淺談網絡計算模式的發展與演變

三亞學院管理分院 楊 月

淺談網絡計算模式的發展與演變

三亞學院管理分院 楊 月

本文在介紹網絡計算模式概念的基礎上，回顧了網絡計算幾種模式的發展與演變，并對幾種模式進行簡要的分析。

網絡計算；主機-終端；C/S模式；B/S模式

1.引言

自從計算機技術誕生以來，人類就進入了“計算機計算的時代”。隨著技術的進一步發展，網絡寬帶的迅速增長，推動了計算模式的不斷更新，使得計算模式逐漸由原來的單機計算模式發展成為網絡計算，并成為計算技術下一個發展的趨勢和潮流，人們開始進入“網絡計算時代”。網絡計算技術指用戶通過專用計算機網絡或公共計算機網絡進行信息傳遞和處理的技術。

2.網絡計算模式的演變

回顧計算機網絡的發展歷史可以看到，網絡計算模式經歷了以下幾個階段的演變歷程：集中式計算模式、分布式計算模式的發展過程。

2.1 集中式計算模式

集中式計算模式包括: 主機-終端計算模式、PC/文件服務器計算模式。前一種的各種計算主要集中在主機上；而后一種計算模式各種計算主要集中在各工作站上完成。

2．1．1 主機-終端計算模式

電子計算機產生的初期，由于計算機體積龐大，價格昂貴，只有少數機構有能力購買，于是都采用單機集中計算模式，主機-終端計算模式是一種傳統的信息系統結構，由一臺主機配置一些前端機，再加上許多終端（如下圖1所示）：

圖1 主機/終端計算模式

這些分布在不同位置上的終端并不是真正意義上的計算機，它無CPU只有鍵盤和顯示器，沒有數據處理能力。所有的程序，包括用戶自制的應用軟件、數據庫管理系統、通信軟件等都在主機上運行，所有的數據也都存在主機上，用戶通過本地或遠程終端來訪問主機。在這種結構中，終端被稱為“啞”終端，因為終端只有顯示器和鍵盤以及和主機通信的設備。也有采用智能終端的，用戶在智能終端上可以完成一些文字編輯和輸入管理方面的簡單的任務。主機通常帶有許多應用軟件，如數據批處理軟件、標準的商業軟件、數據庫、網絡控制和系統開發軟件等。所有的信息處理工作都在主機上完成的，由于主機擔負著所有的工作，所以必須配備大容量的磁盤，以及作為備份用的磁帶機和高速打印機等。為了讓較多的用戶同時使用計算機資源，主機采用分時處理方式工作，即CPU的時間分成許多時間小段，每個終端輪流的使用這些時間小段。

這種結構主要的優點是：對數據的處理都在主機上運行的，可以加強管理海量數據存儲設備，對信息系統的控制和管理比較容易，也容易保證數據的安全性和一致性。此外，大量用戶可以同時使用主機，例如一臺大型機上的數據庫可供10000個用戶同時使用。這種機構比較適合數據處理量大，用戶數比較多，而每個終端用戶的任務簡單的企業，如銀行、航空公司訂票處等，但從成本來看，使用成本相對比較低。但也存在一些問題：系統的靈活性差，系統的變更、改變比較麻煩；對主機依賴過強，一旦主機有故障就會影響全體用戶；主機的成本和維護的費用比較高[1][2]；用戶缺乏自主性，例如用戶個人文件的存取等不方便。

2．1．2 PC/文件服務器計算模式

隨著個人計算機飛速的發展，用戶計算機具有有限的CPU和數據處理能力，但是個人計算機對數據的處理能力不夠，20世紀80年代中期，隨著局域網的興起，聯網的計算機被分為兩類：一類稱為文件服務器，專門為網絡上其它用戶提供共享文件，它是網絡的核心，管理網絡通信，網絡操作系統也安裝在文件服務器中；另一類稱為工作站，它可以訪問文件服務器中的數據和文件，而本工作站的資源不能被其他的工作站分享。每個局域網中可有一臺或多臺文件服務器。工作站用戶通過磁盤映像，使用文件服務器上的硬盤。網絡上傳遞的只是文件，所有的計算任務都是在工作站上進行的，PC/文件服務器計算模式（如圖2所示）：

圖2 PC/文件服務器計算模式

這種結構的優點是：主機主要作為文件服務器負責根據用戶的請求讀取傳送文件，并可集中管理共享資源，使各工作站既能相互獨立地處理各自的業務，必要時又成為一個整體，可相互傳遞信息、共享數據，因而較靈活、易擴展；缺點是：文件服務器提供服務的能力有限，在網絡中傳輸的是整個文件，因而導致網絡通信負荷重，系統維護困難。

2.2 分布式計算模式

80年代后期，隨著PC機的廣泛使用和計算機網絡技術的成熟，應用計算機環境從集中式擴展為分布式，其目的是將計算工作分攤到各個計算機中，降低集中在單個計算機上運算負載和可能的風險，其中，分布式計算模式包括C/S計算模式和B/S計算模式。

2．2．1 C/S計算模式

隨著處理器技術、計算機技術和網絡技術的進一步發展，使得計算機的處理能力更強，人們不滿足資源共享的模式，于是開發出客戶機/服務器模式，簡稱C/S模式。這種計算模式客戶機部分運行在微機或工作站上而服務器部分可以運行在微機到大型機等各種計算機。C/S模式與PC/文件服務器計算模式的區別在于將系統的任務一分為二，即客戶機承擔每個用戶專有的外圍應用功能，負責處理用戶的應用程序，服務器承擔數據庫系統的數據服務功能，負責執行數據庫管理軟件。這樣，兩種設備功能明確，可以高度優化系統的功能。數據庫服務器處理客戶機的請求，然后只是返回結果，這樣就大大減少了網絡的傳輸負擔，避免了網絡堵塞。C/S系統主要有三個主要部件：數據庫服務器、客戶機應用程序和網絡通信軟件（如圖3所示）：

圖3 C/S計算模式

數據庫服務器的主要任務集中在數據庫安全性控制、數據庫訪問并發控制、數據庫前端的客戶機應用程序的全局數據完整性規則、數據庫備份與恢復等。客戶機應用程序的主要任務是提供用戶與數據庫交互的界面，向數據庫服務器提交用戶請求并接收來自數據庫服務器的信息，利用客戶應用程序對存在于客戶端的數據執行應用邏輯要求。網絡通信軟件的主要作用是完成數據庫服務器和客戶機應用程序之間的數據傳輸。

在C/S模式中，前臺客戶端計算機與后臺服務器相連，以實現數據和應用的共享，并利用前臺客戶端計算機的處理能力將數據和應用分布在多個處理機上。C/S計算模式的優點是：C/S應用中，客戶端應用程序是針對一個特定的小數據集進行操作的，而不像文件服務器那樣是針對整個文件進行操作。它對某一條記錄進行封鎖，而不是對整個文件進行封鎖，因此保證了系統的并發性，并使網絡上傳輸的數據量減少到最小，從而改善了系統的性能。但是C/S計算模式也存在一些不足：對客戶端設備要求較高，同時系統的升級維護不方便，系統升級維護時，必須升級維護所有的客戶端；另外，C/S服務器結構所采用的軟件產品大都缺乏開放的標準，一般不能跨平臺運行，當把C/S結構的軟件應用于廣域網時就會暴露出更大的不足。

2．2．2 B/S計算模式

隨著互聯網的飛速發展，移動辦公和分布式辦公越來越普遍，這就要求我們所使用的系統具有擴展性。這種遠程訪問方式需要專門的技術，要對系統進行專門的設計來處理分布式的數據，同時，客戶端需要安裝專用的客戶端軟件。其中需要解決幾個問題：（1）涉及安裝的工作量；（2）任何計算機如果出現問題的話，比如病毒、或是硬件損壞，都需要進行安裝或維護；（3）當系統軟件升級時，每一臺客戶機都需要重新安裝，維護和升級的成本都很高。

隨著Internet/Intranet技術和應用的發展，WWW服務成為核心服務，用戶通過瀏覽器漫游世界。一種新的網絡計算模式在20世紀90年代逐漸形成和發展，這種基于瀏覽器、Web服務器和應用服務器的計算結構稱為瀏覽器/服務器計算模式，簡稱B/ S模式。現代的企業網絡以Web為中心，采用TCP/IP、HTTP為傳輸協議，客戶端通過瀏覽器訪問Web以及與Web相連的后臺數據庫，B/S模式改善了C/S模式應用的不足，客戶端只需要安裝通用瀏覽器，所以的處理都由后臺服務器進行，瀏覽器安裝在客戶端，是用戶操作的界面。Web服務器提供對客戶請求的響應，完成對響應的處理之后，通過內部通道實現對數據庫服務器的數據存取，并將處理結果傳給Web服務器。

圖4 B/S計算模式的三層體系結構

B/S結構是在傳統C/S結構基礎上發展起來的，它是把C/S結構的服務器進一步細化，分解為一個Web服務器和一個或多個數據庫服務器。通常稱為三層C/S結構模型（如圖4所示）：

第一層是表示層，即Web瀏覽器層，主要完成用戶接口功能。用戶在客戶端使用瀏覽器向Web服務器發送請求，Web服務器根據用戶的請求用HTTP協議把所需的文件資料傳送給用戶，客戶端接收文件資料，并顯示在瀏覽器上。

第二層是功能層，即Web服務器層，主要利用Web服務器完成客戶的應用功能。Web服務器接收客戶申請，然后啟動CGI程序或其他相關程序，建立與數據庫系統的連接，查詢數據庫，并將查詢到的信息組織成統一的HTML頁面發送給用戶，并顯示在瀏覽器上。

第三層是數據層，即數據庫服務器層，主要利用數據庫服務器完成數據的存儲和管理功能，數據庫服務器應客戶請求獨立地進行各種處理。

B/S模式突破了傳統的文件共享模式，具有很高的信息共享度，其優勢在于使用簡單；易于維護和升級，擴張性好，廣域網支持和安全性好。

具體選用哪種模式要看需求而定。交互多的，控制實時性要求強的程序常采用C/S模式；若只是瀏覽報表，常采用B/S計算模式，有時兩者結合使用。

3.網絡計算模式的含義

網絡計算是相對單機而言的，它是一種計算模式，網絡計算實際上是指以網絡為中心的計算，它是把計算功能和負荷合理地分配到聯網的各計算機上。而所謂網絡計算模式就是完成網絡上的一個計算任務或應用服務占用共享資源的形式和使用共享資源的方式。[3]

4.網絡計算模式的新發展

C/S結構一度成為計算技術的主流，但隨著現今企業計算的可擴展性、分布性和異構性等要求，C/S結構在機構的分布式計算應用方面面臨著很大的挑戰。于是迫切需要完整的分布式解決方案，用于管理復雜的異構環境，實現不同硬件設備、軟件系統、網絡環境的集成應用，在這樣的環境下，出現了分布式對象技術。目前逐漸形成了三種具有代表性的主流分布式對象技術Active X/DCOM、J2EE和CORBA技術，這幾種技術推動了網絡計算模式的新發展。

4.1 Active X技術

隨著Internet/Intranet的普及，人們對網絡應用程序開發提出了更高的要求。如：Web頁面需要更加豐富生動的多媒體內容，商業應用程序要求更高可靠性、更加靈活的網絡應用軟件開發工具等等，特別是如何在Internet上共享微軟產品功能，于是微軟提出了ActiveX技術。ActiveX是Microsoft提出的一組使用COM（ComponentObjectModel，部件對象模型）使得軟件部件在網絡環境中進行交互的技術集。作為針對Internet應用開發的技術，ActiveX被廣泛應用于WEB服務器以及客戶端的各個方面。同時，ActiveX技術也被用于方便地創建普通的桌面應用程序。Active X技術是Microsoft公司分布式計算環境的基礎，它主要由傳統的HTML、腳本程序（script）語言和Active X組件構成。Active X技術具有跨平臺、與程序語言無關、面向文件及組件的特點。

4.2 J2EE技術

J2EE是由SUN公司領導、多家公司共同參與制定的一個企業應用程序開發標準。近年來，Java技術已經發展成為適用于多個領域需求的Java 2平臺。目前，Java 2平臺根據應用領域的不同有J2SE、J2ME、J2EE三個版本。J2EE擁有Java固有的跨平臺特性，具有如下優勢：立足于企業信息系統的基礎之上開發新的系統，可以充分利用用戶原有的投資；允許企業開發人員把一些通用、繁瑣的服務器端任務交給中間件供應商完成，把自己精力集中在商業邏輯上，可大大提高開發效率；支持異構環境，用J2EE開發的應用程序能非常方便地部署在不同平臺上，具備良好的可擴展性。

4.3 CORBA技術

CORBA定義了一個帶有開放軟件總線的分布式結構，在這一結構中，來自不同廠商的、運行在不同操作系統上的對象，能夠進行互操作。在World Wide Web盛行之前，特別是 Java編程語言風靡之前，C++開發者基本將CORBA作為其高端分布式對象的解決方案。CORBA對象可以用任何一種CORBA軟件開發商所支持的語言，如C、C++、Java和Smalltalk來編寫。CORBA分布計算技術在分布和異構計算機環境下為應用軟件的開發提供一個公共框架，使開發出來的軟件不僅面向對象而且具有可重用性、可移植性和可操作性的特點，它是由大多數分布計算平臺廠商所支持和遵循的系統規范技術，已逐漸成為分布計算技術的標準，具有模型完整、先進，獨立于系統平臺和開發語言，被支持程度廣泛的特點。

4.4 三種技術的比較

在跨平臺能力上，DCOM真正在windows平臺上實現，所以應用上受限。而CORBA可以在多平臺上實現，J2EE是一種純Java的解決方案，Java具有良好的跨平臺能力，使得它可以很好的支持異構環境，只要節點的平臺上安有Java虛擬機，就可以實現J2EE。

在對不同語言的支持上，基于DCOM的編程支持C++，對其它語言的支持很有限。[4]J2EE是建立在Java語言基礎上的，雖然提供了和其它語言的接口，但接口的使用很復雜，而CORBA采用了一種中性語言IDL,用來解決對不同語言的支持問題，它對不同的語言有著很強的支持能力。

在安全性上，DCOM實現的Active X控件不包含嚴格的安全性檢查或資源權限檢查，J2EE具有較強的安全性，它是建立在Java的安全性基礎上的，Java在編譯時會進行嚴格的檢查。CORBA系統也具有很強的安全性。[5]

在開發的難易程度上，DCOM開發有很多簡單易用的開發工具，還有大量的Active X組件可供使用。而J2EE，Java程序員使用J2EE開發分布式應用只需具有Java知識，開發過程都是在Java環境下進行的，開發自然，效率好。由于CORBA采用了中性語言IDL，雖然保證了對象界面語言的中立性，但程序員不僅要熟悉所使用的語言還要熟悉IDL語言等，開發難度比較大。

目前，CORBA技術逐漸的與J2EE融合，同時CORBA具有良好的跨平臺和跨越程序設計語言的特征，支持客戶端應用和服務器對象的特點，并且具有良好的運行效率，成為大部分分布式系統設計首選的基礎。

[1]李黎．網絡時代集中式計算模式的回歸[N]．中國計算機報,2001-04-02(22)．

[2]胡凱,宋京民．網絡計算新技術[M]．北京:科學出版社,2001．

[3]李成忠,張新有．計算機網絡應用教程[M]．北京:電子工業出版社,2002:10．

[4]趙桌,趙欣．RMI的分布式對象技術研究[J]．微計算機信息,2006,2(3):231-233．

[5]郭樂深等．基于CORBA技術的策略安全信息系統的研究[J]．小型微型計算機系統,2002,(3):50-54．

表3 信息類型格式定義

5.4 長度

正文長度，最大長度不能超過240Bytes，如超過則該數據包無效。

5.5 正文

正文用來表示需要傳輸的信息內容。

5.6 校驗和

從0x5E到正文所有字節取異或值。

6 結語

本文主要就在半雙工總線上實現數據與話音同傳提供了一種實現方法，該實現方法在用戶感覺起來是一種全雙工的通信方式，但在微觀上它還是半雙工方式進行工作的，用戶在使用該算法時可對各種時間延時、數據或話音報文長度根據實際情況進行重新調整及設置，使其達到更高效率，充分利用半雙工通信總線的帶寬及其信道特點。

參考文獻

[1]Goggin T A．Window CE高級開發指南[M]．尤滔,張平,周曉權,譯．北京:電子工業出版社,2001．

作者簡介：

賀曄曄，碩士，系統分析師，高級工程師，主要研究方向：通信及嵌入式軟件開發。

楊月（1987—），女，安徽蚌埠人，中北大學機械工程與自動化學院碩士研究生，現供職于三亞學院管理分院，主要研究方向：控制工程。