Универсальная самоорганизующаяся информационная среда с децентрализованным управлением для организации взаимодействия учреждений системы образования Владимирский государственный университет Кафедра физики и прикладной математики С.М. Аракелян, А.В.Духанов, В.Г. Прокошев, С.В. Рощин

Поддержка разработки Два проекта в рамках ведомственной ЦП «Развитие научного потенциала высшей школы ( гг.)»: 1. Разработка специализированной распределенной информационной системы организации многопользовательского доступа к результатам научных исследований высшей школы с децентрализованным управлением. 2. Разработка методики построения поисковой машины для системы порталов федерального агентства по образованию с возможностью семантического поиска информации на основе группы технологий в рамках инициативы по созданию интеллектуального Интернет консорциума W3C.

Цели и задачи обеспечение механизмов взаимодействия участников научно-образовательного сообщества РФ в рамках научно-образовательной деятельности и интеграции в мировую систему образования (Болонский процесс); преодоление различной степени подготовленности и разрозненности участников системы образования; консолидация научно-образовательных информационных ресурсов, базирующихся на различных стандартах и платформах; создание мощной системы поиска информации в рамках предметных областей, специфичных для системы образования и научной деятельности.

Что понимать под «взаимодействием»? внутриведомственное взаимодействие на официальном уровне; электронные документы; классическая электронная почта; мгновенные сообщения; телеконференции в реальном времени; демонстрации с применением потокового и загружаемого мультимедиа; тематические форумы и др.

Какая информационная среда необходима научно-образовательному сообществу? открытая; безопасная; активно развивающаяся; устраивающая все категории пользователей; поддерживаемая самим сообществом; географически распределённая; унифицированная и др.

Основные существующие подходы

Классификация вычислительных систем по способу организации Вычислительные системы ЦентрализованныеРаспределённые Клиент-сервер ПростыеИерархические P2P ГибридныеЧистые

Основные термины Централизованная система - представляет собой однокомпонентное решение, включающее наряду с суперкомпьютерами одно- и многопроцессорные вычислительные системы. Распределённая система - предполагает, что компоненты расположены на различных вычислительных системах, которые объединены в сеть и координируют свои действия путём обмена сообщениями.

Основные термины (продолжение) Клиент – сущность (устройство, программный модуль и др.), которая генерирует запрос, но не способна обрабатывать запросы самостоятельно. Сервер – сущность, которая обрабатывает запросы от других сущностей (клиентов), но не генерирует запросы. Узел (peer) – сущность (программа, модуль и др.), идентичная по функциональности другим узлам; может полностью или частично совмещать роли клиента и сервера.

Модели вычислительных систем Модель «клиент-сервер» - определяет взаимодействие сущностей с ролями «клиент» и «сервер». Модель P2P («узел-узел») - позволяет участникам совместно использовать их ресурсы (информацию, процессорное время, состояние и др.) при минимальном взаимодействии с сервером или при его отсутствии.

Модель «клиент-сервер» обычно один или несколько серверов и множество клиентов (до сотен тысяч).

Типичная инфраструктура для размещения серверного решения

Модель «клиент-сервер»: преимущества выделенная инфраструктура с мощными серверами позволяет обеспечить высокие показатели производительности; администрирование и поддержка осуществляется централизованно; возможность обеспечить высокую степень безопасности, включая физическую защиту серверов; архитектура приложений базируется на уже определённой единственной платформе.

Модель «клиент-сервер»: недостатки дороговизна оборудования; предоставление сервисов для всех клиентов прекращается в случае сбоя; сложность развёртывания и конфигурирования; ответственность за информационное наполнение лежит на определённом круге людей, ресурсы которых ограничены.

Модель «узел-узел» (P2P, Peer-to-Peer) множество узлов, совмещающих роли сервера и клиента (сотни тысяч); минимальная потребность или полное отсутствие серверов; «поверх» физической формируется собственная логическая сеть.

Классификация систем P2P по функциям Системы P2P Параллельные вычисления Управление содержимым и файлами Совместная работа

Гибридная и чистая модели P2P гибридная модель P2P – для координации взаимодействия необходим один или несколько выделенных узлов (серверов); чистая модель P2P – для координации взаимодействия не требуется наличие выделенных узлов.

Модель P2P: преимущества консолидация ресурсов огромного числа узлов; открытость инфраструктуры (любой может стать полноправным участником взаимодействия просто установив необходимое ПО); самоорганизующаяся логическая сеть с минимальным взаимодействием с выделенными координирующими узлами или полностью автономная; прямое взаимодействие узлов; нет необходимости в администрировании и поддержке инфраструктуры за исключением координирующих узлов; высочайшая отказоустойчивость системы даже при сбоях у большей части участников; распределение ответственности за информационное наполнение между всеми участниками; контроль доступа к собственным ресурсам со стороны каждого узла распределяет ответственность за разграничение доступа.

Модель P2P: недостатки необходимость разработки универсальных протоколов взаимодействия; необходимость работать в гетерогенной среде (Windows, UNIX, Mac и др.) сложности с обновлением программного обеспечения, установленного на сотнях и тысячах компьютеров; для обеспечения подлинности информационных ресурсов может потребоваться дополнительная инфраструктура (PKI).

Действующие системы P2P Система P2PРазработчикТехнология Avaki распределённые вычисления GrooveGroove Networks совместное использование ресурсов Magi Endeavors Technologies FreeNetсообщество файлообменная сеть Gnutellaсообщество JXTAсообщество, Sun платформа.NETMicrosoft

Платформа JXTA

Web-сервисы (.NET My Services)

Используемый подход

Модель сетевого взаимодействия

Основные характеристики ядра децентрализованное управление; масштабируемость; контроль подлинности информации; самоорганизация сети внутреннего уровня (ядра); низкая стоимость владения (TCO); динамический характер сети (ad-hoc connectivity); высокое быстродействие; безопасность; открытость протоколов доступа и обмена информацией; устойчивость к сбоям; кросплатформная реализация и др.

Две группы пользователей системы внутренние пользователи (организации/учреждения) – являются собственно узлами пиринговой сети (ядра) и имеют полный контроль над публикуемой информацией собственного узла; внешние пользователи (Интернет) – используют для доступа к информации сети специальный Веб- интерфейс любого из узлов; являются только потребителями информации.

Типичная аппаратная архитектура узла

Логическая архитектура узла системы

Протоколы взаимодействия Peer Resolver Protocol (PRP) – используется для передачи сообщения от одного узла любому количеству других узлов. Peer Discovery Protocol (PDP) – используется для анонсирования и поиска ресурсов. Peer Information Protocol (PIP) – используется для получения информации о состоянии узла. Pipe Binding Protocol (PBP) – используется для создания индивидуального канала взаимодействия двух узлов. Peer Endpoint Protocol (PEP) – используется для поиска пути от одного узла к другому. Rendezvous Protocol (RVP) – используется для передачи сообщений через сеть.