Mơ hình Peer-to-Peer (Ngang hàng)

Chương 2 ĐỊNH HƯỚNG LUỒNG VÀ CÁC MƠ HÌNH LUỒNG PHỔ BIẾN

2.2. Mơ hình luồng lưu lượng và các mơ hình phổ biến

2.2.1. Mơ hình Peer-to-Peer (Ngang hàng)

Mơ hình luồng đầu tiên: peer-to-peer, là mơ hình mà người dùng và ứng dụng khá nhất quán trong các hành vi của họ trên toàn mạng. Trên thực tế, họ là những người ngang hàng, ở chỗ họ hoạt động ở cùng một cấp độ trong hệ thống phân cấp. Vì họ (người dùng và/hoặc ứng dụng) khá nhất quán, các luồng của họ cũng khá nhất quán. Như vậy, chúng ta có thể coi các luồng trong mơ hình luồng ngang hàng là tương đương (Hình 2.7).

Điều này có hai ý nghĩa quan trọng:

• Chúng ta không thể phân biệt giữa các luồng trong mô hình này. Do đó, tất cả các luồng hoặc khơng luồng nào là quan trọng

• Vì các luồng là tương đương, chúng có thể được mơ tả bằng một thơng số kỹ thuật duy nhất (ví dụ: cấu hình)

Hình 2.7 Mơ hình luồng Peer-to-Peer

Có một số ví dụ về hành vi của luồng ngang hàng. Đầu tiên là Internet sơ khai, một phần của nó được thể hiện trong Hình 2.8. Trong thời kỳ đầu của Internet, các ứng dụng như FTP và telnet chiếm ưu thế và mỗi thiết bị trên mạng là một nguồn và đích của luồng cho các ứng dụng này. Một ví dụ khác là các ứng dụng chia sẻ tệp trên Internet. Về cơ bản, bất cứ nơi nào các thiết bị giao tiếp trực tiếp với nhau đều được coi là ngang hàng.

Mơ hình luồng ngang hàng là mặc định khi chúng ta khơng có bất kỳ thơng tin nào khác về các luồng trong mạng của mình. Mơ hình luồng này cũng có thể được sử dụng để mô tả các luồng khi tất cả người dùng trong một nhóm cần quyền truy cập bình đẳng với nhau cho một ứng dụng. Ngoài các ứng dụng chia sẻ tệp và truy cập từ xa đã được mô tả, đây cũng có thể là một ứng dụng đa phương tiện, dịch vụ từ xa (ví dụ: hội thảo từ xa, học từ xa, hội nghị từ xa), nơi bất kỳ người nào trong số những người tham gia có thể lấy hoặc lấy dữ liệu đến hoặc đi bất kỳ người tham gia nào khác.

Mặc dù mỗi dịch vụ vừa nêu có thể được coi là một ứng dụng một-nhiều, nhưng có những thành phần của mỗi dịch vụ có thể được áp dụng như một tập hợp các cuộc hội thoại 1-1. Ví dụ, trong khi học qua điện thoại bao gồm một số người dùng (sinh viên) nhận và truyền đến giáo viên, thành phần của ứng dụng này là khả năng trò chuyện giữa các sinh viên. Phần này của ứng dụng là ngang hàng (Hình 2.9). Mơ hình luồng này hữu ích ở chỗ nó chỉ ra rằng có một cấu hình hiệu suất được sử dụng cho các luồng đó và khơng có (hoặc có) luồng quan trọng cho ứng dụng đó.

Hình 2.9 Luồng ngang hàng trong mơi trường học từ xa 2.2.2. Mơ hình Client-Server (Máy khách – Máy chủ) 2.2.2. Mơ hình Client-Server (Máy khách – Máy chủ)

Mơ hình luồng máy khách – máy chủ hiện là mơ hình áp dụng chung nhất. Mơ hình này có cả định hướng và phân cấp. Các luồng trong mơ hình này là luồng hai chiều, giữa máy khách và máy chủ, dưới dạng yêu cầu và phản hồi. Mơ hình luồng này là máy khách – máy chủ trong đó các luồng khơng đối xứng và tập trung phân cấp vào máy khách. Do đó, các yêu cầu có xu hướng ít hơn so với phản hồi. Tùy thuộc vào loại ứng dụng, các luồng có thể được coi là gần như đơn hướng, từ máy chủ đến máy khách. Hình 2.10 minh họa mơ hình luồng này.

Vì các luồng trong mơ hình máy khách – máy chủ là không đối xứng, với luồng chủ yếu hoặc luồng quan trọng theo hướng từ máy chủ đến máy khách, máy chủ có thể được coi là nguồn dữ liệu và máy khách là nơi tiêu thụ dữ liệu. Máy chủ sẽ được hiển thị như một nguồn dữ liệu trên bản đồ yêu cầu, với các luồng được tạo từ nó tới các máy khách trên các khu vực khác của bản đồ. Vì các luồng ưu tiên hoặc quan trọng là từ máy chủ đến các máy khách, đây là các luồng quan trọng đối với mơ hình này. Khi có u cầu truyền thơng tin đến nhiều máy khách đồng thời, phải xem xét luồng phát đa hướng ở một lớp nào đó trong mạng để tối ưu hóa các luồng cho mơ hình này.

Mơ hình này là quan điểm truyền thống về hoạt động của máy khách – máy chủ, được ví dụ bằng các ứng dụng ERP như SAP và các ứng dụng thương mại điện tử. Các ứng dụng như vậy phụ thuộc nhiều vào hiệu suất mạng khi chúng được định cấu hình để hoạt động trên những khoảng cách đáng kể, như khi một công ty phân tán trên nhiều địa điểm, trải dài các thành phố, tiểu bang hoặc quốc gia. Nếu mạng không hỗ trợ đúng cách các ứng dụng máy khách – máy chủ, khách hàng phải sử dụng đến việc phân phối kiến trúc máy khách – máy chủ (ví dụ: ERP phân tán), điều này có thể tốn kém.

Chỉnh sửa video thể hiện mơ hình luồng máy khách – máy chủ. Máy chủ video có thể lưu trữ video để chỉnh sửa và các máy khách đưa ra yêu cầu đối với máy chủ đó để chỉnh sửa video. Máy chủ chuyển video cho các máy khách, video này có thể được gửi lại máy chủ sau khi hồn thành, hoặc có thể được gửi đi nơi khác để xử lý nhiều hơn (Hình 2.11).

Một quan điểm khác về luồng máy khách – máy chủ là với các ứng dụng Web. Mặc dù Internet sơ khai bắt đầu với các luồng ngang hàng từ các ứng dụng như FTP và telnet, cách sử dụng này đã phát triển để trở nên giống máy khách – máy chủ hơn với việc sử dụng máy chủ FTP, tiếp theo là các ứng dụng như Gopher và Archie. Hiện nay, với việc sử dụng rộng rãi các ứng dụng Web, nhiều luồng trên Internet là giữa các máy chủ Web và các máy khách của chúng. Khi TCP/IP đảm nhận nhiều vai trò của hệ điều hành mạng (NOS) hơn, các dịch vụ in và tệp trên các mạng doanh nghiệp và Internet sẽ hướng đến máy khách – máy chủ hơn.

Ví dụ, lúc trước, một người muốn truy cập thông tin từ một tổ chức sẽ sử dụng ứng dụng FTP vào một trang web đã biết để tải xuống thơng tin. Sau đó, điều này thay đổi thành truy cập FTP hoặc máy chủ Gopher, và sau đó là truy cập máy chủ Web. Ngày nay, một người có thể truy cập một lượng lớn thơng tin từ một tổ chức mà khơng cần vào mạng của tổ chức đó thơng qua việc truy cập các máy chủ Web bên ngoài.

Tuy nhiên, một mơ hình luồng tốt hơn cho lưu lượng truy cập Web có nhiều cấp độ, với các luồng lưu lượng truy cập trong một số cấp độ. Đây là mơ hình máy khách – máy chủ phân cấp, được mơ tả trong phần sau.

2.2.3. Mơ hình Hierarchical Client–Server (Máy khách – Máy chủ phân cấp)

Khi các luồng bên trong mơ hình luồng máy khách – máy chủ trở nên có thứ bậc hơn, về mặt thêm các lớp hoặc tầng vào các luồng, thì hành vi của chúng có thể được biểu diễn dưới dạng mơ hình luồng máy khách – máy chủ phân cấp. Mơ hình luồng máy khách – máy chủ phân cấp có các đặc điểm của mơ hình luồng máy khách – máy chủ nhưng cũng có nhiều lớp hoặc nhiều tầng giữa các máy chủ. Trong mơ hình này cũng có thể có các luồng từ máy chủ đến máy chủ hỗ trợ hoặc thiết bị quản lý, như trong Hình 2.12. Các luồng này (máy chủ đến máy chủ và máy chủ đến người quản lý) có thể được coi là quan trọng, ngoài các luồng từ máy chủ đến máy khách. Với các lớp bổ sung của hệ thống phân cấp trong mơ hình này, các máy chủ bây giờ có thể là nguồn dữ liệu hoặc nơi tiêu thụ dữ liệu (hoặc cả hai). Có thể cần thêm thông tin về các ứng dụng để xác định trạng thái của các máy chủ này. Mơ hình này quan trọng ở chỗ nó nhận ra các luồng từ máy chủ đến máy chủ và máy chủ đến người quản lý.

Mơ hình luồng máy khách – máy chủ phân cấp được chỉ định khi nhiều ứng dụng làm việc cùng nhau và chia sẻ thơng tin để hồn thành một tác vụ hoặc khi nhiều ứng dụng máy khách – máy chủ (hoặc nhiều phiên của cùng một ứng dụng máy khách – máy

chủ) được quản lý bởi một ứng dụng cấp cao hơn. Một hệ thống hỗ trợ hoạt động (OSS) quản lý một số ứng dụng văn phịng thường có thể được mơ hình hóa theo kiểu này.

Hình 2.12 Mơ hình luồng Hierarchical Client–Server

Các luồng quan trọng cho mơ hình này phụ thuộc vào hành vi ứng dụng. Nếu các ứng dụng vốn dĩ là máy khách – máy chủ và các máy chủ chỉ ở đó để hỗ trợ nhiều phiên, thì luồng máy khách – máy chủ có thể là luồng quan trọng duy nhất. Tuy nhiên, khi các máy chủ giao tiếp với nhau (ví dụ: để cập nhật cơ sở dữ liệu chung hoặc chia sẻ dữ liệu giữa các ứng dụng), thì luồng từ máy chủ đến máy chủ có thể rất quan trọng, ngồi luồng máy khách – máy chủ. Và khi có thơng tin liên lạc với người quản lý (ví dụ: để đồng bộ hóa q trình xử lý hoặc thơng tin), thì luồng từ máy chủ đến người quản lý cũng có thể rất quan trọng.

Chúng ta đã chứng minh rằng Internet đã phát triển từ mơ hình luồng ngang hàng ban đầu thành mơ hình luồng máy khách – máy chủ với sự chấp nhận của các ứng dụng Web. Tuy nhiên, khi lưu lượng máy khách – máy chủ tăng lên, các máy chủ Web đã được nhân rộng và phân phối trên Internet, dẫn đến sự gia tăng các luồng từ máy chủ đến máy chủ. Điều này đang được thực hiện để tăng hiệu quả của việc truy cập Web, một phần bằng cách mở rộng quyền truy cập trên nhiều thiết bị và một phần bằng cách định vị các thiết bị gần hơn với phần truy cập của Internet, do đó bỏ qua một phần hoặc tồn bộ phần lõi. Do đó, Internet đang phát triển thành mơ hình luồng máy khách – máy chủ phân cấp hơn.

Các dịch vụ Web phân cấp như vậy được thể hiện trong Hình 2.13. Trong hình này, mạng phân phối nội dung (CDN) và máy nhân bản (Mirror) được sử dụng để di chuyển nội dung Web giữa các máy chủ và cung cấp quyền truy cập cục bộ vào nội dung cho người dùng.

Trong hình này, các máy chủ có thể cung cấp cùng một chức năng hoặc nhiều chức năng khác nhau. Ví dụ, máy chủ ứng dụng ba tầng dựa trên Web có thể chạy ứng dụng và dịch vụ Web trên cùng một thiết bị, trong khi chạy các dịch vụ cơ sở dữ liệu trên một thiết bị khác. Trong trường hợp này, các luồng giữa các máy chủ (Application/Web và Database) rất quan trọng cho hoạt động.

Hình 2.13 Dịch vụ Web được mơ hình hóa trên mơ hình Hierarchical Client–Server

Một ví dụ về điều này là trực quan hóa các mơ phỏng khoa học. Hãy xem xét các mơ phỏng của một bài tốn gồm nhiều phần. Chúng có thể được tìm thấy trong mơ hình khí hậu, phân tích luồng chất lỏng, phân tích cấu trúc và những thứ khác.

Trong mơ hình khí hậu có thể có một mơ phỏng bao gồm nhiều phần: bầu khí quyển, trái đất và đại dương - như trong Hình 2.14. Mỗi phần mơ phỏng trong hình này có thể được phát triển trên một thiết bị tính tốn riêng biệt, có thể ở các vị trí khác nhau (dựa trên vị trí của các nhà khoa học khác nhau). Vì mỗi thành phần ảnh hưởng đến các thành phần khác, tại ranh giới giữa khí quyển, trái đất và đại dương, dữ liệu phải được chuyển giữa các máy chủ tính tốn & máy chủ trực quan cho từng phần. Các luồng sẽ giống như trong Hình 2.15. Trong hình này, nếu các phần của mơ phỏng đang được giải quyết ở

các vị trí khác nhau, thì luồng từ máy chủ đến máy chủ có thể vượt qua khoảng cách dài (WAN), ảnh hưởng đến cả mạng cục bộ và mạng diện rộng.

Hình 2.14 Các thành phần của mơ hình khí hậu

Hình 2.15 Mơ hình luồng Hierarchical Client–Server cho hình ảnh khoa học 2.2.4. Mơ hình Distributed-Computing (Phân phối – Tính tốn) 2.2.4. Mơ hình Distributed-Computing (Phân phối – Tính tốn)

Mơ hình luồng phân phối – tính tốn, thể hiện trong Hình 2.16, là mơ hình đặc biệt nhất trong các mơ hình luồng. Mơ hình luồng phân phối – tính tốn có thể ngược với các đặc điểm của mơ hình luồng máy khách – máy chủ hoặc kết hợp giữa mơ hình luồng ngang hàng và máy khách – máy chủ. Trong mơ hình này, các luồng chủ yếu nằm giữa trình

quản lý tác vụ và các máy tính (như mơ hình máy khách – máy chủ) hoặc giữa các máy tính (như mơ hình ngang hàng). Loại mơ hình phụ thuộc vào cách thực hiện phân phối – tính toán. Đặc điểm quan trọng của mơ hình này là các luồng có thể là máy khách – máy chủ nhưng bị đảo hướng và các máy tính có thể có các yêu cầu nghiêm ngặt về hiệu suất.

Hình 2.16 Mơ hình luồng Distributed-Computing

Chúng ta có thể phân biệt mơ hình luồng phân phối – tính tốn dựa trên mối quan hệ giữa trình quản lý tác vụ, các máy tính và tác vụ là gì. Mối quan hệ này có thể dẫn đến việc các máy tính được kết hợp chặt chẽ với nhau, nơi thường xun có sự trao đổi thơng tin giữa các thiết bị hoặc kết hợp lỏng lẻo, nơi có thể có rất ít hoặc khơng có sự trao đổi thơng tin giữa các máy tính. Các tác vụ có thể bao gồm từ chi tiết thơ, trong đó mỗi tác vụ được dành riêng cho một máy tính duy nhất, đến chi tiết nhỏ, trong đó một tác vụ được chia nhỏ cho một số thiết bị và việc tính toán được thực hiện đồng thời.

Khi nhiệm vụ có độ chi tiết thơ và mối quan hệ giữa các máy tính được kết hợp lỏng lẻo, thì mơ hình luồng phân phối – tính tốn có dạng một cụm máy tính hoặc hệ thống quản lý tài nguyên máy tính, trong đó các tác vụ được phân bổ cho từng máy tính dựa trên tính khả dụng của tài ngun. Do đó, mỗi máy tính giao tiếp với cụm máy chủ hoặc trình quản lý tài ngun. Hình 2.17 cho thấy một ví dụ về các luồng cho một cụm máy tính.

Hình 2.17 Luồng cho một cụm máy tính

Các luồng trong loại mơ hình luồng phân phối – tính tốn này tương tự như các luồng trong mơ hình luồng máy khách – máy chủ, trong đó thơng tin trao đổi chủ yếu giữa máy khách và máy chủ. Một sự khác biệt ở đây là hướng của các luồng không nhất thiết phải từ máy chủ đến máy khách. Trên thực tế, kích thước của tệp khởi tạo tác vụ (theo nghĩa là một yêu cầu) được gửi từ máy chủ đến từng máy tính có thể nhỏ hơn nhiều so với kích thước của kết quả tính tốn, được gửi từ máy tính đến máy chủ. Trong mơ hình này, hướng luồng là không đối xứng, nhưng theo hướng ngược lại với mơ hình luồng máy khách – máy chủ. Ngồi ra, mỗi luồng giữa các máy tính và máy chủ của chúng độc lập với các luồng khác. Khơng có sự đồng bộ hóa giữa các luồng riêng lẻ. Các luồng quan trọng cho mơ hình này là từ các máy tính đến máy chủ của chúng. Vì các luồng cho mơ hình này là khơng đối xứng, theo hướng về phía máy chủ, máy chủ hoạt động như một nơi tiêu thụ dữ liệu, trong khi các máy tính hoạt động như nguồn dữ liệu.

Khi nhiệm vụ có mức độ chi tiết tốt và mối quan hệ giữa các máy tính được kết hợp chặt chẽ, thì mơ hình luồng phân phối – tính tốn hoạt động giống như một hệ thống xử lý song song được đơn giản hóa, trong đó mỗi tác vụ được chia nhỏ, dựa trên mức độ song song trong ứng dụng và cấu trúc liên kết của vấn đề, giữa một số máy tính. Các thiết bị này hoạt động đồng thời trên các vấn đề, trao đổi thông tin với các thiết bị lân cận và đợi thông tin cập nhật. Trình quản lý tác vụ thiết lập các máy tính và bắt đầu tác