Файл: Принципы соединения пользователей с ресурсами (Архитектура клиент-серверных систем).pdf

ИБП (источник бесперебойного питания) – это система резервного питания от батареи для поддержания работы на случай отключения питания компьютера. ИБП на короткое время (обычно не более часа) подает питание на компьютер или другое критически важное оборудование, когда его основной источник питания недоступен. ИБП поддерживает работу компьютера в течение нескольких минут после отключения питания, что позволяет сохранить данные в оперативной памяти и корректно выключить компьютер. Скачки напряжения, провалы и перебои в работе могут не только привести к потере несохраненной работы и ценных данных, но и повредить оборудование и сетевую инфраструктуру. ИБП действует как ограничитель перенапряжения, фильтруя шум линий и обеспечивая защиту от провалов. В случае отключения питания он поддерживает работу компьютера, подает звуковой сигнал и позволяет закрыть все работающие программы и безопасно завершить работу компьютера.

Программное обеспечение

Операционная система клиента

Программное обеспечение для поддержки определенных функций, таких как редактирование полей, контекстно-зависимая справка, навигация, подготовка и хранение личных данных, а также манипулирование ими, часто выполняется на клиентской рабочей станции. Все эти функции используют графический интерфейс и функциональность окон. Дополнительная бизнес-логика для расчетов и анализа может находиться на рабочей станции клиента. Она использует локальную операционную систему для размещения как основных служб, так и интерфейсов сетевой операционной системы. Эта операционная система может быть такой же или отличаться от операционной системы сервера. Запуск BIOS включает проверку оборудования, подключенного к компьютеру, например, клавиатуры, чтобы убедиться, что оно работает и может обмениваться данными с операционной системой компьютера. Запуск операционной системы завершает процесс загрузки (запуска компьютера) и подготавливает компоненты и среду компьютера для фактического использования. Unix, Linux, Mac OS, Windows XP, Windows 7, 8 и 10 являются примерами операционных систем.

Когда клиентская рабочая станция подключена к локальной сети, она имеет доступ к услугам, предоставляемым сетевой операционной системой, в дополнение к услугам, предоставляемым клиентской рабочей станцией. Рабочая станция может загружать программное обеспечение и сохранять текстовые документы с сервера и, следовательно, использовать функции файлового сервера, предоставляемые через сетевую операционную систему. Она также может выполнять печать на удаленном принтере через эту систему. Клиентская рабочая станция может использоваться в качестве терминала для доступа к приложениям, размещенным на главном миникомпьютере или процессоре мэйнфрейма. Это позволяет одной рабочей станции заменить терминал, а также обеспечить функциональность клиентской рабочей станции.

Операционная система сервера

Серверы предоставляют платформу для приложений, баз данных и услуг связи, а также предоставляют и контролируют общий доступ к собственным ресурсам. Приложения на сервере должны быть изолированы друг от друга, чтобы ошибка одного из них не могла повредить другому. Упреждающая многозадачность гарантирует, что ни один процесс не может полностью использовать ресурсы сервера и препятствовать предоставлению обслуживания другими процессами. Должны быть средства определения относительного приоритета задач на сервере. Эти требования специфичны для реализации клиент / сервер, но не для реализации файлового сервера. Поскольку файловые серверы выполняют только одну задачу файловой службы, они могут работать в более ограниченной операционной среде без необходимости изоляции приложений и вытесняющей многозадачности.

Сервер является многопользовательским компьютером. Не существует специальных требований к оборудованию, которые превращают компьютер в сервер. Аппаратная платформа должна быть выбрана исходя из требований приложений и экономической эффективности. Не существует также какой-то выдающейся аппаратной технологии для сервера. Основной характеристикой сервера является его поддержка нескольких одновременных запросов клиентов на обслуживание. Следовательно, сервер должен обеспечивать поддержку многозадачности и службы разделяемой памяти. Серверы для клиент-серверных приложений работают лучше всего, когда они настроены на использование операционной системы, поддерживающей общую память, изоляцию приложений и многозадачность. Высокопроизводительные процессоры Intel, RISC, IBM System являются кандидатами для серверной платформы. Сервер отвечает за управление интерфейсом сервер-запросчик (исполнитель запроса), так что индивидуальный ответ на запрос клиента синхронизируется и направляется обратно только клиентскому запросчику. Это подразумевает как безопасность при авторизации, так и целостность ответа на запрос.

Сетевая операционная система

Сетевая операционная система (англ. Network Operating System, NOS) – это системное программное обеспечение, которое управляет сетью и ее трафиком, а также очередями сообщений (например, пакетами), контролирует доступ нескольких пользователей к сетевым ресурсам, таким как файлы, и обеспечивает определенные административные функции, включая безопасность. Также она включает в себя специальные функции для подключения компьютеров и устройств в локальную сеть (LAN) или межсетевое взаимодействие.

Сетевая операционная система (NOS) – это операционная система, которая была специально написана для поддержания оптимальной производительности сетей с собственной структурой для использования в сетевой среде [8.]. Некоторые из наиболее важных функций сетевой операционной системы включают в себя:

Предоставление файлов, печати, веб-сервисов, услуг резервного копирования и репликации;
Обеспечение базовых функций операционной системы, таких как поддержка процессоров, протоколов, автоматическое обнаружение аппаратного обеспечения и поддержка множественной обработки приложений;
Функции безопасности, такие как аутентификация, авторизация, ограничения входа в систему и контроль доступа;
Управление пользователями и поддержка инструментов входа и выхода, удаленного доступа, управления системой, администрирования.
Поддержка межсетевого взаимодействия. Некоторые из компонентов, которые обычно встроены в NOS и могут отсутствовать в обычной операционной системе, включают поддержку сетевой карты, общий доступ к файлам, вход на сервер, сопоставление дисков и поддержку собственного протокола. Большинство операционных систем могут поддерживать все эти компоненты с надстройкой либо от первоначального производителя операционной системы, либо от стороннего поставщика.

Некоторые из операционных систем, доминирующих в сетевых операционных системах, – это JUNOS, Cisco IOS, ZyNOS, RouterOS и т. д.

Веб-браузер

Веб-браузер (обычно называемый браузером) – это программное приложение для доступа к информации во Всемирной паутине [9.]. Когда пользователь клиентского компьютера открывает определенный веб-сайт, веб-браузер получает необходимый контент с веб-сервера, а затем отображает получившуюся веб-страницу на устройстве пользователя.

Веб-браузер – это не то же самое, что поисковая система, хотя их часто путают. Для пользователя поисковая система – это просто веб-сайт, такой как Google Search, Bing или DuckDuckGo, который хранит доступные для поиска данные о других веб-сайтах. Однако для подключения к серверу веб-сайта и отображения его веб-страниц у пользователя должен быть установлен веб-браузер.

По состоянию на март 2019 года более 4,3 миллиарда человек используют браузер, что составляет около 55% населения мира [9.]. Три самых популярных браузера – это Chrome, Firefox и Safari.

Сетевой интерфейс и способы подключения

Для обмена данными по сети используются четыре основных элемента [10.]:

Отправитель: устройство, которое создает и передает данные.
Сообщение: данные для отправки. Это может быть электронная таблица, база данных или документ, преобразованный в цифровую форму.
Среда: физический материал, который соединяет устройства и передает данные от отправителя к получателю.
Получатель: устройство назначения данных.

Для связи с другими устройствами отправляющее устройство должно знать и соблюдать правила отправки данных на принимающие устройства в сети. Эти правила связи между устройствами называются протоколами. Многочисленные стандарты были разработаны для обеспечения общих основ передачи данных. Международная организация по стандартизации (англ. International Standards Organization, ISO) разделила необходимые коммуникационные функции на семь уровней, чтобы сформировать модель взаимодействия открытых систем (англ. Open Systems Interconnections, OSI). Каждый уровень в модели OSI определяет группу функций и связанных протоколов, используемых на этом уровне в устройстве-источнике для связи с соответствующим уровнем в устройстве-получателе. Связь и взаимодействие между клиентом и сервером достигается за счет сочетания физических кабелей и устройств и программного обеспечения, которое реализует протоколы связи. Для связи по сети требуются следующие компоненты [11.]:

Сетевая карта (англ. Network Interface Card, NIC), или сетевой адаптер;
Программный драйвер;
Стек протоколов связи.

Компьютерные сети могут быть реализованы с использованием разнообразных архитектур стека протоколов, компьютерных шин или комбинаций сред и уровней протоколов.

Сетевая карта

Физическое соединение компьютера с сетью осуществляется путем установки сетевой карты внутри компьютера и подключения к общему кабелю. Сетевая карта контролирует поток информации между сетью и компьютером. Контроллер и компоненты сетевой карты могут представлять собой внешнюю печатную плату либо быть интегрированными в материнскую плату. Сетевая карта, необходимая для обеспечения сетевого доступа к компьютеру или другому устройству, вместе со своим драйвером реализует второй, канальный уровень модели открытых систем. При этом распределение обязанностей между сетевым адаптером и его драйвером стандартами не определяется, поэтому каждый производитель решает этот вопрос самостоятельно. Обычно сетевые адаптеры делятся на адаптеры для клиентских компьютеров и адаптеры для серверов. Сетевая карта – это связующее звено между компьютером и физическими носителями, такими как кабели, по которым передаются данные.

Если рассмотреть модель OSI на уровне IP, можно обнаружить, что существует несколько способов получить доступ в Интернет (или подключить конечных пользователей к магистральным сетям операторов) в зависимости от:

типа подключения (проводной / беспроводной);
физической среды;
используемого протокола / технологий.

Физическая среда

Физическая среда для проводной связи:

Оптическая – это относится к оптоволокну, предназначенному для подключения конечных пользователей, особенно на высоких скоростях передачи данных; PON и Ethernet – это технологии, использующие оптические платформы; в прошлом волоконная оптика использовалась для предоставления выделенных линий на SDH;
Коаксиальные кабели обычно используются операторами кабельного телевидения для обеспечения связи между телевидением и Интернет-услугами;
Медные кабели с витой парой используются для обеспечения соединений Ethernet на более низкой скорости, чем на оптических соединениях;
Медные кабельные линии связи также могут использоваться для подключения к Интернету. В то время как Dial-up и ISDN использовались в прошлом, теперь xDSL широко используется для предоставления интернет-соединений конечным пользователям;
Линия электропередачи передает данные о проводнике, который также используется для передачи электроэнергии.

Для беспроводной связи:

Нелицензированные частотные диапазоны обычно используются с технологиями Wi-Fi, особенно в муниципальных районах. Они открыты (нелицензированы), поэтому могут быть проблемы с помехами между различными операторами;
Лицензионные частотные диапазоны назначаются ограниченному кругу операторов в зависимости от типа технологии. Обычно они связаны с мобильным / сотовым интернетом. Среди протоколов самыми популярными [12.] здесь являются WiMAX, GSM / EDGE, UMTS / HSxPA и LTE.

И, наконец, спутники используются особенно активно там, где другие типы соединений недоступны. Учитывая высокую задержку приема и передачи данных, они бесполезны для приложений, которые используются для повседневного взаимодействия.

Основные протоколы и технологии

Ethernet

Ethernet – это семейство компьютерных сетевых технологий на основе фреймов для локальных сетей [10.]. Ethernet определяет ряд стандартов проводных соединений и электрических сигналов для физического уровня сетевой модели OSI, а также общий формат адресации и управление доступом к среде на канальном уровне. Ethernet является широко используемой технологией в локальных сетях для подключения к ПК и рабочим станциям благодаря протоколу, который имеет следующие характеристики: