеры. Для подключения ПК к сети требуется устройство сопряжения, которое называют сетевым адаптером, интерфейсом, модулем, или картой (рис. 7.7.). В сетевом адаптере имеется один разъем для подключения сетевого кабеля.

Сетевой адаптер вставляется в свободное гнездо (слот) материнской платы. В большинстве современных ПК сетевые адаптеры интегрированы в материнскую плату, в этом случае разъем для подключения сетевого кабеля находится на блоке разъемов материнской платы.

Рис. 7.7. Сетевой адаптер

К адаптеру подключается сетевой кабель – провод, по которому осуществляется передача информации по локальной сети. В качестве среды передачи данных в ЛВС используются различные виды кабелей: коаксиальный кабель, кабель на основе экранированной и неэкранированной витой пары и оптоволоконный кабель. Наиболее популярным видом среды передачи данных на небольшие расстояния (до 100 м) становится неэкранированная витая пара (рис. 7.8.), которая включена практически во все современные стандарты и технологии локальных сетей и обеспечивает пропускную способность до 100 Мб/с (на кабелях категории 5). Оптоволоконный кабель широко применяется как для построения локальных связей, так и для образования магистралей глобальных сетей. Оптоволоконный кабель может обеспечить очень высокую пропускную способность канала (до нескольких Гб/с) и передачу на значительные расстояния (до нескольких десятков километров без промежуточного усиления сигнала).

Рис. 7.8. Сетевой кабель типа «Витая пара»

Кабель типа «витая пара» соединяется с сетевым адаптером и другими сетевыми устройствами посредством разъема RJ-45 (рис. 7.9.)

Рис. 7.9. Разъем RJ-45

Следует отметить, что в настоящее время широкое развитие получила технология беспроводной передачи данных в пределах локальной сети. Она имеет ряд преимуществ, в особенности применительно к мобильным устройствам, однако основным недостатком такой технологии является скорость передачи данных.

В основе качестве сетевого оборудования ЛВС используется 3 типа устройств для связи компьютеров - концентраторы , коммутаторы и маршрутизаторы . Каждый из них важен и исполняет различные роли в упрощении коммуникации между сетевыми компьютерами. Снаружи эти устройства могут выглядеть одинаковыми: маленькие, металлические коробочки с множеством соединителей или портов, куда подсоединяются кабели ethernet (рис. 7.10.). Термины «концентратор», «коммутатор» и «маршрутизатор» часто используются взаимозаменяемо, но неправильно – на самом деле, устройства отличаются друг от друга.

Рис. 7.10. Сетевой коммутатор

Сетевой концентратор. По сравнению с коммутаторами и маршрутизаторами, концентраторы – самые дешёвые, самые простые устройства в сети. Все данные, которые поступают в один порт концентратора, отсылаются на все другие порты. Следовательно, все компьютеры, подсоединённые к одному концентратору, «видят» в сети друг друга. Концентратор не обращает никакого внимания на передаваемые данные, он просто посылает их на другие порты. Значение концентратора в том, что он довольно дешёвый и предлагает быстрый и простой способ объединить компьютеры в маленькую сеть.

Сетевой коммутатор. Работа коммутатора во многом схожа с предназначением концентратора, но он делает это более эффективно. Каждый пакет данных, передаваемый в сети, имеет источник и адрес MAC адресата. Коммутатор имеет способность «запоминать» адрес каждого компьютера, подключённого к его портам и действовать как регулировщик - только передавать данные на компьютер адресата и ни на какие другие. Это может оказать существенный положительный эффект на производительность всей сети, потому устраняются ненужные передачи и освобождается сетевая пропускная способность. Коммутатор можно представить как центральный компонент одной сети. Коммутатор отличается от концентратора тем, что он не передаёт повторно рамки на все другие устройства - он создаёт прямое соединение между передающими и принимающими устройствами.

Сетевой маршрутизатор. По сравнению с коммутаторами, маршрутизаторы медленны и относительно дорогостоящи. Маршрутизатор – это интеллектуальное устройство, связывающее две или более сети, а также соединяющее локальную сеть с глобальной. Поскольку может быть множество возможных путей доставки пакетов в рамках глобальной сети, маршрутизатор принимает во внимание множество критериев при определении пути посылки пакета данных.

Порядок выполнения работы

Настройка сетевого подключения в ОС Windows XP

В случае, если. Входящие в состав компьютера сетевой адаптер и драйвера установлены корректно, то подключение по локальной сети появится в системе автоматически. Задача состоит в настройке этого подключения. Для отображения полного списка сетевых подключений выберите раздел:Пуск →Настройка →Панель управления (рис. 7.11.)

Рис. 7.11. Диалоговое окно «Панель управления»

В раскрывшемся списке отображены все сетевые подключения данного компьютера (рис. 7.12.). Выберите пункт меню Подключения по локальной сети , обозначеное значком .

Рис. 7.12. Диалоговое окно «Сетевые подключения»

Нажав правой кнопкой мыши, выберите в контекстном меню пункт Свойства .Воткрывшемся диалоговом окне (рис. 13), по умолчанию, установлены следующие компоненты:

– Клиент для сетей Microsoft;

– Служба доступа к файлам и принтерам сетей Microsoft;

– Планировщик пакетов QoS;

– Протокол Интернета TCP/IP.

Рис. 7.13. Диалоговое окно «Подключение по локальной сети - свойства»

Выберите компонент Протокол Интернета TCP/IP и нажмите на кнопку Свойства в диалоговом окне. В новом открывшемся диалоговом окне (рисунок 14) настройте IP-адрес компьютера, маску подсети, шлюз и сервера DNS.

Рис. 7.14. Диалоговое окно «Свойства: протокол Интернета (TCP/IP)»

В случае, если ваш компьютер подключен к многоранговой сети, в которой функционирует выделенный сервер, на этом сервере может быть настроен протокол DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol - протокол динамической конфигурации узла). Это сетевой протокол, позволяющий клиентским компьютерам автоматически получать IP-адрес и другие параметры, необходимые для работы в сети TCP/IP. Если протокол DHCP на сервере вашей сети активирован, то вся настройка сетевого подключения сводится к выбору пункта «Получить IP-адрес автоматически». В противном случае настройку адреса придется проводить вручную.

Для каждого из компьютеров сети необходимо выбрать свой IP-адрес, причем так, чтобы эти адреса находились в одной логической IP-сети. IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера узла. В случае изолированной сети её адрес может быть выбран администратором из специально зарезервированных для таких сетей блоков адресов (192.168.0.0÷16, 172.16.0.0÷12 или 10.0.0.0÷8). Если же сеть должна работать как составная часть Интернета, то адрес сети выдаётся провайдером. IP-адрес не может начинаться с числа 127, так как адреса в диапазоне 127.х.х.х зарезервированы для обозначения так называемого «локального хоста». Обращение по адресу 127.0.0.1 приводит к активированию так называемой «внутренней петли», образующей сеть из одного компьютера, что используется для самодиагностики сетевых протоколов.

Маска подсети в простых одноранговых сетях, как правило, выражается значением 255.255.255.0. В поле «основной шлюз» необходимо занести IP-адрес компьютера, управляющего доступом из локальной сети в глобальную сеть Интернет.

DNS сервер – компьютер, обрабатывающий DNS-запросы - осуществляющий преобразование IP-адресов (например 192.168.0.4) в адреса доменного имени (например www.google.com). В случае многоранговой сети адрес DNS-сервера либо совпадает с адресом шлюза, либо выдается провайдером Интернет. В случае одноранговой сети адрес DNS-сервера оставляют пустым.

После определения всех необходимых настроек, нажмите кнопку «ОК». В случае, если выбранный вами IP-адрес уже используется в сети, то вскоре после нажатия на кнопку «ОК» операционная система выдаст соответствующее предупреждение.

Для завершения настройки сети выберите сетевое имя компьютера и рабочую группу (домен). Для этого: на рабочем столе (или в меню «Пуск») найдите значок «Мой компьютер», нажмите на нем правой кнопкой мыши, выберите пункт «Свойства», а в открывшемся окне перейдите на вкладку «Имя компьютера» (рис. 7.15). В поле «Описание» внесите произвольный текст для опознания вашего компьютера пользователями сети. Нажатие на кнопку «Изменить» открывает диалоговое окно (рис. 16), позволяющее дать вашему компьютеру сетевое имя и присоединить его к определенной рабочей группе или домену.

Рис. 7.15. Диалоговое окно «Свойства системы: Имя компьютера»

Рис. 7.16. Диалоговое окно «Изменение имени компьютера»

Использование команд командной строк и WindowsXP для проверки работоспособности сети и определения текущих настроек.

Для запуска командной строки нажмите в главном меню Windows на кнопку Пуск → Выполнить , а в открывшемся диалоговом окне наберите “cmd”. Общий вид окна командной строки представлен на рис.7.17.

Рис. 7.17. Окно командной строки Windows

Для получения информации о настройках протокола TCP/IP используется команда «ipconfig» (рис.7.18.). Команда выдает информацию о базовых настройках всех сетевых подключений, настроенных на компьютере. Более полная информация, включающая названия и физические адреса (MAC-адреса) сетевых адаптеров, сетевое имя компьютера и др. может быть получена при использовании команды «ipconfig» с ключом «-all».

Рис. 7.18. Результат выполнения команды ipconfig

Для диагностики работоспособности всей цепочки Операционная система первого компьютера → сетевой адаптер первого компьютера → кабель → концентратор(коммутатор) → кабель → сетевой адаптер второго компьютера → операционная система второго компьютера используется команда «ping». В качестве аргумента команды используется IP-адрес (либо доменный адрес) удаленного компьютера. В случае успешного обмена эхо-пакетами, на экране появится информация о времени отклика удаленного компьютера, количестве потерянных пакетов и др. (рис. 7.19.)

Рис. 7.19. Результат выполнения команды ping

Общее использование ресурсов в Windows XP

Важным преимуществом локальных компьютерных сетей является возможность обмена файлами между разными рабочими станциями без использования сменных носителей, а также совместное использование оборудования (принтеры, сканеры и т.д.). Операционная система Windows XP позволяет легко получать доступ к ресурсам других компьютеров и организовывать общий доступ к ресурсам локального компьютера.

Для обзора компьютеров, находящихся в локальной сети, найдите на рабочем столе или в основном меню значок «Сетевое окружение» и дважды щелкните на нем левой кнопкой мыши. В открывшемся окне выбирайте: Вся сеть → Microsoft Windows Network .

Открывшееся окно (рис. 7.20.) содержит список рабочих групп локальной сети. Выбрав одну из рабочих групп, вы переходите к обзору рабочих станций (компьютеров), входящих в эту рабочую группу (рис. 7.21.). Выбрав одну из рабочих станций, вы получаете доступ к списку общих ресурсов этой рабочей станции (рис. 7.22.). В этом списке будут перечислены как общие папки с данными, так и общее оборудование (принтеры, сканеры и т.д.). Далее, перемещаясь по структуре папок удаленной рабочей станции, вы можете копировать находящиеся там файлы, а при соответствующих настройках – изменять их, удалять или копировать файлы со своего компьютера на удаленный компьютер.

Рис. 7.20. Список рабочих групп локальной сети

Рис. 7.21. Список рабочих станций рабочей группы

Рис. 7.22. Список общих ресурсов рабочей станции

Альтернативным способом получения доступа к папке на удаленном компьютере является подключение сетевого диска . В этом случае папка общего доступа будет добавлена в систему в качестве логического диска (как, например, диски «С», «D»).Для подключения сетевого диска в окне любой открытой папки Windows выберите в главном меню Сервис → Подключить сетевой диск . Откроется диалоговое окно, представленное на рис.7.23.

Рис. 7.23. Подключение сетевого диска

В верхнем поле ввода выберите букву для сетевого диска, а в нижнем поле ввода введите имя сервера и имя сетевой папки в формате «\\server\share» (имя сервера может быть заменено IP-адресом). Поставив отметку в поле «Восстанавливать при входе в систему », вы активируете опцию повторного подключения сетевого диска при последующей загрузке системы.

Рис. 7.24. Диалоговое окно «Мой компьютер» с подключенными сетевыми дисками

Для того, чтобы произвести отключение ранее подключенного сетевого диска, в окне любой открытой папки Windows выберите в главном меню Сервис → Отключить сетевой диск , выберите желаемый диск и нажмите ОК .

Для того чтобы иметь возможность пользоваться периферийным оборудованием, подключенным к удаленному компьютеру (например, принтером), необходимо произвести установку драйверов для этого оборудования в систему.

Процесс установки драйвера для сетевого принтера: нажмите . В открывшемся диалоговом окне выберите пункт Установка принтера , после чего запустится Мастер установки принтеров . В первом диалоговом окне мастера нажмите Далее . Во втором диалоговом окне мастера выберите пункт Сетевой принтер или принтер, подключенный к другому компьютеру и также нажмите Далее . Откроется диалоговое окно, представленное на рис.7.25.

Рис. 7.25. Мастер установки принтеров

Если вы не знаете доменного имени или IP-адреса компьютера, к которому подключен интересующий вас принтер, выберите пункт Обзор принтеров и нажмите Далее , после чего система произведет поиск доступных принтеров в локальной сети. В зависимости от размера локальной сети, этот процесс может быть достаточно долгим. Чтобы ускорить его, выберите пункт «Подключиться к принтеру или выполнить обзор принтеров» и в поле ввода «имя» введите доменное имя или IP-адрес компьютера, к которому подключен сетевой принтер, в следующей форме: «\\host\» («\\ххх.ххх.ххх.ххх\»). В этом случае поиск принтеров будет производиться только на указанном вами компьютере и займет значительно меньше времени. После того, как сетевой принтер будет обнаружен, произведите установку его драйверов в систему нажатием на кнопку Установить .

Созданиепапки открытой для общего доступа .

В диалоговом окне Мой компьютер или Проводник найдите интересующую вас папку, нажмите на ней правой кнопкой мыши и в появившемся контекстном меню выберите пункт Свойства . В открывшемся диалоговом окне (рис. 7.26.) перейдите на вкладку Доступ .

Рис. 7.26. Вкладка «Доступ» диалогового окна «Свойства папки»

Поставьте флажок напротив пункта Открыть общий доступ к этой папке . Для открытой папки можно назначить сетевое имя – имя, под которым эта папка будет отображаться при просмотре ресурсов вашего компьютера с других компьютеров сети. Следует отметить, что если поставить в конце сетевого имени значок доллара ($), то сетевая папка не будет видна при просмотре ресурсов вашего компьютера из сети, однако ее можно будет подключить как сетевой диск.

Открытие общего доступа к папке дает возможность пользователям сети только копировать файлы с вашего компьютера и открывать их в режиме чтения. Для того, чтобы дать им возможность изменять и удалять файлы, находящиеся в папке общего доступа на вашем компьютере, поставьте флажок напротив пункта «Разрешить изменение файлов по сети».

Чтобы разрешить пользователям сети пользоваться принтером, установленным на вашем компьютере, запустите Пуск → Настройка → Принтеры и факсы . Нажмите правой кнопкой мыши на интересующем вас принтере, в контекстном меню выберите пункт Свойства . В открывшемся диалоговом окне перейдите на вкладку Доступ (рис. 7.27.). Доступ к принтеру можно открыть аналогично доступу к папке - установив флажок напротив пункта Общий доступ к данному принтеру и выбрав его сетевое имя.

Рис. 7.27. Вкладка «Доступ» диалогового окна «Свойства принтера»

Контрольные вопросы

1. Что такое компьютерная сеть?

2. Назовите основные сетевые топологии. Какая из них наиболее надежная и почему?

3. В чем заключается функция сервера? Расскажите о технологии клиент-сервер.

4. Перечислите основные аппаратные сетевые компоненты и их назначение.

5. Что такое сетевой протокол? Расскажите о протоколе TCP/IP.

6. Как узнать основные сетевые настройки вашего компьютера?

7. Как получить доступ к папке, открытой для общего доступа на удаленном компьютере?

8. Как установить в системе сетевой принтер?

9. Как предоставить общий доступ к папке, находящейся на вашем компьютере?

Отчет должен содержать: название и цель работы, список используемых программных средств, результаты выполнения заданий и ответ на индивидуальный вопрос соответствующего варианта.

Задания

1. Определите IP-адрес вашего компьютера, его сетевое имя и рабочую группу, в которую он входит.

2. Создайте на локальном компьютере новую папку. Откройте общий доступ к созданной папке.

3. Создайте в папке текстовый файл, в который поместите ответы на задание 1, а также на индивидуальный вопрос вашего варианта.

4. Составьте список папок, открытых для общего доступа на сервере кафедры.

5. Подключите одну из папок, открытых для общего доступа на сервере кафедры, в качестве сетевого диска. Сделайте скриншот, подтверждающий подключение сетевого диска, сохраните его в графический файл, который поместите в папку, созданную в задании 2.

6. Установите в системе сетевой принтер, подключенный к серверу кафедры.

7. Разрешите сетевым пользователям изменение файлов, содержащихся в папке, созданной в задании 2.

8. Скопируйте в папку, созданную в задании 2, текстовый файл, созданный другим студентом вашей группы с ответом на вопросы его варианта. Нужный файл найдите на компьютере этого студента.

9. После демонстрации результатов работы преподавателю удалите созданные вами файлы и папки и сетевой принтер, отключите сетевые диски.

Индивидуальные вопросы

Вариант 1: Определите архитектуру локальной сети кафедры.

Вариант 2: Определите топологию локальной сети кафедры.

Вариант 3: Определите MAC-адрес сетевого адаптера вашего компьютера.

Вариант 4: Определите среднее время отклика сервера кафедры

Вариант 5: Определите, является ли IP-адрес 127.168.0.1 допустимым в локальной сети.

Вариант 6: Определите, является ли IP-адрес 168.127.1.0 допустимым в локальной сети.

Вариант 7: Определите тип сетевого кабеля, использованный для построения локальной сети в вашей аудитории.

Вариант 8: Определите, функционирует ли в сети кафедры DHCP-сервер.

Вариант 9: Определите адрес DNS-сервера локальной сети кафедры.

Вариант 10: Каким способом можно получить доступ к файлу, находящемуся на удаленном компьютере в папке общего доступа с названием «shared$».

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-27