Мережеве програмне забезпечення

Ми тільки що розглянули випадок спільного використання принтера в найпростішій мережі, що складається тільки з двох комп'ютерів. Однак навіть на цьому початковому етапі ми вже можемо зробити деякі висновки щодо будови мережевого програмного забезпечення: мережевих служб, мережевої операційної системи і мережевих додатків.

Мережеві служби і сервіси

Потреба в доступі до віддаленого принтера може виникати у користувачів різних додатків: текстового редактора, графічного редактора, системи управління базою даних (СУБД). Очевидно, що дублювання в кожному з додатків загальних для всіх них функцій по організації віддаленого друку є надмірною.

Більш ефективним є підхід, при якому ці функції виключаються з додатків і оформляються у вигляді пари спеціалізованих програмних модулів - клієнта і сервера друку (рис. 2.3), функції яких раніше виконувалися відповідно додатками А до В. Тепер ця пара клієнт-сервер може бути використана будь-яким додатком, який виконується на комп'ютері А.

Узагальнюючи такий підхід стосовно до інших типів ресурсів, що розділяються, даємо такі визначення:

Клієнт - це модуль, призначений для формування та передачі повідомлень-запитів до ресурсів віддаленого комп'ютера від різних додатків з подальшим прийомом результатів з мережі і передачею їх відповідним додаткам.

Сервер - це модуль, який постійно очікує приходу з мережі запитів від клієнтів і прийнявши запит, намагається його обслужити, як правило, за участю локальної ОС; один сервер може обслуговувати запити відразу декількох клієнтів (по черзі або одночасно).

Пара клієнт-сервер, що надає доступ до конкретного типу ресурсу комп'ютера через мережу, утворює мережеву службу.

Кожна служба пов'язана з певним типом мережевих ресурсів. Так, на рис. 2.3 модулі клієнта і сервера, що реалізують віддалений доступ до принтера, утворюють мережеву службу друку.

Файлова служба дозволяє отримувати доступ до файлів, що зберігаються на диску інших комп'ютерів. Серверний компонент файлової служби називають файл-сервером.

Для пошуку і перегляду інформації в Інтернеті використовується веб-служба, що складається з веб-сервера і клієнтської програми, званої веб-браузером (web browser). Ресурсом в даному випадку є веб-сайт - певним чином організований набір файлів, що містять пов'язану в смисловому плані інформацію і зберігаються на зовнішньому накопичувачі веб-сервера.

На схемі веб-служби, показаної на рис. 2.4, два комп'ютери пов'язані не безпосередньо, як це було у всіх попередніх прикладах, а через безліч проміжних комп'ютерів і інших мережевих пристроїв, що входять до складу Інтернету. Для того щоб відобразити цей факт графічно, ми помістили між двома комп'ютерами так звану комунікаційну хмару, яка дозволяє нам абстрагуватися від усіх деталей середовища передачі повідомлень. Обмін повідомленнями між клієнтської і серверної частинами веб-служби виконується за стандартним протоколом HTTP і ніяк не залежить від того, чи передаються ці повідомлення «з рук в руки» (від інтерфейсу одного комп'ютера до інтерфейсу іншого) або через велике число посередників - транзитних комунікаційних пристроїв. Разом з тим, ускладнення середовища передачі повідомлень призводить до виникнення нових додаткових завдань, на вирішення яких не був розрахований згадуваний раніше найпростіший драйвер мережевої інтерфейсної карти. Замість нього на взаємодіючих комп'ютерах повинні бути встановлені більш розвинені програмні транспортні засоби.

Мережева операційна система

Операційну систему комп'ютера часто визначають як взаємопов'язаний набір системних програм, який забезпечує ефективне управління ресурсами комп'ютера (пам'яттю, процесором, зовнішніми пристроями, файлами та ін.), а також надає користувачеві зручний інтерфейс для роботи з апаратурою комп'ютера і розробки додатків.

Говорячи про мережеву ОС, ми очевидно повинні розширити межі керованих ресурсів за межі одного комп'ютера.

Мережевою операційною системою називають операційну систему комп'ютера, яка крім управління локальними ресурсами надає користувачам і додаткам можливість ефективного і зручного доступу до інформаційних і апаратних ресурсів інших комп'ютерів мережі.

Сьогодні практично всі операційні системи є мережевими.

З прикладів, розглянутих у попередніх розділах (див. Рис 2.3 і 2.4), ми бачимо, що віддалений доступ до мережевих ресурсів забезпечується:

§ мережевими службами;

§ засобами транспортування повідомлень по мережі (в найпростішому випадку - мережевими інтерфейсними картами і їх драйверами).

Отже, саме ці функціональні модулі повинні бути додані до ОС, щоб вона могла називатися мережевою (рис. 2.5).

Серед мережевих служб можна виділити такі, які орієнтовані не на простого користувача, як, наприклад, файлова служба або служба друку, а на адміністратора. Такі служби спрямовані на організацію роботи мережі. Наприклад, централізована довідкова служба, або служба каталогів, призначена для ведення бази даних про користувачів мережі, про всі її програмні і апаратні компоненти. Як інші приклади можна назвати службу моніторингу мережі, що дозволяє захоплювати і аналізувати мережевий трафік, службу безпеки, в функції якої може входити, зокрема, виконання процедури логічного входу з перевіркою пароля, службу резервного копіювання та архівування.

Від того, наскільки багатий набір мережевих служб і послуг пропонує операційна система кінцевим користувачам, додаткам і адміністраторам мережі, залежить її позиція в загальному ряду мережевих ОС.

Крім мережевих служб мережева ОС повинна включати програмні комунікаційні (транспортні) засоби, що забезпечують спільно з апаратними комунікаційними засобами передачу повідомлень, якими обмінюються клієнтські і серверні частини мережевих служб. Завдання комунікації між комп'ютерами мережі вирішують драйвери і протокольні модулі. Вони виконують такі функції, як формування повідомлень, розбиття повідомлення на частини (пакети, кадри), перетворення імен комп'ютерів в числові адреси, дублювання повідомлень в разі їх втрати, визначення маршруту в складній мережі і т. д.

І мережеві служби, і транспортні засоби можуть бути невід'ємними (вбудованими) компонентами ОС або існувати у вигляді окремих програмних продуктів. Наприклад, мережева файлова служба зазвичай вбудовується в ОС, а ось веб-браузер найчастіше купують окремо. Типова мережева ОС має в своєму складі широкий набір драйверів і протокольних модулів, однак у користувача, як правило, є можливість доповнити цей стандартний набір необхідними йому програмами. Рішення про спосіб реалізації клієнтів і серверів мережевими службами, а також драйверів і протокольних модулів приймається розробниками з урахуванням найрізноманітніших міркувань: технічних, комерційних і навіть юридичних. Так, наприклад, саме на підставі антимонопольного закону США компанії Microsoft було заборонено включати її браузер Internet Explorer до складу ОС цієї компанії.

 

 

І мережеві служби, і транспортні засоби можуть бути невід'ємними (вбудованими) компонентами ОС або існувати у вигляді окремих програмних продуктів. Наприклад, мережева файлова служба зазвичай вбудовується в ОС, а ось веб-браузер найчастіше купують окремо. Типова мережева ОС має в своєму складі широкий набір драйверів і протокольних модулів, однак у користувача, як правило, є можливість доповнити цей стандартний набір необхідними йому програмами. Рішення про спосіб реалізації клієнтів і серверів мережевими службами, а також драйверів і протокольних модулів приймається розробниками з урахуванням найрізноманітніших міркувань: технічних, комерційних і навіть юридичних. Так, наприклад, саме на підставі антимонопольного закону США компанії Microsoft було заборонено включати її браузер Internet Explorer до складу ОС цієї компанії.

Мережева служба може бути представлена в ОС або обома її (клієнтською і серверною) частинами, або тільки однієї з них.

У першому випадку операційна система, яка називається одноранговою, не тільки дозволяє звертатися до ресурсів інших комп'ютерів, а й надає власні ресурси в розпорядження користувачів інших комп'ютерів. Наприклад, якщо на всіх комп'ютерах мережі встановлено і клієнти, і сервери файлової служби, то всі користувачі мережі можуть спільно використовувати файли один одного. Комп'ютери, що поєднують функції клієнта і сервера, називають одноранговими вузлами.

Операційна система, яка переважно містить клієнтські частини мережевих служб, називається клієнтською. Клієнтські ОС встановлюються на комп'ютери, які звертаються із запитами до ресурсів інших комп'ютерів мережі. За такими комп'ютерами, також званими клієнтськими, працюють рядові користувачі. Зазвичай клієнтські комп'ютери відносяться до класу відносно простих пристроїв.

До іншого типу операційних систем відноситься серверна ОС - вона орієнтована на обробку запитів з мережі до ресурсів свого комп'ютера і включає в себе в основному серверні частини мережевих служб. Комп'ютер з встановленою на ньому серверною ОС, що займається виключно обслуговуванням запитів інших комп'ютерів, називають виділеним сервером мережі. За виділеним сервером, як правило, звичайні користувачі не працюють.

ПРИМІТКА_____________________________________________________________________

Детальніше про мережеві операційні системи і вбудовані в них мережеві служби ви можете прочитати в спеціальній літературі, а також у підручнику авторів «Мережеві операційні системи». Найбільш популярні мережеві служби Інтернету, такі як електронна пошта, веб-служба, IP-телефонія і ін., розглядаються в розділі 23.

________________________________________________________________________________

Мережеві додатки

Комп'ютер, що підключений до мережі, може виконувати наступні типи додатків:

§ Локальний додаток цілком виконується на даному комп'ютері і використовує тільки локальні ресурси (рис. 2.6, а). Для такого додатка не потрібно ніяких мережевих засобів, він може бути виконаний на автономно працюючому комп'ютері.

§ Централізований мережевий додаток цілком виконується на даному комп'ютері, але звертається в процесі свого виконання до ресурсів інших комп'ютерів мережі. У прикладі на малюнку 2.6, б додаток, який виконується на клієнтському комп'ютері, обробляє дані з файлу, що зберігається на файл-сервері, а потім роздруковує результати на принтері, підключеному до сервера друку. Очевидно, що робота такого типу додатків неможлива без участі мережевих служб і засобів транспортування повідомлень.

§ Розподілений (мережевий) додаток складається з декількох взаємодіючих частин, кожна з яких виконує якусь певну закінчену роботу за рішенням прикладної задачі, причому кожна частина може виконуватися і, як правило, виконується на окремому комп'ютері мережі (рис. 2.6, в). Частини розподіленого додатка взаємодіють один з одним, використовуючи мережеві служби і транспортні засоби ОС. Розподілений додаток в загальному випадку має доступ до всіх ресурсів комп'ютерної мережі.

Очевидною перевагою розподілених додатків є можливість розпаралелювання обчислень, а також спеціалізація комп'ютерів. Так, в додатку, призначеному, скажімо, для аналізу кліматичних змін, можна виділити три досить самостійні частини (див. Рис. 2.6, в), що допускають розпаралелювання. Перша частина додатку, що виконується на порівняно малопотужному персональному комп'ютері, могла б підтримувати спеціалізований графічний користувальницький інтерфейс, друга - займатися статистичною обробкою даних на високопродуктивному мейнфреймі, а третя - генерувати звіти на сервері з встановленою стандартною СУБД. У загальному випадку кожна з частин розподіленого додатку може бути представлена кількома копіями, які працюють на різних комп'ютерах. Скажімо, в даному прикладі частина 1, відповідальна за підтримку спеціалізованого призначеного для користувача інтерфейсу, можна було б запустити на декількох персональних комп'ютерах, що дозволило б працювати з цим додатком декільком користувачам одночасно.

Однак, щоб досягти всіх тих переваг, які обіцяють розподілені додатки, розробникам цих додатків доводиться вирішувати безліч проблем, наприклад: на скільки частин слід розбити додаток, які функції покласти на кожну частину, як організувати взаємодію цих частин, щоб в разі збоїв і відмов частини коректно завершували роботу і т. д..

 

Зауважимо, що всі мережеві служби, включаючи файлову службу, службу друку, службу електронної пошти, службу віддаленого доступу, інтернет-телефонію і т. д., за визначенням відносяться до класу розподілених додатків. Дійсно, будь-яка мережева служба включає в себе клієнтську і серверну частини, які можуть і зазвичай виконуються на різних комп'ютерах.

На рис. 2.7, що ілюструє розподілений характер веб-служби, ми бачимо різні види клієнтських пристроїв - персональні комп'ютери, ноутбуки і мобільні телефони - з встановленими на них веб-браузерами, які взаємодіють через мережу з веб-сервером. Таким чином, з одним і тим же веб-сайтом може одночасно працювати безліч - сотні і тисячі - мережевих користувачів.

Численні приклади розподілених додатків можна зустріти і в такій області, як обробка даних наукових експериментів. Це не дивно, так як багато експериментів породжують такі великі обсяги даних, що генеруються в реальному масштабі часу, які просто неможливо обробити на одному, навіть дуже потужному, суперкомп'ютері. Крім того, алгоритми обробки експериментальних даних часто легко розпаралелюють, що також важливо для успішного застосування взаємопов'язаних комп'ютерів з метою вирішення будь-якої спільної справи. Одним з останніх і дуже відомих прикладів розподіленого наукового додатку є програмне забезпечення обробки даних великого адронного коллайдера (Large Hadron Collider, LHC), запущеного 10 вересня 2008 року в CERN - це додаток працює більш ніж на 30 тисячах комп'ютерів, об'єднаних в мережу.