Современные варианты архитектуры

Многозвенные архитектуры клиент-сервер являются прямым продолжением разделения приложений на уровни пользовательского интерфейса, компонентов обработки и данных. Различные звенья взаимодействуют в соответствии с логи­ческой организацией приложения. Во множестве бизнес-приложений распределен­ная обработка эквивалентна организации многозвенной архитектуры приложе­ний клиент-сервер. Мы будем называть такой тип распределения вертикальным распределением (vertical distribution).Характеристической особенностью вертикаль­ного распределения является то, что оно достигается размещением логически различных компонентов на разных машинах. Это понятие связано с концепциейвертикального разбиения (vertical fragmentation), используемой в распределенных реляционных базах данных, где под этим термином понимается разбиение по столбцам таблиц для их хранения на различных машинах.

Однако вертикальное распределение — это лишь один из возможных спосо­бов организации приложений клиент-сервер, причем во многих случаях наименее интересный. В современных архитектурах распределение на клиенты и серверы происходит способом, известным как горизонтальное распределение (horizontal distribution).При таком типе распределения клиент или сервер может содержать физически разделенные части логически однородного модуля, причем работа с каждой из частей может происходить независимо. Это делается для выравни­вания загрузки.

В качестве распространенного примера горизонтального распределения рас­смотрим web-сервер, реплицированный на несколько машин локальной сети, как показано на рис. 1.22. На каждом из серверов содержится один и тот же наборweb-страниц, и всякий раз, когда одна изweb-страниц обновляется, ее копии не­замедлительно рассылаются на все серверы. Сервер, которому будет передан приходящий запрос, выбирается по правилу «карусели» (round-robin). Эта фор­ма горизонтального распределения весьма успешно используется для выравни­вания нагрузки на серверы популярныхweb-сайтов.

Таким же образом, хотя и менее очевидно, могут быть распределены и клиен­ты. Для несложного приложения, предназначенного для коллективной работы, мы можем не иметь сервера вообще. В этом случае мы обычно говорим об одно­ранговом распределении (peer-to-peer distribution).Подобное происходит, напри­мер, если пользователь хочет связаться с другим пользователем. Оба они долж­ны запустить одно и то же приложение, чтобы начать сеанс. Третий клиент может общаться с одним из них или обоими, для чего ему нужно запустить то же самое приложение.

Рис. 1.22.Пример горизонтального распределения web-службы

Библиографический список

1. Таненбаум Э., ван Стеен М. Распределенные системы. Принципы и парадигмы. СПб.: Питер, 2003. — 877 с.

Лекция №11-12 Связь Уровни протоколов

В условиях отсутствия совместно используемой памяти вся связь в распределенных системах основана на обмене (низкоуровневыми) сообщениями. Если процесс A хочет пообщаться с процессомB, он должен сначала построить сообщение в своем собственном адресном пространстве. Затем он выполняет системный вызов, который пересылает сообщение по сети процессуВ. Хотя основная идея выглядит несложной, во избежание хаосаА и В должны договориться о смысле пересылаемых нулей и единиц. ЕслиА посылает потрясающий новый роман, написанный по-французски, в кодировке IBM EBCDIC, аВ ожидает результаты переучета в супермаркете, на английском языке и в кодировке ASCII, их взаимодействие будет не слишком успешным.

Необходимо множество различных договоренностей. Сколько вольт следует использовать для передачи нуля, а сколько для передачи единицы? Как получатель узнает, что этот бит сообщения — последний? Как ему определить, что сообщение было повреждено или утеряно, и что ему делать в этом случае? Какую длину имеют числа, строки и другие элементы данных и как они отображаются? Короче говоря, необходимы соглашения различного уровня, от низкоуровневых подробностей передачи битов до высокоуровневых деталей отображения информации.

Чтобы упростить работу с множеством уровней и понятий, используемых в передаче данных. Международная организация по стандартам (International Standards Organization, ISO) разработала эталонную модель, которая ясно определяет различные уровни, дает им стандартные имена и указывает, какой уровень за что отвечает. Эта модель получила названиеЭталонной модели взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnection Reference Model). Это название обычно заменяется сокращениеммодель ISO OSI, или простомодель OSI. Следует заметить, что протоколы, которые должны были реализовывать части модели OSI, никогда не получали широкого распространения. Однако сама по себе базовая модель оказалась вполне пригодной для исследования компьютерных сетей. Несмотря на то что мы не собираемся приводить здесь полное описание этой модели и всех ее дополнений, небольшое введение в нее будет нам полезно.

Модель OSI разрабатывалась для того, чтобы предоставить открытым системам возможность взаимодействовать друг с другом. Открытая система — это система, которая способна взаимодействовать с любой другой открытой системой по стандартным правилам, определяющим формат, содержимое и смысл отправляемых и принимаемых сообщений. Эти правила зафиксированы в том, что называется протоколами (protocols). Для того чтобы группа компьютеров могла поддерживать связь по сети, они должны договориться об используемых протоколах. Все протоколы делятся на два основных типа. В протоколахс установлением соединения (connection-oriented) перед началом обмена данными отправитель и получатель должны установить соединение и, возможно, договориться о том, какой протокол они будут использовать. После завершения обмена они должны разорвать соединение. Системой с установлением соединения является, например, телефон. В случае протоколовбез установления соединения (connectionless) никакой подготовки не нужно. Отправитель посылает первое сообщение, как только он готов это сделать. Письмо, опущенное в почтовый ящик, — пример связи без установления соединения. В компьютерных технологиях широко применяется как связь с установлением соединения, так и связь без установления соединения.

В модели OSI взаимодействие подразделяется на семь уровней, как показано на рис. 2.1. Каждый уровень отвечает за один специфический аспект взаимодействия. Таким образом, проблема может быть разделена на поддающиеся решению части, каждая из которых может разбираться независимо от других. Каждый из уровней предоставляет интерфейс для работы с вышестоящим уровнем. Интерфейс состоит из набора операций, которые совместно определяют интерфейс, предоставляемый уровнем тем, кто им пользуется.

Рис. 2.1. Уровни, интерфейсы и протоколы модели OSI

Когда процесс А на машине 1 хочет пообщаться с процессомB на машине 2, он строит сообщение и посылает его прикладному уровню своей машины. Этот уровень может представлять собой, например, библиотечную процедуру или реализовываться как-то иначе (например, внутри операционной системы или внешнего сетевого процессора). Программное обеспечение прикладного уровня добавляет в начало сообщения свойзаголовок (header) и передает получившееся сообщение через интерфейс с уровня 7 на уровень 6, уровень представления. Уровень представления, в свою очередь, добавляет в начало сообщения свой заголовок и передает результат вниз, на сеансовый уровень и т. д. Некоторые уровни добавляют не только заголовок в начало, но и завершение в конец. Когда сообщение дойдет до физического уровня, он осуществит его реальную передачу, как это показано на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Передача по сети типового сообщения

Когда сообщение приходит на машину 2, оно передается наверх, при этом на каждом уровне считывается и проверяется соответствующий заголовок. В конце концов сообщение достигает получателя, процесса B, который может ответить на него, при этом вся история повторяется в обратном направлении. Информация из заголовка уровняп используется протоколом уровняп.

В качестве примера важности многоуровневых протоколов рассмотрим обмен информацией между двумя компаниями, авиакомпанией ZippyAirlinesи поставщиком продуктовMushyMeals,Inc. Каждый месяц начальник отдела обслуживания пассажировZippyпросит свою секретаршу связаться с секретаршей менеджера по продажамMushyи заказать 100 000 коробок «резиновых» цыплят. Обычно заказы пересылались почтой. Однако из-за постепенного ухудшения качества почтовых услуг в один прекрасный момент секретарши решают больше не писать друг другу письма, а связываться по факсу. Они могут делать это, не беспокоя своих боссов, поскольку протокол касается физической передачи заказов, а не их содержания.

Точно так же начальник отдела обслуживания пассажиров может решить отказаться от цыплят и перейти на новый деликатес от Mushy, превосходные козьи ребра, это решение никак не скажется на работе секретарш. Это происходит потому, что у нас есть два уровня — боссы и их секретарши. Каждый уровень имеет свой собственный протокол (темы для обсуждения и технологию), который можно изменить независимо от другого. Эта независимость делает многоуровневые протоколы привлекательными. Каждый уровень при появлении новых технологий может быть изменен независимо от других.

В модели OSI, как было показано на рис. 2.1, не два уровня, а семь. Набор протоколов, используемых в конкретной системе, называется комплектом, илистеком протоколов. Важно отличать эталонную модель от реальных протоколов. Как мы отмечали, протоколы OSI никогда не были популярны. В противоположность им протоколы, разрабатывавшиеся для Интернета, такие как TCP и IP, используются повсеместно.