По вашему запросу ничего не найдено :(
Убедитесь, что запрос написан правильно, или посмотрите другие
наши статьи:
В этой статье мы расскажем про самые популярные и полезные паттерны архитектуры программного обеспечения.
Многоуровневая архитектура (n-уровневая)
Многоуровневая архитектура является одной из самых распространенных. Ее идея заключается в том, что компоненты с одинаковыми функциями организованы в горизонтальные слои, или уровни. В результате чего каждый уровень выполняет определенную роль в приложении.
В таком варианте архитектуры нет ограничения на количество уровней, которое может иметь приложение. При этом здесь также продвигается концепция разграничения полномочий. Многоуровневая архитектура абстрагирует представление о программном обеспечении как о едином целом; предоставляя достаточно информации для понимания ролей каждого уровня и взаимосвязи между ними. Стандартной реализацией такой модели может быть:
Пользовательский интерфейс/уровень представления: отображение и запуск пользовательского интерфейса, отправка запросов серверному приложению.
Уровень приложений: содержит уровень представления, уровень приложения, уровень предметной области и уровень хранения и управления данными.
Уровень предметной области: этот уровень содержит всю логику предметной области, сущности, события и другие типы объектов, которые содержат логику предметной области.
Уровень базы данных: это уровень данных, который используется для сохранения данных, которые будут использоваться сервером приложений.
Пример: десктоп приложение, электронная коммерция или веб-приложения и т.д.
Клиент-сервер
Это наипростейшая архитектура, состоящая из сервера и нескольких клиентов. Она представляет собой распределенную структуру, которая распределяет задачи или рабочую нагрузку между поставщиками услуг, называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами.
При такой архитектуре, когда клиент отправляет запрос данных на сервер, сервер принимает этот запрос и отвечает клиенту, предоставляя требуемые данные. Клиенты своими ресурсами не делятся.
Пример: электронная почта, обмен документами, банковские операции и т.д.
Event-Bus (событийно-ориентированная архитектура)
Это распределенная асинхронная архитектура для создания быстро масштабируемых реактивных приложений. Такая архитектура подходит для стека приложений любого уровня, от маленьких до сложных. Основная идея – асинхронная доставка и обработка событий.
Эта модель состоит из четырех основных компонентов:
Источник события
Получатель события
Канал
Шина событий
Источник публикует сообщение в определенный канал на шине событий. Получатель подписывается на определенный канал и получает сообщения, которые публикуются на канале, на который они подписаны.
Пример: электронная коммерция, разработка мобильных приложений, службы уведомлений и т.д.
Шаблон брокера
Этот шаблон можно использовать для структурирования распределенных систем с несвязанными компонентами, взаимодействующими посредством удаленных вызовов служб. Компонент брокер отвечает за координацию обмена данными между компонентами; таких как переадресация запросов, а также передача результатов и исключений.
Серверы публикуют свои возможности (услуги и характеристики) брокеру. Клиенты запрашивает услугу у брокера, и затем брокер перенаправляет клиента к подходящей услуге из своего реестра.
Пример: ПО брокера сообщений, Apache ActiveMQ, Apache Kafka, RabbitMQ, JBoss Messaging и т.д.
Микросервисный шаблон
В данной модели службы взаимодействуют с использованием синхронных протоколов, таких как HTTP/REST, или асинхронных протоколов, таких как AMQP (Advanced Message Queuing Protocol - расширенный протокол организации очереди сообщений). Службы можно разрабатывать и разворачивать независимо, и каждая служба будет иметь собственную базу данных. Согласованность данных между службами поддерживается с помощью шаблона Saga (последовательность локальных транзакций).
Пример: может быть реализован в различных вариантах использования, особенно в обширном конвейере данных
Одноранговая модель (Peer-to-Peer)
Здесь, как и в обычной клиент-серверной архитектуре, несколько клиентов взаимодействуют с центральным сервером. Но модель одноранговой сети (Р2Р) состоит из децентралированной сети одноранговых узлов.
В этом шаблоне узлы ведут себя и как клиенты, и как серверы. Одноранговые узлы могут функционировать как клиент, запрашивающий услуги у других одноранговых узлов, и как сервер, предоставляющий услуги другим одноранговым узлам.
Сети Р2Р распределяют рабочую нагрузку между одноранговыми узлами, и все они вносят и потребляют ресурсы внутри сети без необходимости использования централизованного сервера. Одноранговый узел может динамически менять свою роль с течением времени
Пример: файлообменные сети, мультимедийные протоколы PDTP, P2PTV, биткоин, блокчен и т.д.
Blackboard (доска объявлений)
Данный паттерн полезен при решении задач, для которых не известны детерминированные стратегии решения.
Все компоненты имеют доступ к «доске объявлений». Компоненты могут создавать новые объекты данных, которые в последствие будут добавлены на эту доску. Компоненты ищут определенные типы данных на доске и находят их по образцу, совпадающему с существующим источником знаний.
Этот шаблон состоит из трех основных компонентов:
Доска объявлений: структурированная глобальная память, которая содержит объекты из пространства решений.
Источник знаний: специализированные модули с собственным представлением решения
Компонент управления: выбирает, настраивает и выполняет модули
Пример: быстрое распознавание, идентификация структуры белка, интерпретация сигналов звуколокатора, программы машинного обучения и т.д.
Основная цель TCP состоит в том, чтобы обеспечить транспортировать данные поверх IP. Как протокол более высокого уровня, он полагается на возможности адресации и мультиплексирования IPv6 для передачи информации на правильный хост назначения. По этой причине TCP не требует схемы адресации.
Управление потоком
TCP использует метод скользящего окна для управления потоком информации по каждому соединению между двумя хостами. Рисунок 1 демонстрирует это. На рисунке 1 предположим, что начальный размер окна установлен равным 20. Затем последовательность событий:
В момент времени t1 отправитель передает 10 пакетов или октетов данных (в случае TCP это 10 октетов данных).
В момент времени t2 получатель подтверждает эти 10 октетов, и для окна установлено значение 30. Это означает, что отправителю теперь разрешено отправлять еще до 30 октетов данных перед ожиданием следующего подтверждения; другими словами, отправитель может отправить до 40 октетов, прежде чем он должен будет дождаться подтверждения для отправки дополнительных данных.
В момент времени t3 отправитель отправляет еще 5 октетов данных, номера 11–15.
В момент времени t4 приемник подтверждает получение октетов через 15, и окно устанавливается на 40 октетов.
В момент времени t5 отправитель отправляет около 20 октетов данных, пронумерованных 16–35.
В момент времени t6 получатель подтверждает 35, и окно устанавливается на 50.
Следует отметить несколько важных моментов, касающихся этой техники:
Когда получатель подтверждает получение определенного фрагмента данных, он неявно также подтверждает получение всего, что было до этого фрагмента данных.
Если приемник не отправляет подтверждение—к примеру , передатчик отправляет 16-35 в момент времени t5, а приемник не отправляет подтверждение—отправитель будет ждать некоторое время и считать, что данные никогда не поступали, поэтому он будет повторно отправлять данные.
Если получатель подтверждает некоторые данные, переданные отправителем, но не все, отправитель предполагает, что некоторые данные отсутствуют, и ретранслирует с точки, которую подтвердил получатель. Например, если отправитель передал 16-35 в момент времени t6, а получатель подтвердил 30, отправитель должен повторно передать 30 и переслать.
Окно устанавливается как для отправителя, так и для получателя
Вместо использования номеров октетов TCP присваивает каждой передаче порядковый номер; когда приемник подтверждает определенный порядковый номер, передатчик предполагает, что приемник фактически получил все октеты информации вплоть порядкового номера передачи. Для TCP, таким образом, порядковый номер действует как своего рода “стенография” для набора октетов. Рисунок 2 демонстрирует это.
На рисунке 2:
В момент времени t1 отправитель объединяет октеты 1–10 и передает их, помечая их как порядковый номер 1.
В момент времени t2 получатель подтверждает порядковый номер 1, неявно подтверждая получение октетов 1–10.
В момент времени t3 отправитель связывает октеты 11–15 вместе и передает их, помечая их как порядковый номер 2.
В момент времени t4 получатель подтверждает порядковый номер 2, неявно подтверждая октеты, отправленные через 15.
В момент времени t5 предположим, что 10 октетов поместятся в один пакет; в этом случае отправитель отправит два пакета, один из которых содержит 16–25 с порядковым номером 3, а другой - октеты 26–35 с порядковым номером 4.
В момент времени t6 приемник подтверждает порядковый номер 4, неявно подтверждая все ранее переданные данные.
Что произойдет, если один пакет информации будет пропущен?
Что делать, если первый пакет из потока в 100 пакетов не получен? Используя систему, описанную на рисунке 2, получатель просто не подтвердит этот первый пакет информации, вынуждая отправителя повторно передать данные через некоторое время. Однако это неэффективно; каждый потерянный пакет информации требует полной повторной отправки из этого пакета. Реализации TCP используют два разных способа, чтобы получатель мог запросить один пакет.
Первый способ - тройное признание. Если получатель трижды подтверждает пакет, который предшествует последнему подтвержденному серийному номеру, отправитель предполагает, что получатель запрашивает повторную передачу пакета. Три повторных подтверждения используются для предотвращения неправильной доставки пакетов или отброшенных пакетов, вызывающих ложный запрос на повторную передачу.
Второй способ заключается в реализации выборочных подтверждений (SACK).15 SACK добавляет новое поле к подтверждению TCP, которое позволяет получателю подтвердить получение определенного набора серийных номеров, а не предполагать, что подтверждение одного серийного номера также подтверждает каждый более низкий серийный номер.
Как долго передатчик ждет перед повторной передачи?
Первый способ, которым отправитель может обнаружить потерянный пакет - это время ожидания повторной передачи (RTO), которое рассчитывается как функция времени приема-передачи (RTT или rtt). Rtt — это временной интервал между передачей пакета отправителем и получением подтверждения от получателя. RTT измеряет задержку в сети от передатчика до приемника, время обработки в приемнике и задержку в сети от приемника до передатчика. Обратите внимание, что rtt может варьироваться в зависимости от пути, по которому каждый пакет проходит через сеть, локальных условий в момент коммутации пакета и т. д.
RTO обычно рассчитывается как средневзвешенное значение, при котором более старые временные интервалы оказывают меньшее влияние, чем более поздние измеренные значения.
Альтернативным механизмом, используемым в большинстве реализаций TCP, является быстрая ретрансляция. При быстрой повторной передаче получатель добавляет единицу к ожидаемому порядковому номеру в любом подтверждении. Например, если отправитель передает последовательность 10, получатель подтверждает последовательность 11, даже если он еще не получил последовательность 11. В этом случае порядковый номер в подтверждении подтверждает получение данных и указывает, какой порядковый номер он ожидает от отправителя для передачи в следующий раз.
Если передатчик получает подтверждение с порядковым номером, который на единицу больше последнего подтвержденного порядкового номера три раза подряд, он будет считать, что следующие пакеты были отброшены.
Таким образом, существует два типа потери пакетов в TCP, когда реализован быстрый запуск. Первый-это стандартный тайм-аут, который возникает, когда отправитель передает пакет и не получает подтверждения до истечения срока действия RTO. Это называется отказом RTO. Второй называется быстрым сбоем ретрансляции. Эти два условия часто обрабатываются по-разному.
Как выбирается размер окна?
При выборе размера окна необходимо учитывать ряд различных факторов, но доминирующим фактором часто является получение максимально возможной производительности при одновременном предотвращении перегрузки канала. Фактически, контроль перегрузки TCP, вероятно, является основной формой контроля перегрузки, фактически применяемой в глобальном Интернете. Чтобы понять контроль перегрузки TCP, лучше всего начать с некоторых определений:
Окно приема (RWND): объем данных, которые приемник готов принять; это окно обычно устанавливается на основе размера буфера приемника или какого-либо другого ресурса, доступного в приемнике. Это размер окна, объявленный в заголовке TCP.
Окно перегрузки (CWND): объем данных, которые передатчик готов отправить до получения подтверждения. Это окно не объявляется в заголовке TCP; получатель не знает размер CWND.
Порог медленного запуска (SST): CWND, при котором отправитель считает соединение с максимальной скоростью передачи пакетов без возникновения перегрузки в сети. SST изначально устанавливается реализацией и изменяется в случае потери пакета в зависимости от используемого механизма предотвращения перегрузки.
Большинство реализаций TCP начинают сеансы с алгоритма медленного старта. 16 На этом этапе CWND начинается с 1, 2 или 10. Для каждого сегмента, для которого получено подтверждение, размер CWND увеличивается на 1. Учитывая, что такие подтверждения должны занимать ненамного больше времени, чем один rtt, медленный запуск должен привести к удвоению окна каждого rtt. Окно будет продолжать увеличиваться с этой скоростью до тех пор, пока либо пакет не будет потерян (приемник не сможет подтвердить пакет), CWND не достигнет RWND, либо CWND не достигнет SST. Как только любое из этих трех условий происходит, отправитель переходит в режим предотвращения перегрузки.
Примечание. Каким образом увеличение CWND на 1 для каждого полученного ACL удваивает окно для каждого rtt? Идея состоит в следующем: когда размер окна равен 1, вы должны получать один сегмент на каждый RTT. Когда вы увеличиваете размер окна до 2, вы должны получать 2 сегмента в каждом rtt; на 4, вы должны получить 4 и т. д. Поскольку получатель подтверждает каждый сегмент отдельно и увеличивает окно на 1 каждый раз, когда он подтверждает сегмент, он должен подтвердить 1 сегмент в первом rtt и установить окно на 2; 2 сегмента во втором rtt, добавляя 2 к окну, чтобы установить окно на 4; 4 сегмента в третьем RTT, добавив 4 к окну, чтобы установить размер окна равным 8 и т. д.
В режиме предотвращения перегрузки CWND увеличивается один раз за каждый rtt, что означает, что размер окна перестает расти экспоненциально, а вместо этого увеличивается линейно. CWND будет продолжать расти либо до тех пор, пока получатель не подтвердит получение пакета (TCP предполагает, что это означает, что пакет был потерян или отброшен), либо пока CWND не достигнет RWND. Существует два широко распространенных способа, которыми реализация TCP может реагировать на потерю пакета, называемых Tahoe и Reno.
Примечание. На самом деле существует множество различных вариаций Tahoe и Reno; здесь рассматриваются только самые базовые реализации. Также существует множество различных методов реагирования на потерю пакета, когда соединение находится в режиме предотвращения перегрузки.
Если реализация использует Tahoe, и потеря пакета обнаружена посредством быстрой повторной передачи, она установит SST на половину текущего CWND, установит CWND на исходное значение и снова начнет медленный запуск. Это означает, что отправитель снова будет передавать 1, 2 или 10 порядковых номеров, увеличивая CWND для каждого подтвержденного порядкового номера. Как и в начале процесса медленного запуска, это приводит к удвоению CWND каждого rtt. Как только CWND достигнет SST, TCP вернется в режим предотвращения перегрузки.
Если реализация использует Reno, и потеря пакета обнаружена посредством быстрой повторной передачи, она установит SST и CWND на половину текущего CWND и продолжит работу в режиме предотвращения перегрузки.
В любой реализации, если обнаруживается потеря пакета из-за того, что получатель не отправляет подтверждение в пределах RTO, CWND устанавливается на 1, и медленный запуск используется для увеличения скорости соединения.
Контроль ошибок
TCP предоставляет две формы обнаружения ошибок и управления ими:
Сам протокол, наряду с механизмом управления окнами, обеспечивает доставку данных в приложение по порядку и без какой-либо недостающей информации.
Контрольная сумма дополнения единицы, включенная в заголовок TCP, считается более слабой, чем Cyclic Redundancy Check (CRC) и многие другие формы обнаружения ошибок. Эта проверка ошибок служит дополнением, а не заменой, коррекции ошибок, обеспечиваемой протоколами ниже и выше в стеке.
Если получатель обнаруживает ошибку контрольной суммы, он может использовать любой из описанных здесь механизмов, чтобы запросить отправителя повторно передать данные—просто не подтверждая получение данных, запрашивая повторную передачу через SACK, активно не подтверждая получение данных через быструю повторную передачу или отправляя тройное подтверждение для конкретного сегмента, содержащего поврежденные данные.
Номера портов TCP
TCP не управляет каким-либо типом мультиплексирования напрямую; однако он предоставляет номера портов, которые приложения и протоколы выше TCP в стеке протоколов могут использовать для мультиплексирования. Хотя эти номера портов передаются в TCP, они обычно непрозрачны для TCP; TCP не придает никакого значения этим номерам портов, кроме использования их для отправки информации правильному приложению на принимающем узле.
Номера TCP-портов делятся на два широких класса: хорошо известные и эфемерные. Хорошо известные порты определяются как часть спецификации протокола верхнего уровня; эти порты являются портами «по умолчанию» для этих приложений. Например, службу, поддерживающую Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), обычно можно найти, подключившись к узлу с использованием TCP на порт номер 25. Службу, поддерживающую Hypertext Transport Protocol (HTTP), обычно можно найти, подключившись к узлу с использованием TCP на порт 80. Эти службы не обязательно должны использовать эти номера портов; большинство серверов можно настроить на использование какого-либо номера порта, отличного от указанного в спецификации протокола. Например, веб-серверы, не предназначенные для общего (или общедоступного) использования, могут использовать какой-либо другой TCP-порт, например 8080.
Эфемерные порты значимы только для локального хоста и обычно назначаются из пула доступных номеров портов на локальном хосте. Эфемерные порты чаще всего используются в качестве исходных портов для TCP-соединений; например, хост, подключающийся к службе через порт 80 на сервере, будет использовать эфемерный порт в качестве исходного TCP-порта. До тех пор, пока любой конкретный хост использует данный эфемерный номер порта только один раз для любого TCP-соединения, каждый сеанс TCP в любой сети может быть однозначно идентифицирован через исходный адрес, исходный порт, адрес назначения, порт назначения и номер протокола, работающего поверх TCP.
Настройка сеанса TCP
TCP использует трехстороннее рукопожатие для установки сеанса:
Клиент отправляет синхронизацию (SYN) на сервер. Этот пакет является обычным TCP-пакетом, но с битом SYN, установленным в заголовке TCP, и указывает, что отправитель запрашивает сеанс для настройки с получателем. Этот пакет обычно отправляется на хорошо известный номер порта или на какой-то заранее установленный номер порта, который, как известно клиенту, будет прослушиваться сервером по определенному IP-адресу. Этот пакет включает в себя начальный порядковый номер клиента.
Сервер отправляет подтверждение для SYN, SYN-ACK. Этот пакет подтверждает порядковый номер, предоставленный клиентом, плюс один, и включает начальный порядковый номер сервера в качестве порядкового номера для этого пакета.
Клиент отправляет подтверждение (ACK), включающее начальный порядковый номер сервера плюс один.
Этот процесс используется для обеспечения двусторонней связи между клиентом и сервером перед началом передачи данных. Первоначальный порядковый номер, выбранный отправителем и получателем, в большинстве реализаций рандомизирован, чтобы не дать стороннему злоумышленнику угадать, какой порядковый номер будет использоваться, и захватить сеанс TCP на начальных этапах его формирования.
Технология Blockchain представляет собой цепочку блоков, используемую для отправки информации о транзакциях и их хранении. Информация, хранящаяся в ней, может фактически принимать любую форму и отображать информацию о времени, дате или конкретной транзакции. Каждый блок содержит информацию о конкретном количестве транзакций. Когда он заполнен, создается еще один. Блоки можно отличить друг от друга с помощью уникальных хеш-кодов. Наиболее важной особенностью, которую имеет блокчейн, является тот факт, что он основан на одноранговой сети. Это означает, что ни один сервер или компьютер не проверяет транзакцию. Благодаря сложным криптографическим операциям технология полностью безопасна.
Как работает блокчейн?
Цепочка состоит из множества блоков. Создание другого блока возможно только после того, как транзакция была выполнена, и она будет завершена. Блокчейн использует одноранговую сеть. Это означает, что данные не хранятся в одном месте, что значительно усложняет хакерские атаки. Пользователь является единственным владельцем данных, убедившись, что они надежно защищены. После проверки транзакции она становится общедоступной, имеет хеш-код и присоединяется к ранее созданным блокам, образующим цепочку.
Цифровые подписи в блокчейне
Цифровые подписи делают то, что подразумевает название. Каждая транзакция должна быть проверена, поэтому получение подписи обязательно. Они обеспечивают безопасность и целостность данных, сохраненных в блоке. Это стандартная часть протокола цепочки блоков и защиты транзакций и их блоков. Преимущество цифровых подписей заключается в том, что они защищают не только саму транзакцию, но и личность того, кто ее выполняет.
Это для предотвращения хакерских атак. Подпись невозможно подделать, она является результатом очень сложной математической записи.
Блокчейн и безопасность
Безопасность блокчейна состоит из многих факторов, включая ранее упомянутую цифровую подпись и существование сетей P2P. Но не только они актуальны. Одним из ключевых элементов, отвечающих за безопасность, является консенсус сети. Консенсус означает, что все узлы в сети синхронизированы друг с другом. Узлы согласовываются с состоянием блокчейна, которое является своего рода самоконтролем. Они также позволяют обновлять цепочку блоков. Каждая криптовалюта должна иметь защиту от внешних атак. В свою очередь, немодифицируемость - это невозможность изменить транзакции, которые уже были подтверждены и выполнены.
Блокчейн построен таким образом, что не дает хакерам его атаковать. Редактирование блока влечет за собой изменение хеш-кода. Это определяется математической функцией. Если в нем изменятся какие-либо элементы, код также будет изменен. За ним больше блоков, что требует огромных вычислительных мощностей и это просто невозможно.
Блокчейн в бизнесе - приложение
Технология используется не только в криптовалютах. Многие бизнес-сектора используют эту технологию для улучшения своей деятельности. Повышается не только безопасность, но и упрощается процесс, что снижает затраты.
Блокчейн в цепочке поставок - использование этой технологии позволяет решить проблемы путем создания истории продукта. Поставщики и получатели могут получить представление о процессе производства товаров. Это также может обеспечить проверку источника товара, что важно для медицинской промышленности. Блокчейн также гарантирует, что лекарственные препараты хранятся в соответствующих условиях.
Блокчейн в банковском деле - позволяет пользоваться услугами банка независимо от дня и времени. Банки работают только пять дней в неделю, но каждый хочет пользоваться банковскими услугами в выходные дни. Блокчейн также помогает здесь проверить подлинность документов, и ускорить обмен средств.
Блокчейн в здравоохранении - позволяет хранить записи пациентов. Это также позволяет быстрее идентифицировать и повышает безопасность и конфиденциальность документации.
Блокчейн в криптовалютах - данная технология основой существования криптовалюты. Важно отметить, что сборы за транзакции не требуются из-за отсутствия центрального органа.
Блокчейн в системах голосования - подсчет голосов с их полной историей, которая предотвращает их фальсификацию.
Блокчейн в энергетике - учет транспорта энергии и внедрение счетчиков энергии в блокчейн.
Блокчейн в азартных играх - обеспечивает анонимность данных победителя, переводы выигрышей и создание собственных валют в компьютерных играх.
Блокчейн в государственных услугах - регистры персональных данных, налоги и регистры земли и ипотеки.
Это лишь некоторые из множества отраслей, в которых используется блокчейн. Технология оптимизирует многие процессы, которые кажутся естественными, и это ее заслуга.
Блокчейн - плюсы и минусы
Как и любая система и технология, блокчейн также имеет свои плюсы и минусы.
К преимуществам технологии блокчейн следует отнести:
децентрализация - хранение информации не основано на одном месте. Благодаря этому данные не так легко изменить или манипулировать ими;
снижение затрат - нет необходимости привлекать третьих лиц, необходимых для проверки определенных данных. Это снижает стоимость кампании, необходимой для выполнения ее процесса с точностью и безопасностью;
точность - блокчейн лишен человеческих ошибок;
безопасность - наличие технологии P2P, цифровых подписей и вышеупомянутых модификаций, и консенсуса делает процесс безопасным. За это отвечает наличие хеш-кода, который уникален для каждого отдельного блока, и его изменение, по возможности, практически невозможно.
Из недостатков блокчейна можно указать:
возможны хакерские атаки - как и в любой области, где есть технологии на базе компьютеров, есть вероятность атаки. Хоть это практически невозможно, но нельзя полностью исключить это;
генерация затрат - улучшения, которые приносит блокчейн, огромны, но для их достижения необходимо много вычислительной мощности и, следовательно, необходимость инвестировать в дорогостоящее оборудование;
ограниченное количество транзакций - как в случае с биткоинами, где подтверждение работы занимает около десяти минут, чтобы добавить новый блок в цепочку. То же самое относится к различным отраслям, где используется блокчейн.