浅谈网络计算模式的发展与演变

2017-02-17三亚学院管理分院

电子世界 2017年2期

关键词：客户机客户端服务器

三亚学院管理分院杨月

浅谈网络计算模式的发展与演变

三亚学院管理分院杨月

本文在介绍网络计算模式概念的基础上，回顾了网络计算几种模式的发展与演变，并对几种模式进行简要的分析。

网络计算；主机-终端；C/S模式；B/S模式

1.引言

自从计算机技术诞生以来，人类就进入了“计算机计算的时代”。随着技术的进一步发展，网络宽带的迅速增长，推动了计算模式的不断更新，使得计算模式逐渐由原来的单机计算模式发展成为网络计算，并成为计算技术下一个发展的趋势和潮流，人们开始进入“网络计算时代”。网络计算技术指用户通过专用计算机网络或公共计算机网络进行信息传递和处理的技术。

2.网络计算模式的演变

回顾计算机网络的发展历史可以看到，网络计算模式经历了以下几个阶段的演变历程：集中式计算模式、分布式计算模式的发展过程。

2.1 集中式计算模式

集中式计算模式包括: 主机-终端计算模式、PC/文件服务器计算模式。前一种的各种计算主要集中在主机上；而后一种计算模式各种计算主要集中在各工作站上完成。

2．1．1 主机-终端计算模式

电子计算机产生的初期，由于计算机体积庞大，价格昂贵，只有少数机构有能力购买，于是都采用单机集中计算模式，主机-终端计算模式是一种传统的信息系统结构，由一台主机配置一些前端机，再加上许多终端（如下图1所示）：

图1 主机/终端计算模式

这些分布在不同位置上的终端并不是真正意义上的计算机，它无CPU只有键盘和显示器，没有数据处理能力。所有的程序，包括用户自制的应用软件、数据库管理系统、通信软件等都在主机上运行，所有的数据也都存在主机上，用户通过本地或远程终端来访问主机。在这种结构中，终端被称为“哑”终端，因为终端只有显示器和键盘以及和主机通信的设备。也有采用智能终端的，用户在智能终端上可以完成一些文字编辑和输入管理方面的简单的任务。主机通常带有许多应用软件，如数据批处理软件、标准的商业软件、数据库、网络控制和系统开发软件等。所有的信息处理工作都在主机上完成的，由于主机担负着所有的工作，所以必须配备大容量的磁盘，以及作为备份用的磁带机和高速打印机等。为了让较多的用户同时使用计算机资源，主机采用分时处理方式工作，即CPU的时间分成许多时间小段，每个终端轮流的使用这些时间小段。

这种结构主要的优点是：对数据的处理都在主机上运行的，可以加强管理海量数据存储设备，对信息系统的控制和管理比较容易，也容易保证数据的安全性和一致性。此外，大量用户可以同时使用主机，例如一台大型机上的数据库可供10000个用户同时使用。这种机构比较适合数据处理量大，用户数比较多，而每个终端用户的任务简单的企业，如银行、航空公司订票处等，但从成本来看，使用成本相对比较低。但也存在一些问题：系统的灵活性差，系统的变更、改变比较麻烦；对主机依赖过强，一旦主机有故障就会影响全体用户；主机的成本和维护的费用比较高[1][2]；用户缺乏自主性，例如用户个人文件的存取等不方便。

2．1．2 PC/文件服务器计算模式

随着个人计算机飞速的发展，用户计算机具有有限的CPU和数据处理能力，但是个人计算机对数据的处理能力不够，20世纪80年代中期，随着局域网的兴起，联网的计算机被分为两类：一类称为文件服务器，专门为网络上其它用户提供共享文件，它是网络的核心，管理网络通信，网络操作系统也安装在文件服务器中；另一类称为工作站，它可以访问文件服务器中的数据和文件，而本工作站的资源不能被其他的工作站分享。每个局域网中可有一台或多台文件服务器。工作站用户通过磁盘映像，使用文件服务器上的硬盘。网络上传递的只是文件，所有的计算任务都是在工作站上进行的，PC/文件服务器计算模式（如图2所示）：

图2 PC/文件服务器计算模式

这种结构的优点是：主机主要作为文件服务器负责根据用户的请求读取传送文件，并可集中管理共享资源，使各工作站既能相互独立地处理各自的业务，必要时又成为一个整体，可相互传递信息、共享数据，因而较灵活、易扩展；缺点是：文件服务器提供服务的能力有限，在网络中传输的是整个文件，因而导致网络通信负荷重，系统维护困难。

2.2 分布式计算模式

80年代后期，随着PC机的广泛使用和计算机网络技术的成熟，应用计算机环境从集中式扩展为分布式，其目的是将计算工作分摊到各个计算机中，降低集中在单个计算机上运算负载和可能的风险，其中，分布式计算模式包括C/S计算模式和B/S计算模式。

2．2．1 C/S计算模式

随着处理器技术、计算机技术和网络技术的进一步发展，使得计算机的处理能力更强，人们不满足资源共享的模式，于是开发出客户机/服务器模式，简称C/S模式。这种计算模式客户机部分运行在微机或工作站上而服务器部分可以运行在微机到大型机等各种计算机。C/S模式与PC/文件服务器计算模式的区别在于将系统的任务一分为二，即客户机承担每个用户专有的外围应用功能，负责处理用户的应用程序，服务器承担数据库系统的数据服务功能，负责执行数据库管理软件。这样，两种设备功能明确，可以高度优化系统的功能。数据库服务器处理客户机的请求，然后只是返回结果，这样就大大减少了网络的传输负担，避免了网络堵塞。C/S系统主要有三个主要部件：数据库服务器、客户机应用程序和网络通信软件（如图3所示）：

图3 C/S计算模式

数据库服务器的主要任务集中在数据库安全性控制、数据库访问并发控制、数据库前端的客户机应用程序的全局数据完整性规则、数据库备份与恢复等。客户机应用程序的主要任务是提供用户与数据库交互的界面，向数据库服务器提交用户请求并接收来自数据库服务器的信息，利用客户应用程序对存在于客户端的数据执行应用逻辑要求。网络通信软件的主要作用是完成数据库服务器和客户机应用程序之间的数据传输。

在C/S模式中，前台客户端计算机与后台服务器相连，以实现数据和应用的共享，并利用前台客户端计算机的处理能力将数据和应用分布在多个处理机上。C/S计算模式的优点是：C/S应用中，客户端应用程序是针对一个特定的小数据集进行操作的，而不像文件服务器那样是针对整个文件进行操作。它对某一条记录进行封锁，而不是对整个文件进行封锁，因此保证了系统的并发性，并使网络上传输的数据量减少到最小，从而改善了系统的性能。但是C/S计算模式也存在一些不足：对客户端设备要求较高，同时系统的升级维护不方便，系统升级维护时，必须升级维护所有的客户端；另外，C/S服务器结构所采用的软件产品大都缺乏开放的标准，一般不能跨平台运行，当把C/S结构的软件应用于广域网时就会暴露出更大的不足。

2．2．2 B/S计算模式

随着互联网的飞速发展，移动办公和分布式办公越来越普遍，这就要求我们所使用的系统具有扩展性。这种远程访问方式需要专门的技术，要对系统进行专门的设计来处理分布式的数据，同时，客户端需要安装专用的客户端软件。其中需要解决几个问题：（1）涉及安装的工作量；（2）任何计算机如果出现问题的话，比如病毒、或是硬件损坏，都需要进行安装或维护；（3）当系统软件升级时，每一台客户机都需要重新安装，维护和升级的成本都很高。

随着Internet/Intranet技术和应用的发展，WWW服务成为核心服务，用户通过浏览器漫游世界。一种新的网络计算模式在20世纪90年代逐渐形成和发展，这种基于浏览器、Web服务器和应用服务器的计算结构称为浏览器/服务器计算模式，简称B/ S模式。现代的企业网络以Web为中心，采用TCP/IP、HTTP为传输协议，客户端通过浏览器访问Web以及与Web相连的后台数据库，B/S模式改善了C/S模式应用的不足，客户端只需要安装通用浏览器，所以的处理都由后台服务器进行，浏览器安装在客户端，是用户操作的界面。Web服务器提供对客户请求的响应，完成对响应的处理之后，通过内部通道实现对数据库服务器的数据存取，并将处理结果传给Web服务器。

图4 B/S计算模式的三层体系结构

B/S结构是在传统C/S结构基础上发展起来的，它是把C/S结构的服务器进一步细化，分解为一个Web服务器和一个或多个数据库服务器。通常称为三层C/S结构模型（如图4所示）：

第一层是表示层，即Web浏览器层，主要完成用户接口功能。用户在客户端使用浏览器向Web服务器发送请求，Web服务器根据用户的请求用HTTP协议把所需的文件资料传送给用户，客户端接收文件资料，并显示在浏览器上。

第二层是功能层，即Web服务器层，主要利用Web服务器完成客户的应用功能。Web服务器接收客户申请，然后启动CGI程序或其他相关程序，建立与数据库系统的连接，查询数据库，并将查询到的信息组织成统一的HTML页面发送给用户，并显示在浏览器上。

第三层是数据层，即数据库服务器层，主要利用数据库服务器完成数据的存储和管理功能，数据库服务器应客户请求独立地进行各种处理。

B/S模式突破了传统的文件共享模式，具有很高的信息共享度，其优势在于使用简单；易于维护和升级，扩张性好，广域网支持和安全性好。

具体选用哪种模式要看需求而定。交互多的，控制实时性要求强的程序常采用C/S模式；若只是浏览报表，常采用B/S计算模式，有时两者结合使用。

3.网络计算模式的含义

网络计算是相对单机而言的，它是一种计算模式，网络计算实际上是指以网络为中心的计算，它是把计算功能和负荷合理地分配到联网的各计算机上。而所谓网络计算模式就是完成网络上的一个计算任务或应用服务占用共享资源的形式和使用共享资源的方式。[3]

4.网络计算模式的新发展

C/S结构一度成为计算技术的主流，但随着现今企业计算的可扩展性、分布性和异构性等要求，C/S结构在机构的分布式计算应用方面面临着很大的挑战。于是迫切需要完整的分布式解决方案，用于管理复杂的异构环境，实现不同硬件设备、软件系统、网络环境的集成应用，在这样的环境下，出现了分布式对象技术。目前逐渐形成了三种具有代表性的主流分布式对象技术Active X/DCOM、J2EE和CORBA技术，这几种技术推动了网络计算模式的新发展。

4.1 Active X技术

随着Internet/Intranet的普及，人们对网络应用程序开发提出了更高的要求。如：Web页面需要更加丰富生动的多媒体内容，商业应用程序要求更高可靠性、更加灵活的网络应用软件开发工具等等，特别是如何在Internet上共享微软产品功能，于是微软提出了ActiveX技术。ActiveX是Microsoft提出的一组使用COM（ComponentObjectModel，部件对象模型）使得软件部件在网络环境中进行交互的技术集。作为针对Internet应用开发的技术，ActiveX被广泛应用于WEB服务器以及客户端的各个方面。同时，ActiveX技术也被用于方便地创建普通的桌面应用程序。Active X技术是Microsoft公司分布式计算环境的基础，它主要由传统的HTML、脚本程序（script）语言和Active X组件构成。Active X技术具有跨平台、与程序语言无关、面向文件及组件的特点。

4.2 J2EE技术

J2EE是由SUN公司领导、多家公司共同参与制定的一个企业应用程序开发标准。近年来，Java技术已经发展成为适用于多个领域需求的Java 2平台。目前，Java 2平台根据应用领域的不同有J2SE、J2ME、J2EE三个版本。J2EE拥有Java固有的跨平台特性，具有如下优势：立足于企业信息系统的基础之上开发新的系统，可以充分利用用户原有的投资；允许企业开发人员把一些通用、繁琐的服务器端任务交给中间件供应商完成，把自己精力集中在商业逻辑上，可大大提高开发效率；支持异构环境，用J2EE开发的应用程序能非常方便地部署在不同平台上，具备良好的可扩展性。

4.3 CORBA技术

CORBA定义了一个带有开放软件总线的分布式结构，在这一结构中，来自不同厂商的、运行在不同操作系统上的对象，能够进行互操作。在World Wide Web盛行之前，特别是 Java编程语言风靡之前，C++开发者基本将CORBA作为其高端分布式对象的解决方案。CORBA对象可以用任何一种CORBA软件开发商所支持的语言，如C、C++、Java和Smalltalk来编写。CORBA分布计算技术在分布和异构计算机环境下为应用软件的开发提供一个公共框架，使开发出来的软件不仅面向对象而且具有可重用性、可移植性和可操作性的特点，它是由大多数分布计算平台厂商所支持和遵循的系统规范技术，已逐渐成为分布计算技术的标准，具有模型完整、先进，独立于系统平台和开发语言，被支持程度广泛的特点。

4.4 三种技术的比较

在跨平台能力上，DCOM真正在windows平台上实现，所以应用上受限。而CORBA可以在多平台上实现，J2EE是一种纯Java的解决方案，Java具有良好的跨平台能力，使得它可以很好的支持异构环境，只要节点的平台上安有Java虚拟机，就可以实现J2EE。

在对不同语言的支持上，基于DCOM的编程支持C++，对其它语言的支持很有限。[4]J2EE是建立在Java语言基础上的，虽然提供了和其它语言的接口，但接口的使用很复杂，而CORBA采用了一种中性语言IDL,用来解决对不同语言的支持问题，它对不同的语言有着很强的支持能力。

在安全性上，DCOM实现的Active X控件不包含严格的安全性检查或资源权限检查，J2EE具有较强的安全性，它是建立在Java的安全性基础上的，Java在编译时会进行严格的检查。CORBA系统也具有很强的安全性。[5]

在开发的难易程度上，DCOM开发有很多简单易用的开发工具，还有大量的Active X组件可供使用。而J2EE，Java程序员使用J2EE开发分布式应用只需具有Java知识，开发过程都是在Java环境下进行的，开发自然，效率好。由于CORBA采用了中性语言IDL，虽然保证了对象界面语言的中立性，但程序员不仅要熟悉所使用的语言还要熟悉IDL语言等，开发难度比较大。

目前，CORBA技术逐渐的与J2EE融合，同时CORBA具有良好的跨平台和跨越程序设计语言的特征，支持客户端应用和服务器对象的特点，并且具有良好的运行效率，成为大部分分布式系统设计首选的基础。

[1]李黎．网络时代集中式计算模式的回归[N]．中国计算机报,2001-04-02(22)．

[2]胡凯,宋京民．网络计算新技术[M]．北京:科学出版社,2001．

[3]李成忠,张新有．计算机网络应用教程[M]．北京:电子工业出版社,2002:10．

[4]赵桌,赵欣．RMI的分布式对象技术研究[J]．微计算机信息,2006,2(3):231-233．

[5]郭乐深等．基于CORBA技术的策略安全信息系统的研究[J]．小型微型计算机系统,2002,(3):50-54．