Виды программной архитектуры сетевых информационных комплексов. Архитектура открытых систем. Основы Интернета. Службы Интернета. Подключение к Интернету

Лекция 10. Виды программной архитектуры сетевых информационных комплексов. Архитектура открытых систем. Основы Интернета. Службы Интернета. Подключение к Интернету

Виды программной архитектуры сетевых информационных комплексов

Крупные информационные комплексы состоят из десятков и сотен отдельных программ, которые взаимодействуют в компьютерных сетях, работая в различных видах программной архитектуры:

  • автономные приложения (работа на одном компьютере);
  • приложения в файл-серверной архитектуре. В этом варианте установленные на ряде компьютеров копии одной и той же программы за данными обращаются к серверу, хранящему файлы, доступные одновременно всем пользователям. При этом на сервере инсталлирована специальная серверная версия операционной системы. Каждое изменение общедоступного файла выделяется в транзакцию – элементарную операцию по обработке данных, позволяющую снять неоднозначность распределения содержимого в конкретный момент времени. Это работа в сети с так называемыми "толстыми" клиентами, т. е. с мощными компьютерами;
  • приложения в клиент-серверной архитектуре. В ней сервер помимо простого обеспечения доступа к данным способен еще и выполнять программы, которые берут на себя определенный объем вычислений (или, в частности, передачу не всего объёма данных, а только их изменённой части), что позволяет повысить надежность системы и снять лишнюю нагрузку с клиентских компьютеров, которые в этом случае осуществляют лишь небольшой объем вычислений. Это – работа с "тонкими" клиентами;
  • приложения в многозвенной архитектуре. Недостаток предыдущих вариантов в том, что в случае выхода сервера из строя, работа системы останавливается. Поэтому иногда в систему добавляются сервер приложений (для вычислений), сервер баз данных (для обработки запросов пользователей), сервер с программой-монитором транзакций (для оптимизации обработки транзакций). Но т. к. в большинстве все эти серверы соединены последовательно (позвенно), то выход одного из звеньев если и не останавливает систему, то сильно снижает ее производительность;
  • приложения в распределенной архитектуре. Для исключения недостатков предыдущих систем создаются специальные технологии, позволяющие создавать программу в виде набора компонентов, которые можно запускать на любом из серверов, связанных в сеть. Основное преимущество при этом в том, что при выходе из строя любого из серверов специальные программы-мониторы сразу перезапускают временно пропавший компонент на другом сервере.

Доступ к возможностям любого компонента осуществляется с произвольного клиентского места. При этом все вычисления происходят на серверах, а клиентские компьютеры только отображают полученную из сети информацию, и появляется возможность работы в сети со "сверхтонкими" клиентами, например, с небольшими мобильными устройствами. Частный случай компонентского подхода - доступ к серверным приложениям из браузеров через Internet.

Архитектура открытых систем

Для решения проблемы совместимости различных сетей и сетевых программных продуктов Международной организацией по стандартизации ISO (International Organization for Standardization) была разработана эталонная модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection).

OSI определяет процедуры передачи данных между системами, которые “открыты” друг другу благодаря совместному использованию ими одних стандартов, хотя сами системы могут быть созданы на различных технических средствах. В настоящее время OSI является наиболее популярной сетевой архитектурной моделью. Модель взаимодействия открытых систем OSI состоит из семи уровней.

Верхние уровни (с 7-го по 3-й) определяют, каким способом осуществляется доступ приложений к услугам связи. Чем выше уровень, тем более сложную задачу он решает.

Нижние уровни (1-й и 2-й) определяют физическую среду передачи данных и сопутствующие задачи, такие как передача битов данных через плату сетевого адаптера и кабель связи.

Перед передачей в сеть данные разбиваются на пакеты. Пакет – это единица информации, передаваемая между устройствами сети как единое целое. На передающей стороне пакет проходит последовательно через все уровни системы сверху вниз. Затем он передается по сетевому кабелю на компьютер получателя и опять проходит через все уровни - в обратном порядке.

Самый высокий, 7-й уровень – прикладной – обеспечивает поддержку прикладных процессов пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети, обеспечивая доступ прикладных процессов к сетевым услугам.

6-й уровень – представительный – определяет формат, используемый для обмена данными в сети. Данные, поступившие от прикладного уровня, переводятся в общепринятый промежуточный формат. На компьютере получателя происходит перевод из промежуточного формата в тот, который используется прикладным уровнем данного компьютера. Представительный уровень отвечает за преобразование протоколов, шифрование и трансляцию данных.

5-й уровень – сеансовый – обеспечивает взаимодействие компьютера с сетью. На этом уровне выполняется управление диалогом в сети, т. е. проверяются права пользователя на выход в эфир, регулируется, какая из сторон осуществляет передачу, когда, как долго и т. п.

4-й уровень – транспортный – преобразует документ в форму, в которой положено передавать данные в сети, обеспечивает нарезку пакетов и их доставку в той же последовательности и без ошибок.

3-й уровень – сетевой – отвечает за адресацию сообщений и перевод логических адресов в физические адреса. На этом уровне определяется маршрут движения данных в сети от компьютера отправителя к компьютеру получателя.

2-й уровень – канальный - реализует процесс передачи данных по информационному каналу, т. е. логическому каналу, который устанавливается между компьютерами, соединенными физическим каналом. Канальный уровень обеспечивает модуляцию сигналов, полученных с сетевого уровня, обеспечивая их циркуляцию на физическом уровне. На этом уровне осуществляется управление потоком данных, обнаружение ошибок и реализация алгоритма восстановления данных при обнаружении сбоев или потерь данных. Эти функции выполняет сетевая карта или модем.

1-й уровень – физический – самый нижний в модели. На этом уровне осуществляется преобразование данных в электрические или оптические импульсы, т. е. импульсно-кодовая передача неструктурированного потока битов по физической среде (например, по сетевому кабелю). Средства физического уровня лежат за пределами компьютера – это оборудование самой сети.

На компьютере получателя информации происходит процесс восстановления данных из последовательности импульсов в документ, т. е., с нижнего уровня на самый высокий (седьмой) уровень.

Таким образом, разные уровни протокола сервера и клиента взаимодействуют друг с другом не напрямую, а виртуально – через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний, данные обрастают дополнительными данными, полнота которых анализируется протоколами соответствующих уровней, что и создает эффект виртуального взаимодействия уровней между собой.

Это очень важный момент с точки зрения компьютерной безопасности. Одновременно с данными, которые клиент поставляет серверу, передается масса служебной информации, например, текущий адрес клиента, версия его ОС, права доступа к данным и т. п. Иногда передается даже идентификационный код компьютера. Этот объем служебной информации позволяет работать многим клиентам по одному и тому же физическому каналу с несколькими серверами.

Но в этом есть и свой недостаток, который используют такие разновидности вирусов, как "троянские" программы. Внедряясь в компьютер, она не производит разрушительных действий на компьютере, и поэтому легко маскируется. Но во время сеансов связи она создает виртуальные соединения для передачи сведений о компьютере, на котором установлена.

Это очень важный момент с точки зрения снижения компьютерной безопасности, т. к. одновременно с данными, которые клиент поставляет серверу, им передается масса служебной информации, например, текущий адрес клиента, версия его ОС, права доступа к данным, в том числе иногда и идентификационный код компьютера.

Основы Интернета

Internet - это объединение сетей или всемирная (глобальная) компьютерная сеть, в которой происходит непрерывная циркуляция данных. Его можно сравнить с теле- или радиоэфиром, с той лишь разницей, что в Интернете данные могут храниться. Хранение обеспечивают узлы сети (WEB-серверы).

Начало создания Internet в 1964 году, а вторым рождением можно считать внедрение в 1983 г. протокола TCP/IP, лежащего в основе Internet и сейчас.

Во второй половине 80-х годов произошло деление всемирной сети на домены по принципу принадлежности, например, домен com – коммерческий, развивался за счет собственных ресурсов. Затем появились национальные домены (uk – домен Великобритании, ru -домен России).

Протокол TCP/IP это два протокола или стек протоколов, лежащих в разных уровнях:

TCP (Transmission Control Protocol) протокол транспортного уровня, он управляет передачей данных, образуя стандартные пакеты данных;

IP (Internet Protocol) адресный протокол, он принадлежит сетевому уровню и определяет адрес, куда происходит передача.

Адрес каждого компьютера в Internet уникален. Он записывается 4-мя байтами, т. е. 2564, или более чем четырьмя миллиардами (от 0.0.0.0 до 255.255.255.255),

например, 195.38.46.11.

Однако с развитием мобильных средств связи этого скоро будет недостаточно.

Решением вопросов о том, как оптимизировать путь доставки данных, что считать "ближе" или "дальше" занимаются маршрутизаторы специализированные компьютеры или программы, работающие на узловых серверах сети.

Пара программ Интернета, взаимодействующих между собой по стандартным правилам протоколам называется службой. Одна из программ этой пары называется сервером, а вторая клиентом. Таким образом, работа служб Интернета это взаимодействие серверного оборудования и ПО и клиентского оборудования и ПО. Протоколы служб Интернета (сервер - клиент) называются прикладными протоколами.

Для передачи файлов в Internet используются прикладными протоколы:

  • HTTP (Hypertext Transfer Protocol –протокол передачи гипертекста) – протокол, регламентирующий процесс пересылки документов HTML по сети Internet, где HTML – Hypertext Markup Language – гипертекстовый язык разметки. Например: http://www....
  • FTP (File Transfer Protocol), специальный прикладной протокол, регламентирующий процесс пересылки непосредственно файлов, например, файлов программ, архивов и т. п. с одного компьютера на другой в сети Internet. Он более низкоуровневый, не требует загрузки HTML-документов. Соответственно, чтобы получить соединение, необходимо на компьютере иметь программу FTP-клиент и установить связь с сервером, предоставляющим услуги FTP (FTP-сервером).

При использовании протокола FTP адрес выглядит как:

ftp:///address, где address – адрес папки или файла, например,

ftp:///c:/Мои документы/Титульный лист.doc

.

Службы Интернета

  1. Служба передачи файлов (FTP), обеспечивающая прием и передачу файлов, составляет значительный процент от всего объема Интернет-услуг. Она имеет свои серверы в мировой сети, где хранятся архивы данных. Протокол FTP работает одновременно с двумя TCP-соединениями между сервером и клиентом: по одному идет передача данных, а второе соединение используется как управляющее.
  2. Служба имен доменов (DNS – Domain Name System) занимается переводом цифровых имен компьютеров в доменные имена (буквенные), например, имя сетевого компьютера может выглядеть и как 195.28.132.97, а в доменном выражении, как www.echo.msk.ru. Доменное имя запоминается легко, в него, как правило, вложено какое-то смысловое содержание. Для автоматической работы в сети Internet оно преобразуется в связанный с ним четырехбайтный цифровой IP-адрес.
  3. Служба WWW (World Wide Web) – единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов, хранящихся на Web-серверах. Это служба поиска и просмотра гипертекстовых документов, включающих в себя графику, звук и видео.

WWW – самая популярная из служб Интернета. Её часто отождествляют с самим Интернетом, но это лишь одна из его многочисленных служб.

Отдельные документы называются Web-страницами.

Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами или сайтами. Для поиска информации (сайтов) в сети Internet в нашей стране и за рубежом используется ряд информационно-поисковых систем. Из отечественных наиболее известны поисковые системы: Yandex, Google, Mail, Rambler, а из зарубежных: – Google, Yahoo!, Bing, Alexa и др.

Поиск информации в сети Internet этими системами производится по запросам.

Простейшие запросы состоят из одного или нескольких слов на русском или английском языках, либо на другом языке, на котором записаны искомые документы.

Результатом поиска в сети Internet являются списки названий и адресов гипертекстов, отвечающих заданным запросам.

Указанные поисковые системы еженедельно просматривают все серверы в сети Internet и индексируют все найденные гипертексты, запоминая их адреса и встречающиеся в них ключевые слова и словосочетания. В результате по запросам может быть найдена любая информация, представленная в сети Internet.

Физический Web-сервер может содержать множество Web-узлов (сайтов) каждый из которых является каталогом Web-страниц на жестком диске сервера.

Web-страницы используют для отображения гипертекста и отличаются от обычных текстовых документов тем, что они оформлены без привязки к конкретному материальному носителю (например, к печатному листу, имеющему конкретную высоту и ширину). Оформление Web-страниц осуществляется непосредственно во время их воспроизведения на экране компьютера клиента в соответствии с настройками программы, выполняющей просмотр.

Гипертекст (HTML) – совокупность страниц с текстами, картинками и ссылками на другие страницы. Ссылки могут относиться как к страницам текущего сайта, так и к страницам любого другого сайта, хранящегося в данном компьютере либо даже на другом сервере, зарегистрированном в сети Internet.

Программы для просмотра Web-страниц называются браузерами (Internet Explorer, Google Chrome, Opera, Mozilla Firefox, Safari, Yandex и т. п). Браузер обеспечивает отображение документа на экране, руководствуясь командами, которые автор вложил в его текст. Такие команды называются тегами. От обычного текста они отличаются тем, что заключены в угловые скобки. Большинство тегов используется парами: тег открывающий и тег закрывающий .Закрывающий тег начинается с прямого слэша (/).

Пример фразы гипертекста:

<CENTER> Этот текст должен выравниваться по центру экрана </CENTER>. Правила записи тегов содержатся в спецификации языка разметки гипертекста HTML.

Таким образом, Web-документ – это текст, размеченный тегами HTML.

При отображении HTML-документа на экране теги не показываются, и виден только текст, составляющий документ. Однако оформление этого текста (выравнивание, цвет и размер шрифта и т. п.) выполняются в соответствии с внедренными тегами.

Наиболее важной функцией Web-страниц, реализуемой с помощью тегов, являются гипертекстовые ссылки. С любым фрагментом текста или рисунком можно связать с помощью гиперссылки любой другой Web-документ. Его вызов осуществляется однократным щелчком левой кнопкой на тексте или рисунке, имеющем гиперссылку.

Адрес любого файла в Интернете определяется унифицированным показателем ресурса – URL (Uniform resource locator). Он состоит из 3-х частей:

  • указание службы, обеспечивающей доступ к данному ресурсу (обычно это имя прикладного протокола, соответствующего данной службе). Например, для службы WWW прикладным является протокол HTTP. После имени протокола ставится двоеточие и два знака "прямой слеш" (//): http://www....;
  • указание доменного имени компьютера (сервера), на котором хранится данный ресурс:

http://www.microsoft.com /rus...;

  • указание полного пути доступа к файлу на данном компьютере (сервере),

http://www.microsoft.com/rus/Документы/Новые/Книга.7z,

где http://www.microsoft.com/rus (адрес русскоязычной части сайта (Web-узла Microsoft).

При наборе URL важно соблюдать регистр.

  1. Служба IRC (Internet Relay Chat – сетевой переключаемый разговор) предназначена для прямого общения нескольких человек в режиме реального времени. Иногда ее называют чат-конференциями или просто чатом. Особенность чата в том, что общение происходит только в пределах одного канала, в работе которого принимает участие ограниченный круг участников. Каждый пользователь может создать свой собственный канал и пригласить в него участников беседы или присоединиться к одному из открытых в данный момент каналов.
    1. Служба ICQ (поиск сетевого IP-адреса компьютера, подключенного к Интернету в данный момент). IP-адрес компьютера может быть как постоянным, так и временным.

Большинство пользователей используют динамический временный IP-адрес, действующий только на время сеанса. В различных сеансах динамический IP-адрес может быть заранее неизвестно каким.

После регистрации на сервере службы ICQ пользователь получает персональный идентификационный номер UIN (Universal Internet Number), который он сообщает партнерам по контактам. Зная UIN партнера, можно отправить ему сообщение через сервер службы, не зная его текущего IP-адреса. После установления контакта связь происходит в режиме, аналогичном сервису IRC.

  1. Служба электронной почты (E-mail), которая обеспечивается почтовыми серверами Интернета.

Почтовым сервером может быть как компьютер, так и программа. При этом узловой сервер Интернета может выполнять функции нескольких серверов (вариант распределённой архитектуры), обеспечивая работу различных служб.

Почтовые серверы получают сообщения от сообщения от клиентов и передают их по цепочке к почтовым серверам адресатов, где накапливаются. Передача данных с почтового сервера адресата происходит автоматически в момент установления соединения с адресатом. В Windows для этого может использоваться программа Microsoft Outlook.

Подключение к Интернету

Для подсоединения к Интернету необходимо:

  • физически подключить PC к одному из узлов WEB с помощью модема или сетевой карты. В настоящее время сетевая карта стала настолько доступной, что её интегрируют в системную плату. Если карты нет, то придется воспользоваться внешним PCI адаптером. Сетевая карта должна соответствовать стандарту Realtek 10/100;
  • получить IP-адрес на постоянной или временной основе;
  • установить и настроить программное обеспечение по пути: "Пуск" – "Панель управления" – "Сеть и Интернет" – "Подключение к сети" и далее следовать указаниям Мастера установки.

Поставщиками интернет-услуг являются сервис-провайдеры.

PAGE 7

Виды программной архитектуры сетевых информационных комплексов. Архитектура открытых систем. Основы Интернета. Службы Интернета. Подключение к Интернету