Мода на похудение, кажется, докатилась и до сетевых технологий. Последнее время много внимания стало уделяться перспективам рынка тонких клиентов вообще и сетевых компьютеров (СК) в частности. Однако при обсуждении возможностей тех или иных видов тонких клиентов основной акцент делается на снижение стоимости программно-аппаратных средств и уменьшение затрат на администрирование. При этом специфические требования корпоративных и индивидуальных заказчиков часто отходят на второй план.

В данном обзоре речь пойдет об особенностях многопользовательского графического интерфейса в среде тонких клиентов.

Многопользовательский интерфейс всегда был характерной чертой систем старшего и среднего класса (мэйнфреймов, суперкомпьютеров, мини-компьютеров, серверов корпоративного уровня). Во-первых, он позволяет использовать вычислительную мощь системы одновременно нескольким пользователям, и, во-вторых, пользователи могут работать с центральной машиной непосредственно на своем рабочем месте через настольный ПК или терминал.

Графический интерфейс добавляет новые функциональные возможности. Прежде всего это относится к приложениям САПР, программам инженерных и научных расчетов, геоинформационным системам и проч.

Но многопользовательский графический интерфейс уже давно перестал быть принадлежностью только центральных вычислительных машин. Увеличение мощности серверов на базе ПК, появление для них мощных 32-разрядных операционных систем, развитие Web-технологий сделали проблему многопользовательского графического интерфейса актуальной и на рынке ПК. Выполнение многих офисных приложений можно перенести с ПК на сервер, упрощая и удешевляя таким образом клиентские места.

Многопользовательский графический интерфейс важен и для системных администраторов. Он позволяет контролировать и управлять серверами с рабочего места администратора. Разумеется, управлять серверами можно, и не используя такой интерфейс, с помощью специализированных систем управления. Однако подобные системы имеют слишком много ограничений и не могут идти в сравнение с работой непосредственно в среде конкретного сервера.

Все серверные операционные системы (Windows NT Server, UNIX, NetWare, VMS, OS/400, OS/390 и др.) являются многопользовательскими. Правда, случай с NetWare особый. Эта ОС не является системой общего назначения и в силу своей специфики плохо подходит для роли сервера приложений. Многопользовательский графический интерфейс для доступа к серверу NetWare, по большому счету, не нужен.

Что касается Windows NT Server, то это еще один особый случай. Хотя она полностью многопользовательская, встроенный многопользовательский интерфейс в NT отсутствует. Тем не менее продукты третьих фирм позволяют организовать многопользовательский доступ к серверу, в том числе посредством тонких клиентов. Более того, начиная с NT версии 5.0 Microsoft обещает реализовать встроенную многопользовательскую среду.

Тонкими клиентами обычно называют компьютеры с ограниченными ресурсами, например компьютеры, у которых отсутствуют винчестеры (бездисковые станции), с небольшим объемом оперативной памяти, с маломощным процессором и т. д. Как выразился один компьютерный специалист, тонкий клиент - это недоделанный компьютер. Отличительная особенность тонкого клиента в том, что для своих нужд он задействует ресурсы других машин (серверов).

Сам термин "тонкий клиент" появился сравнительно недавно, хотя подобные устройства известны давно. К тонким клиентам относят символьные (алфавитно-цифровые) терминалы, X-терминалы, бездисковые станции, сетевые компьютеры, Windows-терминалы и клиенты WinFrame, а также компьютеры, удовлетворяющие спецификации NetPC компаний Intel и Microsoft.

Все эти клиенты различаются толщиной, т. е. набором программно-аппаратных средств - чем их больше, тем толще клиент.

Некоторые типы тонких клиентов не могут работать с графической информацией, в частности это относится к символьным терминалам. Такие устройства доминировали в эпоху господства мэйнфреймов и мини-компьютеров, но сейчас спрос на них весьма ограничен.

В этой статье мы рассмотрим более подробно отдельные виды тонких клиентов, их отличительные особенности, преимущества и недостатки при доступе к графической информации (см. Таблицу 1).

ТАБЛИЦА 1 - ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОНКИХ КЛИЕНТОВ

X-терминалы - это сетевые устройства, работающие в среде X Window System. Данную систему разработали в Массачусетском технологическом институте в 1984 г. В 1987 г. вышла последняя, 11, версия X Window System (обозначается X11), в которой были устранены многие ограничения предыдущих версий.

X Window System является сетевой графической системой, использующей собственный протокол X. X11 представляет собой распределенную систему, работающую в архитектуре клиент-сервер и не зависящую ни от платформы, ни от операционной системы.

В разрез с общепринятой терминологией в X11 машина, на которой выполняется X-приложение, называется X-клиентом, а компьютер, с которого осуществляется ввод/вывод информации, - X-сервером. Таким образом, X-терминал выполняет роль X-сервера. X Window System (X-клиент и X-сервер) представляет собой надстройку над определенной ОС, которой может быть UNIX, Windows, Mac OS и даже MS-DOS. Для X-терминала в качестве ОС часто используют урезанную версию UNIX. X-клиент и X-сервер могут выполняться как на одной машине, так и на различных компьютерах с совершенно несовместимыми ОС. Более того, на одном X-сервере может отображаться (и вводиться) информация с нескольких X-клиентов, выполняющихся одновременно на различных компьютерах. И наоборот, один X-клиент может отображаться сразу на нескольких X-серверах.

Как уже было сказано, X11 использует собственный протокол X, который является протоколом прикладного уровня. В качестве транспорта он может задействовать фактически любой сетевой протокол, в частности TCP/IP, DECnet, IPX/SPX и др. Интерфейсом к X-протоколу со стороны X-клиента на прикладном уровне служит библиотека Xlib.

Со стороны X-сервера взаимодействие с X-протоколом обеспечивают драйверы устройств X-сервера.

На Рисунке 1 представлена схема работы X Window System. X-клиенты и X-серверы общаются друг с другом, пересылая пакеты информации по X-протоколу: запросы, отклики, события и ошибки. Запросы генерируются библиотекой Xlib и передаются на X-сервер. Запросы могут содержать широкий спектр информации, например предложение нарисовать линию, изменить цвет фона или переместить окно. В ответ на запросы X-сервер генерирует отклики, направляемые в Xlib и затем X-клиенту. В отклике X-сервер сообщает, какую операцию он выполнил.

Рисунок 1.
Взаимодействие X-клиентов и X-серверов. На одной машине может быть запущено несколько X-приложений и один X-сервер.

Одним из важнейших типов пакетов являются события. Чаще всего события представляют выполняемые пользователем действия, как-то: нажатие клавиш на клавиатуре или мыши и перемещение мыши. События передаются от X-сервера к X-клиенту, при получении которых последний предпринимает ответные действия, в частности посылает новые запросы. В ответ на некорректные запросы X-сервером генерируются пакеты ошибок, направляемые в Xlib и далее X-клиенту.

X11 - полностью открытая система, доступная в исходных кодах. Кроме того, X11 является расширяемой системой. Именно данное обстоятельство делает X Window System очень гибкой в сетевой среде. Расширения X11 представляют собой модули, подключаемые к Xlib и добавляющие новые функциональные возможности X11 или учитывающие специфические особенности X-сервера. Например, в стандартной поставке X Window System отсутствует поддержка трехмерной графики или поддержка шрифтов PostScript, однако многочисленные расширения позволяют это сделать.

С точки зрения вывода графической информации X11 представляет собой мощную систему. X-сервер использует для графической обработки свои вычислительные возможности, в том числе графическую систему, и никак в этом отношении не связан с машиной, где выполняется X-клиент. Так, если X-сервер получил запрос на отрисовку эллипса, то это проблемы исключительно X-сервера. Проще говоря, машина, выполняющая X-клиент, занимается вычислениями и обработкой событий, а X-сервер отвечает за вывод графики. Пожалуй, это один из самых классических примеров архитектуры клиент-сервер.

В силу своей специфики X11 предъявляет достаточно высокие требования к пропускной способности сети. Ее стихия - локальные сети со скоростью не менее 10 Мбит/с. На меньших скоростях X-клиент и X-сервер начинают плохо ладить друг с другом. Особенно это заметно при работе со сложной графикой. Справедливости ради стоит сказать, что последний релиз X Window System Version 11 Release 6 значительно ослабил требования к пропускной способности сети за счет оптимизации и буферизации информации, передаваемой между X-клиентом и X-сервером.

Кроме того, поскольку X11 представляет собой надстройку над ОС, требования к объему оперативной памяти достаточно высоки. Типичный X-сервер на ПК использует не менее 4 Мбайт памяти. Правда, сейчас данные требования не выглядят чрезмерными, но в 80-х годах это было, безусловно, так.

X11 хорошо подходит для приложений, занятых интенсивной обработкой графической информации, например, в задачах САПР. X-терминалы - это обычно бездисковые станции с большими дисплеями (17-19 дюймов) и с запрограммированным ПЗУ (флэш-памятью). Объем оперативной памяти составляет от 4 до 64 Мбайт. Цены на X-терминалы зависят от размера дисплея, типа графического процессора и объема памяти. Диапазон цен X-терминала колеблется от 1500 до 5000 долларов.

X-терминал считается толстым клиентом, пожалуй, самым толстым среди тонких. X-терминалы и X Window System нашли применение, главным образом, в системах старшего и среднего класса, особенно в среде UNIX и VMS.

К сожалению, ни Microsoft, ни IBM, законодатели мод на рынке персональных компьютеров в 80-е годы, не проявили должного внимания к технологии X11. И проблема не только в повышенных требованиях X11 к компьютерным ресурсам. Каждая из этих компаний хотела главенствовать на рынке ПК и не считалась с другими игроками. Характерно, что и Windows, и OS/2 очень похожи на X Window System, но функционально гораздо беднее. Они не предоставляют даже минимальных возможностей многопользовательской сетевой среды. Тем не менее множество продуктов независимых компаний позволяют реализовать X Window System в среде Windows и OS/2. Однако все такие приложения имеют тот недостаток, что оконная система X11 размещается поверх другой оконной системы (Windows или OS/2). Из-за этого страдает производительность и накладываются многочисленные ограничения на работу X11.

Слабостью X11 является и недостаточная защищенность при работе в сети, во всяком случае, плохо отвечающая современным требованиям к безопасности.

По данным некоторых исследований, спрос на X-терминалы в последнее время остается неизменным, хотя рынок UNIX-машин увеличивается. Причина здесь та же, что и в случае других тонких клиентов. Мало кто из пользователей хочет иметь у себя на столе "неполноценный" компьютер.

Обычно когда говорят о бездисковых станциях, то подразумевают не их функциональные особенности, а присущее им аппаратное ограничение - отсутствие винчестера. К бездисковым клиентам могут быть отнесены многие типы тонких клиентов: X-терминалы, Win-dows-терминалы, сетевые компьютеры, бездисковые станции UNIX и т. п. Чаще всего операционная система в бездисковую станцию загружается удаленно, хотя иногда она может содержаться во флэш-памяти или прошита в ПЗУ.

Ярким примером бездисковой станции служит бездисковый ПК в среде NetWare. Такие ПК очень популярны в банковской сфере, поскольку обеспечивают высокую степень безопасности и проще в администрировании, чем обычные компьютеры. Такие ПК работают следующим образом. В сетевой плате бездискового ПК установлено ПЗУ удаленной загрузки. При включении компьютера из ПЗУ сетевой платы инициализируется код, посредством которого посылается запрос по сети на загрузку ОС. Сервер NetWare в ответ на это пересылает загрузочный образ операционной системы, после чего подключаются сетевые диски NetWare.

Такие бездисковые станции могут работать с MS-DOS/Windows 3.x или Windows 95. Все приложения, выполняемые на ПК, и данные, которые они используют, сначала пересылаются по сети в оперативную память этого ПК. С точки зрения логики обработки графической информации нет принципиальной разницы между обычным ПК и бездисковой станцией NetWare, за исключением того, что приложения и данные хранятся не на локальном диске, а на сетевом.

Для бездисковых станций NetWare лучше всего подходит Ethernet, но годится и Arcnet (2 Мбит/с). В настоящее время бездисковые станции NetWare не очень популярны, поскольку объем информации, обрабатываемой настольными компьютерами, многократно возрос. Бездисковые станции NetWare создают слишком большую нагрузку на сеть и серверы.

Сетевые компьютеры обязаны своей популярностью развитию Web-технологий. Хотя сейчас многие называют сетевыми компьютерами совершенно различные устройства, сваливая в одну кучу и Windows-терминалы, и машины NetPC, и даже X-терминалы, в классическом определении СК - это бездисковый компьютер, предназначенный для выполнения Java-приложений в среде Internet/Intranet, и стоимостью порядка 500 долларов. Сам термин "сетевой компьютер" появился с легкой руки главы Oracle Ларри Эллисона, а концепция СК встретила поддержку основных противников Microsoft. Но к разочарованию многих создать СК стоимостью в 500 долларов так и не удалось. Обычно подразумевается, что на СК установлена Java-совместимая ОС, которая либо загружается с сервера, либо находится во флэш-памяти. К типичным СК можно отнести JavaStation компании Sun, работающую с операционной системой Java OS. И операционная система и Web-браузер HotJava здесь загружаются с сервера. После этого через Web-браузер можно осуществлять доступ к Java-приложениям в сети (см. Рисунок 2).

Рисунок 2.
Работа сетевого компьютера.

СК работает аналогично бездисковой станции NetWare, но между ними есть принципиальная разница. Во-первых, Java-приложения являются независимыми от платформы, поэтому их можно запускать на любом сервере Internet/Intra-net. Во-вторых, доступ приложений к данным может осуществляться не только локально (путем их пересылки на СК в формате HTML), но и удаленно, через соответствующее программное обеспечение серверов Web. Это позволяет значительно снизить сетевой трафик.

СК хорошо работает в локальной сети, однако в глобальных сетях низкая пропускная способность приводит к большим задержкам при загрузке Java-приложений. Стихия СК - сети с пропускной способностью больше 2 Мбит/с.

Основное функциональное достоинство СК во встроенной поддержке технологии Java и, таким образом, в независимости от операционной системы сервера. Как следствие, СК прекрасно подходит для гетерогенной сетевой среды. Еще одно преимущество СК - относительно невысокая цена. Конечно, ни о каких 500 долларах сейчас уже речь не ведется, но все равно стоимость СК - одна из самых низких среди тонких клиентов.

Недостатки СК являются продолжением их достоинств. Зависимость от Java можно трактовать и как ограничение. Прежде всего, Java-приложений сейчас на рынке совсем немного, особенно если речь идет о серьезных офисных пакетах. К тому же скорость выполнения Java-приложений крайне низка, и, как ни странно, особенно у СК. По тестам скорость выполнения Java-приложений на JavaStation на порядок ниже, чем на ПК с процессором Pentium, хотя и на процессорах Pentium она далеко не блестящая. Это вызвано принципиальными ограничениями технологии Java (Java - интерпретируемый язык), которые не удается преодолеть даже ухищрениями типа компиляция на лету (Just-In-Time). Тем не менее в скором времени на рынке должны появиться специализированные процессоры Java, которые позволят кардинально повысить производительность СК.

Сам по себе язык Java плохо подходит для обработки графической информации, и СК не могут тягаться с X-терминалами по возможностям работы с графикой. Однако в большинстве случаев сетевые компьютеры неплохо справляются с обычными офисными приложениями типа текстовых редакторов, а также с задачами удаленного управления серверами.

После объявления спецификации СК многие производители программно-аппаратного обеспечения поддержали эту идею. Многие, но далеко не все. Microsoft восприняла идею СК в штыки, поскольку видела в нем угрозу для своего доминирующего положения на рынке настольных систем. И, надо сказать, возражения Билла Гейтса не лишены логики. Кто захочет иметь у себя на столе этого, по компьютерным меркам, уродца, с крайне низкой производительностью, не имеющего винчестера, а по цене отличающегося от ПК только в два раза? Другое дело, что сам Гейтс предлагает не менее половинчатое решение.

Парни в Oracle и Sun оказались с большим чувством юмора. Они прогнозировали лавинообразный спрос на сетевые компьютеры, которые в конце концов должны серьезно потеснить, а то и вытеснить персональные компьютеры не только в организациях, но и в сфере домашнего использования. За последние годы X-терминалов продали несколько сот тысяч штук, но никто и никогда не говорил об их заметном влиянии на компьютерный бизнес.

Большинство экспертов упирает на то, что использование СК значительно снизит затраты на администрирование. Правда, каждый из них приводит в подтверждение свои собственные оценки, порой отличающиеся друг от друга на порядок. Но все-таки проблемы администрирования связаны скорее не с ПК, а с тем, что современное программно-аппаратное обеспечение плохо приспособлено для администрирования. Людям ради этого приходится искать обходные пути, которые может и упрощают администрирование, но в то же время усложняют жизнь конечным пользователям. Следуя такой логике, проще заменить ПК пишущими машинками и арифмометрами. Как известно, гильотина - лучшее средство от перхоти.

Понятно, что на корпоративном уровне можно заставить пользователей работать на СК в приказном порядке, но кто захочет поставить их у себя дома? К тому же в домашних условиях сетевой компьютер будет нормально работать только с высокоскоростным модемом, например с кабельным. А сам кабельный модем в настоящее время стоит столько же, сколько СК. Да и вряд ли пользователям понравится быть полностью зависимыми от своего провайдера и его сервера, тем более что зачастую все, что им нужно, - это поработать с текстовым редактором.

Пока прошел сравнительно небольшой срок от момента появления первых СК. Но и сейчас уже можно сделать кое-какие выводы. Спрос на СК оказался совсем не таким большим. Так, например, в Россию было поставлено всего несколько сотен СК серии JavaStation компании Sun, причем большая часть была заказана партнерами Sun, а не конечными пользователями.

В противовес инициативе СК компании Microsoft и Intel выдвинули свою собственную концепцию под кодовым названием NetPC, которая совместно со стратегией Microsoft Zero Admin Windows призвана снизить затраты на программно-аппаратное обеспечение и уменьшить расходы на администрирование клиентов в среде Windows NT. Согласно спецификации тонкий клиент NetPC должен иметь процессор не менее Pentium 133 МГц (или RISC, совместимый с NT), оперативную память не менее 16 Мбайт, поддерживать plug'n'play и шину USB.

Загружаться и управляться NetPC будет с сервера NT, а в качестве операционной системы будет применяться Windows 95/98 или Windows NT Workstation. Интересно, что компьютеры NetPC планируется делать немодифицируемыми. Администрирование NetPC, а также Windows-терминалов (см. далее) будет осуществляться через интерфейс WMI (Windows Management Interface), который станет составной частью Windows NT 5.0.

Предполагается, что для работы в сети будут использоваться приложения ActiveX и Java, причем, по вполне понятным причинам, Microsoft отдает приоритет технологии ActiveX.

Очевидно, что NetPC гораздо "толще" сетевого компьютера и имеет более мощные возможности. Кроме того, приложения ActiveX исполняются быстрее Java. ActiveX менее безопасны, чем Java, но в корпоративной среде Intranet это не имеет такого значения, как в Internet. Единственным, пожалуй, серьезным недостатком является то, что ActiveX, как и сама платформа NetPC, ориентирована на Windows, что ограничивает их использование в гетерогенной среде. Требования к пропускной способности сети у NetPC такие же, как у СК, но цена несколько выше (порядка 1000 долларов). Компьютеры NetPC подобно СК плохо справляются с интенсивной обработкой графической информации: ActiveX и Java не предназначены для этого.

Будущее покажет, насколько ожидания Microsoft и Intel в отношении NetPC оправданы. Но, скорее всего, на рынке домашних компьютеров у него будет проблем не меньше, чем у СК. Более вероятен интерес к NetPC со стороны корпоративных заказчиков, поскольку такое решение вполне подходит для работы с простыми офисными приложениями в локальных сетях.

Для Microsoft Windows существуют несколько продуктов независимых компаний, реализующих многопользовательский графический интерфейс. Среди них особо выделяется технология WinFrame, предложенная Citrix. На это есть две причины: во-первых, WinFrame необычайно гибкая и мощная технология, и, во-вторых, что, пожалуй, самое важное, технологию WinFrame взяла на вооружение Microsoft. На основе WinFrame компания Microsoft реализует проект Windows-based Terminal Server (кодовое название Hydra), согласно которому в среде Windows NT 5.0 Server будут поддерживаться Windows-терминалы, работающие по протоколу T.Share.

WinFrame - это многопользовательская сетевая среда, реализованная на основе протокола ICA (независимая компьютерная архитектура, Independent Computing Architecture). На Windows NT Server устанавливается серверная часть WinFrame, а клиентами могут быть самые разнообразные машины, включая несовместимые с Windows (см. Рисунок 3). В соответствии с архитектурой WinFrame приложения могут выполняться полностью на сервере WinFrame, а на клиент будет передаваться лишь изображение (вернее, изменения в изображении), а также осуществляться ввод информации с клавиатуры и мыши. Таким образом, на клиенте могут отображаться любые приложения, работающие в Windows NT (16- и 32-разрядные программы Windows и 16-разрядные приложения DOS). Протокол ICA в качестве транспортного может использовать фактически любой стандартный протокол, в частности TCP/IP, NetBEUI, IPX/SPX и PPP.

Рисунок 3.
WinFrame поддерживает различные платформы.

Клиент WinFrame самый тонкий из всех тонких клиентов. По сообщению Citrix, для работы клиента WinFrame достаточно бездисковой машины на базе 286-го процессора (!) с 640 Кбайт оперативной памяти (!!) при пропускной способности сети 20 Кбит/с (!!!). Правда, необходимо иметь в виду, что уменьшение "толщины" клиента приводит к увеличению "толщины" сервера, поскольку на нем выполняются все приложения клиентов. Положительной чертой WinFrame является то, что он поддерживает кластеры Windows NT Server.

Технология WinFrame поддерживает криптографическую защиту, собственный сервис удаленного доступа, сжатие данных, локальную и удаленную печать, отображение сетевых дисков сервера WinFrame на локальные диски и имеет много других интересных особенностей. Сверхтонкие клиенты WinFrame найдут свое продолжение в Windows-терминалах проекта Microsoft Windows-based Terminal Server (для Windows NT Server 5.0), хотя Microsoft решила использовать здесь собственный протокол T.Share. Сверхтонкие клиенты в качестве интерфейсов во внешний мир могут задействовать браузеры Web, которые, как и другие приложения, будут выполняться на сервере.

На основе технологии WinFrame могут реализовываться и другие типы клиентов наподобие СК, NetPC и даже более толстые (см. Рисунок 4), у которых имеются локальные диски и принтеры. В таком варианте клиенты WinFrame для доступа к корпоративной информации могут использовать приложения Java и ActiveX, выполняемые локально, а для работы с офисными программами задействовать сервер WinFrame в качестве сервера приложений.

Рисунок 4.
Приложения, выполняемые на сервере WinFrame, могут обращаться к ресурсам как сервера, так и клиента.

Технология WinFrame нашла немало сторонников (помимо Microsoft) в компьютерном мире. Например, по лицензии Citrix компании Textronic, Insignia и NCD продают продукты (WinDD, NTrigue и Win-Center Pro соответственно), предоставляющие возможности доступа к серверу NT со стороны UNIX-машин и X-терминалов.

WinFrame, безусловно, очень интересный продукт, но у него есть ряд недостатков. Прежде всего это вызвано ориентацией сервера WinFrame исключительно на Microsoft Windows NT Server 3.51. Кроме того, лицензия на одного клиента WinFrame достаточно дорогая - от 200 до 400 долларов (в зависимости от числа клиентов).

Поскольку в случае сверхтонкого клиента все приложения выполняются на сервере, то серьезные графические пакеты работают плохо: сервер испытывает большую перегрузку даже при небольшом количестве пользователей. Исполнение графических программ на клиенте WinFrame не идет ни в какое сравнение с работой на X-терминалах. Вместе с тем в отличие от программ для X Window System в среде WinFrame могут выполняться самые обычные программы Windows и DOS, т. е. не требуется специального программирования в расчете на серверную распределенную среду. Клиенты WinFrame отлично подходят для администрирования удаленных серверов NT, в том числе и по медленным линиям, и удовлетворительно - для работы с офисными приложениями.

По сравнению с другими технологиями WinFrame (необязательно в продуктах Citrix) более перспективна хотя бы из-за своей большой гибкости и невысоких требований к ресурсам.

Тонкие клиенты опять возвращаются в жизнь. Однако если отбросить излишнюю рекламную шелуху, то далеко не всегда дешевое решение - лучшее. Вывод напрашивается сам собой: чем "тоньше" клиент, тем "толще" сервер и тем хуже заказчик работает с графикой.