2A SI 1 - Introduction aux SI, et à la distribution des traitements et des données Stéphane Vialle Stephane.Vialle@supelec.fr http://www.metz.supelec.fr/~vialle Support de cours élaboré avec l aide de l équipe pédagogique du cours de SI 1. Introduction à la distribution des traitements et des données 1.1 Systèmes d information - première vision 1.2 Evolution des architectures applicatives 1.3 Emergence du middleware 1.4 Evolution des réseaux 1.5 Evolution vers des systèmes de grandes tailles 1.6 Evolution des modèles de programmation distribuée Introduction Systèmes d'information - première vision Plan Applications Clients, Serveurs, Sécurité Gestion Plan Réseaux Routage, Contrôle, Supervision, Plan Infrastructures Supports de transmission, Coupleurs de lignes, 1
1. Introduction à la distribution des traitements et des données 1.1 Systèmes d information - première vision 1.2 Evolution des architectures applicatives 1.3 Emergence du middleware 1.4 Evolution des réseaux 1.5 Evolution vers des systèmes de grandes tailles 1.6 Evolution des modèles de programmation distribuée Niveaux d abstraction d une appli. Les 3 niveaux d'abstraction d'une application : Interface Homme-Machine Conversationnel, Transactionnel, Web-based Logique applicative Enchaînement des traitements Applications «métiers» Gestion des données Stockage et sauvegarde Entrepôt de données «Où» découper l application? Schéma du «Gartner Group» distribuée distante Gestion distribuée des données distribués Base de données distribuée et données distribués 2
Architecture Un Tiers 1ère version : Application sur site central Mainframe Terminaux simples Traitement Modèle ancien Solutions propriétaires IHM rudimentaires Architecture Un Tiers 2ième version : Distribution d'applications autonomes Micro ordinateurs Réseau local Architecture plus récente Problèmes de mise à jour et de maintenance Serveur de fichiers (accès distant) Architecture Deux Tiers Autre appellation : Modèle "Client lourd" Micro ordinateurs Logique applicative Réseau local Problèmes de mise à jour et de maintenance Trafic réseau SQL, RPC, etc. SGBD (système de Gestion de Base de ) (requêtes, cohérence) 3
Architecture Trois Tiers Autre appellation : Modèle "Client léger" Micro ordinateurs (Navigateur Web) HTTP Réseau local Serveur applicatif (Serveur Web) SQL, RPC, etc. SGBD Logique applicative (requêtes, cohérence) 10 Le modèle client/serveur La répartition des tâches impose que: des applications soient responsables de servir certaines tâches: des serveurs d autres applications puissent accéder à ces services: des clients Les 2 applications clientes et serveur sont capables de communiquer en utilisant un dialecte commun: un protocole 11 Le modèle client/serveur Deux programmes coopérant à la réalisation d un même traitement : Le client Actif le premier, ouvre la session Effectue une demande de service auprès du serveur (requête) Le serveur Partie de l application qui offre le service Initialement passif, est à l écoute Répond au client après traitement de la requête (réponse) 12 4
Le modèle client/serveur Les parties client et serveur de l application peuvent s exécuter sur des systèmes différents Une même machine peut implanter les côtés client et serveur de l application Un serveur peut généralement répondre à plusieurs clients en même temps Même protocole de communication 13 Ex: le Webmail Le modèle client/serveur Client Web Serveur Webmail Serveur Mail A la fois client et serveur HTTP Client Web +Javascript Serveur Web Client Mail IMAP Serveur Mail Client Mysql Mysql Serveur Mysql 14 Ex: le proxy Le modèle client/serveur Client Web Serveur proxy Serveur Web «x» Client Web Lien http://x Lien ftp://y HTTP/PROXY Serveur Web Client Web A la fois client et serveur HTTP Serveur Web Client FTP FTP Serveur FTP Serveur FTP «y» 15 5
Architectures 4/3 et N Tiers 4 tiers N tiers Terminaux Diversifiés Serveurs de présentation Serveurs applicatifs Serveurs De données «Anything Anytime Anywhere» Interfaces multiples Equilibrage de charge Applications verticales Applications horizontales SGBD Annuaires Sécurité 1. Introduction à la distribution des traitements et des données 1.1 Systèmes d information - première vision 1.2 Evolution des architectures applicatives 1.3 Emergence du middleware 1.4 Evolution des réseaux 1.5 Evolution vers des systèmes de grandes tailles 1.6 Evolution des modèles de programmation distribuée Notion de Middleware (intergiciel) Des services disponibles Des facilités pour développer de nouveaux services Application cliente Des facilités pour trouver et appeler des services Talon (réalisées par des services d application de plus bas niveau) cliente Un support de communication entre services Application cliente Application Dialogue Client - Services haut niveau Service de bas niveau (aide à la gestion du SI) Middleware Dialogue Client Services bas niveau/serveur Service distant Talons de services distant «de quoi développer de + en + facilement des applications distribuées!» Plan Réseaux Routage, Contrôle, Supervision, Plan Infrastructures Supports de transmission, Coupleurs de lignes, 6
Notion de Middleware (intergiciel) Standards CORBA, Common Object Request Broker Architecture J2EE, Java 2 Entreprise Edition Produits Microsoft.Net IBM Websphere Middleware de Grille et de Cloud (SI de grande taille) Globus glite 1. Introduction à la distribution des traitements et des données 1.1 Systèmes d information - première vision 1.2 Evolution des architectures applicatives 1.3 Emergence du middleware 1.4 Evolution des réseaux 1.5 Evolution vers des systèmes de grandes tailles 1.6 Evolution des modèles de programmation distribuée Taxonomie des réseaux WAN Wide Area Networks Réseaux de transport des opérateurs de télécommunications Nationaux ou internationaux Réseaux d'accès («Boucle locale») Desserte des abonnés sur "le dernier kilomètre" (W)MAN (Wireless) Metropolitan Area Networks (W)LAN (Wireless) Local Area Networks Réseaux locaux d'entreprise Réseaux locaux industriels, "bus de terrain" Wireless LAN: WiFi Home networks (W)PAN (Wireless) Personal Area Networks Interconnexion d'équipements intelligents (GSM, PDA, etc.) Bluetooth 7
Contexte actuel WAN Boucle Locale LAN PAN Réseaux optiques DSL GSM, GPRS, UMTS Modems téléphoniques Bluetooth Ethernet InfiniBand clusters 50 K 100 K 1 M 10 M 100 M 1 G 10 G 1 T De nouveaux réseaux (Bluetooth, UMTS) Des évolutions (Ethernet, FastEthernet, GigabitEthernet, 10GigabitEthernet) La commutation par paquet Commutation par circuits : - On établit un circuit entre A et B - Une fois établi, ils dialoguent sur ce circuit uniquement - naturel, très efficace si beaucoup de ressources, coûteux Commutation par paquets : - A et B s échangent des paquets d informations - Les paquets peuvent emprunter des chemins différents - Un même lien peut propager des paquets provenant de communications différentes, dans une même période - plus complexe, plus efficace en moyenne, moins coûteux Si «flux de données» avec contraintes de temps (voix, vidéo) la commutation par paquet est moins «adaptée» mais on fait avec! 1980 : Apparition de la commutation par paquet Terminal simple Accès mode caractère Monovoie Bas débit Réseau téléphonique Terminal intelligent Accès mode paquet Monovoie ou multivoies Moyen débit Réseau téléphonique ou LS Réseau de transport Commutateur de rattachement Commutateur de transit Réseau d'accès "Boucle locale" Unité de traitement Accès mode paquet Multivoies Haut débit Ligne Louée 8
Années 80: Essor des réseaux locaux Avènement de l informatique personnelle et mise en œuvre des réseaux locaux Réseau téléphoniq ue (mode circuit) Réseau IP public Routeur Switch Ethernet Liaison Spécialisée Switch Ethernet Serveurs de l entreprise : DNS DHCP messagerie fichier WEB Annuaire Progiciels 25 Années 80 : la jungle des réseaux X25 Ethernet SNA SNA Token-Ring Microsoft Netbios Novell Netware IPX Banyan Vines 26 Constitution d un inter-réseau : IP IP WAN LAN Ethernet LAN Token-Ring 9
Années 90 : application de l internet, début des mobiles, satellites Ordinateur personnel + Modem Point de présence Fournisseur d'accès Boucle locale : Réseau téléphonique, ADSL, etc. INTERNET Réseau local Routeur Fournisseur de services 28 Années 2000 : internet, haut débit, multimédia et mobilité Point de présence Fournisseur d'accès Boucle locale : Réseau téléphonique, ADSL, etc. INTERNET Réseau local Routeur Fournisseur de services Années 2010 : tous raccordés tout le temps Augmentation du volume du trafic de données Augmentation du nombre de sites Haut débit pour tous Transport des données multimédia Télévision, téléphone, jeu, commerce, enseignement Accès mobile, sans fil Accès continu à l information Sur certains réseaux 60% du traffic est du «background traffic» : non initié par l utilisateur, mais par les applications 30 10
1. Introduction à la distribution des traitements et des données 1.1 Systèmes d information - première vision 1.2 Evolution des architectures applicatives 1.3 Emergence du middleware 1.4 Evolution des réseaux 1.5 Evolution vers des systèmes de grandes tailles 1.6 Evolution des modèles de programmation distribuée Introduction : évolution vers des systèmes de grandes tailles GRID : partage de ressources à grande échelle L utilisateur a accès à d énormes ressources, sans percevoir l architecture sous-jacente (son middleware la masque). Où sont stockées mes données? Où sont lancés mes calculs? Ne pas s en soucier, le middleware fait «au mieux». GRID Une «vraie» grille est multi-sites et multi-institutions Chaque institution apporte des ressources et sa configuration de site collaboration et partage de ressources Sécurité de l ensemble par assemblage de chaque politique de sécurité sécurité moyenne Fonctionne souvent en «best effort» (pas de «QoS») Introduction : évolution vers des systèmes de grandes tailles CLOUD : accès à des ressources avec «QoS» Une entreprise propose des ressources de calcul et de stockage «à la demande» avec de la QoS, et les facture en fonction de leur consommation exacte Les ressources sont possédées et gérées par une seule entreprise / une seule institution La sécurité dans le cloud est forte Le cloud propose des accès à des ressources avec de la «QoS», selon le contrat passé avec le client Les machines du cloud sont accessibles à travers des machines virtuelles pour s adapter aux besoins de nombreux clients Les ressources sont mutualisées pour réduire les coûts d exploitation (ex : accès à un ou des cœurs pour un temps limité) 11
Introduction : évolution vers des systèmes de grandes tailles Réseaux de capteurs : de nouveaux besoins Motivation : «réaliser des mesures au plus près d un phénomène» 100, 1000, 100 000 capteurs Pas toujours raccordés au réseau électrique Pas toujours raccordés à un réseau de communication permanent Besoin de nouveaux protocoles réseaux : minimisant les dépenses d énergie tolérant de nombreuses pannes de nœuds du réseau supportant l apparition et la disparition de nombreux nœuds mobiles Exemples : Mesure du graphe de mobilité des personnes dans un hôpital pour détecter des contaminations et propagation de maladies nosocomiales Supervision de la radioprotection en temps réel dans les centrales nucléaires (EDF) par des réseaux ad hoc de capteurs sans fil. Un nouveau type de SI de grande taille émerge Introduction : évolution vers des systèmes de grandes tailles P2P : l idée de départ Tata Toto Tata Titi Tutu Titi Tutu Toto Pb 1 : Efficacité de la recherche (temps pour retrouver et accéder une donnée) Pb 2 : Disponibilité et persistance des ressources (tolérance aux pannes) Redondance de stockage, Table de hachage distribuée, Algorithme de routage spécifique solutions algorithmiques complexes 1. Introduction à la distribution des traitements et des données 1.1 Systèmes d information - première vision 1.2 Evolution des architectures applicatives 1.3 Emergence du middleware 1.4 Evolution des réseaux 1.5 Evolution vers des systèmes de grandes tailles 1.6 Evolution des modèles de programmation distribuée 12
Introduction : évolution des modèles de programmation distribuée Confort de programmation croissant Poste client Système distribué Service «FFT» Serveur «traitement de signal» On commence par faire communiquer UN client avec UN serveur connu programmation par «socket» juste au dessus des couches réseaux On réalise la même opération avec plus de «confort» : moins de paramètres à spécifier pour le développeur applicatif programmation par RPC, puis RMI (nécessite un premier middleware) On programme un client pour qu il se connecte à un «service», installé sur un serveur précis mais inconnu nécessite un «annuaire» des services et serveurs (plus gros middleware) On veut laisser le «middleware» choisir «le meilleur» serveur hébergeant le service souhaité (complexe!) ce que font les middleware de Grid par exemple 13