2.4. Применение серверов приложений в сетях ngn

В сетях NGN серверы приложений принимают участие в предостав­лении различных дополнительных коммуникационных и информацион­ных услуг пользователям этих сетей и применяются для управления со стороны пользователя предоставлением услуги. Условно весь спектр возможных услуг можно разделить на четыре класса:

• услуги, подобные дополнительным услугам традиционных сетей связи с коммутацией каналов (извещение о входящем вызове, пе­реадресация, конференция и т. п.);

• услуги, подобные услугам интеллектуальных сетей связи (вызов по предоплаченным картам, телеголосование, вызов, свободный от оплаты, и т.п);

• услуги, специфичные для компьютерных сетей [интерактивный обмен сообщениями (Instant messaging), многопользовательские сетевые игры и т.п];

• услуги, специфичные для широкополосных сетей связи (видео по заказу, игры по заказу, интерактивное телевидение и т. п.).

Но это только условное деление; в реальности услуга в сетях NGN может представлять собой какую-либо комбинацию из вышеперечислен­ных услуг или быть специфичной (специально описанной) для сетей NGN. При этом надо учитывать, что услуга может применяться не к од­ному типу трафика (аудио, видео, данные), а к любой их комбинации с необходимой синхронизацией информационных потоков и необходи­мым классом обслуживания для каждого потока. Помимо предоставления услуги, сервер приложений отвечает за управление/конфигурирование услуги со стороны пользователя в ин­терактивном режиме. Учитывая, что современные пользовательские терминалы сетей NGN обладают графическим пользовательским интерфейсом (SIP-телефоны) и что с сервером приложений может взаимодействовать любой компьютерный терминал (ПК, КПК, смар­тфон и т.п.), сервер приложений должен быть способен взаимодей­ствовать с пользователем посредством графического интерфейса.

Взаимодействие между сервером приложения и пользователем сети NGN строится на базе модели «клиент-сервер», широко используемой в компьютерных сетях. В соответствии с этой моделью приложение вы­полняется в распределенной (по сети) вычислительной системе. При этом приложение делится на клиентский и серверный процессы. В сети, помимо серверов приложения, используются еще следующие типы сер­веров:

• файловые серверы — неорганизованное хранилище информации с общим доступом;

• информационные или серверы баз данных — организованное хра­нилище информации с определенной логикой доступа;

• узкоспециализированные серверы — выполняют специфические задачи в сети, например коммуникационные (proxy, RAS), специализированные сетевые базы данных (DHCP, DNS, WINS), взаи­модействия (транзакций, сообщений, почтовые) и масса других типов (для каждого сетевого протокола и технологии может использоваться свой сервер).

Сервер приложений предназначен для выполнения прикладных про­цессов. При этом функциональная логика размещается на сервере, а логика представления — на клиенте. Основной задачей сервера прило­жений является максимальное абстрагирование клиента от следующих вопросов:

• где и как хранится информация;

• где и как обрабатывается информация;

• как и между каким оборудованием в сети происходит взаимодей­ствие при выполнении приложения.

Помимо этой задачи сервер приложений должен стремиться обес­печить максимальную степень доступности того или иного сервиса (услуги), т.е. должен обеспечивать универсальный интерфейс взаимо­действия с клиентом с учетом технических возможностей пользова­тельского терминала и канала связи. Клиенты сервера приложения в зависимости от их функциональ­ности делятся на «тонких» и «толстых» (в терминах модели «кли­ент-сервер»). Функциональность клиента определяется степенью обработки пользовательского ввода, степенью обработки информа­ционного контента и правилами формирования пользовательского интерфейса (интерфейса отображения или представления информа­ции). Каждый из этих факторов, определяющих функциональность клиента, можно условно разделить на несколько градаций (методов реализации). Для упрощения ссылок этим градациям будут давать­ся условные названия. Пользовательский ввод может обрабатывать­ся следующим образом:

• последовательно — после каждого действия пользователя серве­ру передается информация об этом действии (например, какая клавиша была задействована, где находится курсор). Преимуществом является то, что к возможностям клиентского терминала предъявляются минимальные требования, а недостатком — то, что имеется повышенная чувствительность к задержкам в сети и большая нагрузка на сервер;

• групповым образом — вводимая информация накапливается до тех пор, пока пользователь не выполнит специальное действие для отправки этой информации на сервер приложений. Преиму­щество по сравнению с последовательным режимом заключается в том, что последовательность действий может редактироваться или отменяться, и создается меньшая нагрузка на сервер. Но при этом предъявляется больше требований к клиентскому термина­лу, так как он должен уметь накапливать ввод и отображать его пользователю;

• групповым образом с обработкой — накопленная информация во время ввода и/или перед отправкой на сервер обрабатывается, например, проверяется на корректность, непротиворечивость, со­блюдение последовательности ввода и может также группировать­ся, упаковываться, конвертироваться и т. п. Преимуществом по сравнению с предыдущим режимом является то, что в этом слу­чае создаются более комфортные условия для пользовательского ввода и обеспечивается минимальная нагрузка на сервер. Но за это приходится расплачиваться большей нагрузкой на клиентский терминал и повышенными требованиями к его функциональнос­ти за счет того, что он должен реализовывать дополнительно ло­гику обработки ввода.

Пользовательский ввод может быть акустическим, символьным (ал­фавитно-цифровым), координатным (обрабатываются пространствен­ные координаты инструмента ввода) и смешанным. Также есть псевдо- или командный ввод, который получается только после обработки или конвертирования реального пользовательского ввода.

В свою очередь, пользовательский интерфейс может быть акустичес­ким, символьным, графическим или смешанным. Формирование пользо­вательского интерфейса может производиться следующими методами:

• физическим отображении — за формирование пользовательского нтерфейса отвечает сервер приложения, а клиент его только физичес­ки отображает (например, попиксельное или посимвольное отображение). Преимуществом является то, что к возможностям клиентского терминала предъявляются минимальные требования, а недостатком -то, что создается большая нагрузка на сервер и канал передачи. Помимо этого, имеется очень высокая чувствительность к задержкам в сети с точки зрения восприятия интерфейса пользователем;

• компиляцией по инструкциям — сервер динамически формирует инструкции по созданию и отображению пользовательского ин­терфейса, а клиент по данным инструкциям формирует физичес­кое представление интерфейса. Обычно инструкции пишутся накаком-нибудь стандартном языке описания пользовательского интерфейса (например, HTML). Преимуществом по сравнению с предыдущим методом является то, что нагрузка на сервер и канал передачи значительно уменьшается. Но при этом значительно возрастают требования к функциональности клиентского терми­нала. Из-за того, что язык описания пользовательского интерфей­са имеет определенные ограничения, сам интерфейс тоже имеет ограничения. По этой же причине в некоторых случаях возможно некорректное отображение пользовательского интерфейса;

• компиляцией на клиенте — за формирование пользовательского интерфейса полностью отвечает клиентский терминал. Преиму­ществом по сравнению с предыдущим методом является то, что нагрузка на сервер в данной части отсутствует, а также то, что возможности по созданию и отображению пользовательского ин­терфейса ограничиваются только возможностями клиентского тер­минала, т. е. интерфейс может быть богаче и более функциональ­ным. Недостатком является то, что отсутствует гибкость при смене версии приложения или внедрении нового приложения, так как необходимо заново создавать интерфейс для каждого типа терми­нала. Для предыдущих методов данная проблема полностью отсутствует, так как за формирование пользовательского интерфей­са отвечает сервер приложений;

• ♦ компиляцией на сервере — на сервере формируется программа (пакет инструкций), учитывающая функциональные возможности клиентского терминала и отвечающая за формирование пользова­тельского интерфейса на клиенте, которая единожды загружается на клиентский терминал и в дальнейшем запускается в специаль­ной универсальной (стандартной) среде исполнения. Данный ме­тод по преимуществам и недостаткам занимает промежуточное положение между методом компиляции на клиенте и методом ком­пиляции по инструкциям: нагрузка на сервер практически отсут­ствует; гибкость при смене версий сохраняется, так как надо толь­ко загрузить новую версию с сервера; функциональность интерфейса приближается к функциональности, достижимой при использовании метода компиляции на клиенте. Основным недо­статком является то, что требуется специальная среда исполнения, работающая поверх клиентской операционной системы, т. е. име­ются повышенные требования к ресурсам клиентского терминала.

Информационный контент — это информация, с которой по запросу клиента необходимо произвести какие-либо действия (предоставить, обновить, удалить и т. п.) на стороне сервера. Информационный контент порождается из той информации, которую вводит пользователь, и по­рождает ту информацию, которая отображается пользователю с помо­щью пользовательского интерфейса. При этом контент может сильно отличаться от пользовательской информации — все зависит от степени обработки информации.

Под обработкой в данном случае понимаются достаточно сложные ресурсоемкие вычислительные действия, проводимые над информацией (например, сортировка, выборка, математические вычисления и преоб­разования, конвертирование в другой тип информации или в другое представление и т. п.). Подобная обработка может производиться либо на стороне клиента, либо по запросу клиента на стороне сервера. Соот­ветственно, где обработка происходит, там и большие функциональные и ресурсные требования к оборудованию. При этом объем передаваемой информации может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от вида обработки и типа информации. Поэтому для оптимизации трафи­ка, если это позволяет тип клиентского терминала, может использовать­ся распределенная обработка между клиентом и сервером.

Функциональность клиента определяется сочетанием классифици­рованных выше факторов. В соответствии с этим сочетанием клиент

приобретает те или иные плюсы и минусы. Условно клиентов по функ­циональности можно разделить на следующие основные типы:

• терминальный — для обработки пользовательского ввода используется последовательный метод; пользовательский интерфейс фор­мируется методом физического отображения, и никакая обработка информационного контента на стороне клиента не производится;

• web-клиент — пользовательский ввод обрабатывается групповым образом, формирование пользовательского интерфейса выполня­ется методом компиляции по инструкциям, и обработка информа­ционного контента на стороне клиента не производится;

• апплет (Applet) — для пользовательского ввода может использо­ваться метод обработки групповым образом или же метод с допол­нительной обработкой; пользовательский интерфейс формируется методом компиляции на сервере. По степени обработки информа­ционного контента на стороне клиента ограничений нет. Она обыч­но определяется типом приложения, но общей практикой является использование ограниченной обработки на стороне клиента;

• программный — пользовательский ввод обрабатывается группо­вым методом с дополнительной обработкой; формирование пользовательского интерфейса выполняется по методу компиля­ции на клиенте; информационный контент обычно подвергается значительной обработке.

Наиболее перспективными на сегодняшний день типами клиентов считаются web-клиент и апплет, а также их переходные формы (напри­мер, «активный» web-клиент — часть пользовательского интерфейса которого реализована посредством апплетов). Их перспективность определяется тем, что они достаточно универсальны и обеспечивают не­обходимую гибкость при создании и эксплуатации, а достаточно высо­кие требования к ресурсам клиентского терминала нивелируются про­грессом в области аппаратного обеспечения.

Взаимодействие между клиентом и сервером приложений может осуществляться посредством любого стандартного протокола информа­ционного обмена в компьютерных сетях (Telnet, SNMP, LDAP, FTP, HTTP, RPC и т. п.) или специального (специфичного для приложения или технологии разработки) протокола поверх транспортного уровня (например, поверх TCP/IP или UDP/IP), или поверх вышеуказанных стандартных протоколов, или посредством группы протоколов, а не од­ного какого-либо протокола. Выбор протоколов взаимодействия опреде­ляется потребностями конкретного приложения, т. е. зависит от типа клиента, вида информационного контента, используемых технологий разработки приложений и т. п. Сегодня наиболее часто в качестве базо­вого протокола взаимодействия используется HTTP, так как он обладает достаточной функциональностью для приложений «клиент—сервер» и при этом обеспечивает прозрачную (беспрепятственную) передачу пользовательского трафика поверх любых сетей.

Логика взаимодействия между серверным и клиентским процессами приложения обычно строится на базе модели «вызова удаленной проце­дуры» (RPC), так как это значительно облегчает процесс разработки приложения и упрощает логическое представление приложения в виде единого целого, выполняющего в единой среде исполнения.

Современные приложения разрабатываются на базе объектных моде­лей программирования, поскольку сами операционные системы строятся на базе объектных моделей, дополнительно упрощается логическая модель приложения и облегчается формирование пользовательского интерфейса. Сегодня наиболее широко используются следующие объектные технологии:

• COM/DCOM/OLE;

• CORBA;

• SOAP/XML/UDDI/WSDL.

Самой перспективной на сегодняшний день объектной технологией является SOAP/XML, так как она наиболее универсальна, основывает­ся на международных стандартах и имеет обширную поддержку со сто­роны различных производителей программного обеспечения. Эта техно­логия чаще всего используется для создания web-сервисов (серверный процесс) и для обеспечения их взаимодействия с клиентским процессом. В качестве клиента в этом случае обычно выступает апплет или «актив­ный» web-клиент. Как говорилось ранее, для работы данных клиентов требуется специальная среда исполнения. В основном используются только J2EE (Java SUN) и «.NET Framework» (Microsoft) среды испол­нения, так как они базируются на открытых стандартах и поддержива­ются большинством производителей программного обеспечения.

В компьютерных сетях взаимодействие между клиентом и сервером происходит напрямую или при посредничестве специализированных серверов (proxy и т.п.). В сетях NGN такое взаимодействие осуществля­ется при участии программного коммутатора (SX — Softswitch). Про­граммный коммутатор в этом случае выполняет следующие функции:

• аутентификации и авторизации, как клиента, так и сервера приложений (AS — Application Server);

• учета (accounting) предоставленных услуг, трафика, времени со­единения и т. п.;

• управления соединением между клиентом и сервером, а также други­ми соединениями, предусмотренными логикой приложения (услуги);

• управления сетевыми экранами (FW — FireWall) при взаимодей­ствии с другими сетями, например, когда сервер приложений и клиент находятся в разных сетях;

• управления шлюзами, например, когда осуществляется взаимодей­ствие сервера приложений с абонентом сети с коммутацией кана­лов. Такое взаимодействие возможно, если сервер приложения под­держивает акустический интерфейс, символьный или специальный командный (например, Generic Functional Protocol в ISDN сетях).

На рис. 2.10 представлена возможная логическая схема информационных потоков между различным оборудованием NGN сети при взаимодействии клиента сети с сервером приложений. Через программный коммутатор обыч­но проходят только потоки управления, а потоки, связанные с передачей ин­формационного контента приложения, проходят помимо него. В качестве протокола взаимодействия между программным коммутатором и сервером приложений, а также между коммутатором и абонентом сети NGN наиболее перспективным считается использование протокола SIP и его расширения.

При предоставлении дополнительных услуг, связанных с соединени­ем, посредством программного коммутатора возможны следующие сце­нарии его взаимодействия с сервером приложения:

• сервер приложений обрабатывает запросы клиента и, взаимодействуя с сервером баз данных (DB), ассоциированным с программ­ным коммутатором, вносит необходимые изменения в базы дан­ных. Коммутатор, в свою очередь, взаимодействует с сервером баз данных (обычно посредством протокола LDAP) и предостав­ляет клиенту сети запрошенную услугу с заданными параметра­ми. Недостатком данного сценария является то, что структура базы данных должна быть известна обоим устройствам, т. е. теря­ется универсальность и гибкость взаимодействия;

• сервер приложений обрабатывает запросы клиента и, взаимодействуя с сервером баз данных (DB), ассоциированным с ним, вносит необходимые изменения в базы данных. Коммутатор, в свою очередь, взаимодействуя с сервером приложений, запрашивает необходимую информацию у сервера приложений и предоставляет клиенту сети запрошенную услугу с заданными параметрами. В этом сценарии роль сервера исполняет сервер приложений, а программный коммутатор исполняет роль клиента. Данный сценарий лишен недостатков первого сценария, но имеет свой недостаток, связанный с неоправданной повышенной нагрузкой на сервер приложений;

Рис. 2.10. Организация уровня предоставления услуг и управления услугами

• сервер приложений обрабатывает запросы клиента и, взаимодей­ствуя с программным коммутатором, вносит изменения в базы дан­ных, расположенные на сервере баз данных, ассоциированном с коммутатором. Коммутатор, в свою очередь, взаимодействует с сер­вером баз данных и предоставляет клиенту сети запрошенную ус­лугу с заданными параметрами. В этом сценарии роль сервера исполняет программный коммутатор, а роль клиента исполняет сервер приложений. Данный сценарий лишен недостатков предыдущего сценария, но программный коммутатор должен быть способен ис­полнять роль сервера приложений, хотя и в ограниченных рамках;

• сервер приложений обрабатывает запросы клиента и управляет программным коммутатором в процессе предоставления услуги. Подобное взаимодействие аналогично взаимодействию SSP с SCP в интеллектуальных сетях связи. В этом случае в качестве прото­кола взаимодействия может использоваться протокол INAP.

Все сценарии, где при предоставлении услуги непосредственно ис­пользуется сервер базы данных (первые три сценария), больше подходят для предоставления статических услуг, т. е. таких услуг, которые требу­ют предварительного заказа услуги. Последний сценарий больше подхо­дит для предоставления интерактивных или динамических услуг, т. е. таких услуг, которым требуется управление в процессе их предоставле­ния со стороны пользователя, абонента или провайдера услуги.