Андрей Борзенко

Стремительный рост необходимого числа прикладных программ и приложений при постоянно возрастающих требованиях к мощности вычислительных ресурсов требует частой модернизации оборудования и периодической замены отдельных компонентов. Это увеличивает как стоимость самих аппаратных средств, так и дополнительные расходы на их поддержку. Совокупная стоимость владения компьютерной системой, или TCO (Total Cost of Ownership), включает в себя затраты на приобретение компьютерного оборудования, необходимого для выполнения современных, постоянно совершенствующихся программ, и поддержание его в рабочем состоянии, а также финансовые потери, обусловленные сбоями в его работе.

В 1994 г. Gartner Group (http://www.gartner.com) опубликовала результаты своих исследований, которые буквально шокировали мир бизнеса. Оказалось, что основная цена технологии составляет лишь 26% от реальных затрат. Общая стоимость владения полностью загруженного ПК оказалась на уровне 7-10 тыс. долл. Так, приобретенный еще два года назад ПК сегодня уже непригоден для выполнения (по крайней мере, с приемлемой скоростью) новых версий приложений, получаемых от производителей ПО. Поэтому машину приходится модернизировать. Затраты на модернизацию часто составляют до 50% от стоимости нового ПК. Возникает еще и проблема с модернизацией сетевого оборудования, пропускная способность которого уже не может удовлетворить ни клиент-серверные, ни обычные сетевые приложения. По разным оценкам, стоимость этого оборудования составляет до 30% от суммы стоимости ПК и серверов, используемых на предприятии.

Вообще говоря, в соответствии с предложенной Gartner Group моделью общей стоимости владения (TCO), цена компьютерных активов на протяжении их срока службы состоит из четырех слагаемых:

  • капитальных и других материальных затрат (стоимость ПК, комплектующих, лицензионные отчисления за ПО, плата за электричество и т. д.);
  • технического обслуживания, куда входит стоимость всех разовых технических работ (установка, ремонт, техническая справка, модернизация, утилизация по окончании срока службы);
  • административных расходов, таких как затраты на создание сети и обеспечение ее функционирования;
  • потери рабочего времени: например, время, которое пользователь тратит на изучение и настройку своей системы (в среднем у сотрудников уходит около трех недель рабочего времени в год на непроизводительную возню со своим ПК).

В последнее время довольно широкое распространение получила технология так называемых тонких клиентов (thin clients), ориентированная на минимизацию общей стоимости владения. Технология тонких клиентов базируется на трех основных составляющих: стопроцентном выполнении задач на сервере, многопользовательской операционной системе и методе распределенного отображения пользовательского интерфейса приложений. Эксперты компаний Gartner Group, Meta Group, Zona Research и Giga Information Group полагают, что именно применение тонких клиентов позволит снизить общую стоимость владения на 5-50%.

В той или иной форме тонкие клиенты известны уже давно. Вспомним, например, телетайпы, бездисковые рабочие станции, сетевые компьютеры и т. п. Тонкие клиенты поразительно напоминают вычислительные центры 70-80-х годов, оснащенные терминалами. Напомним, что до появления ПК основной составляющей в стоимости владения были затраты на приобретение или аренду, обслуживание и администрирование мэйнфрейма или центрального вычислительного комплекса с системным и прикладным ПО.

Обычно под тонким клиентом понимают бездисковое устройство (не имеющее жестких дисков и флоппи-дисководов), вычислительная мощность и объем памяти которого определяются задачами пользователя. В сетях тонких клиентов все вычисления выполняются на сервере, что знаменует возврат к централизации; при этом, разумеется, резко снижаются требования к аппаратуре на рабочих местах. Приложения и данные, хранящиеся на сервере, становятся доступными для пользователя при включении его устройства и проведении на сервере процедуры регистрации. Современные тонкие клиенты считаются закрытыми системами только в том смысле, что у них нет приводов для сменных носителей и разъемов расширения. Все необходимое оборудование подключается обычно через порты USB. Архитектуры с тонкими клиентами позволяют сократить затраты двумя способами: во-первых, за счет уменьшения расходов на аппаратное обеспечение (например, вследствие отказа от жестких дисков на клиентских машинах); во-вторых, за счет снижения затрат на администрирование сети на базе ПК. Стратегия с использованием тонких клиентов превращает рабочую станцию в современный эквивалент терминала, в результате чего сокращается число потенциальных источников сбоя в сети.

Кроме того, возрастает среднее время безотказной работы (Mean Time Between Failure, MTBF). Если для обычного ПК оно составляет всего 20-25 тыс. ч, то для тонкого клиента - 175 тыс. ч.

Дискуссии о "толщине" тонких клиентов не стихают уже несколько лет. В частности, при оценке настольных устройств на предмет их "толщины" в качестве критерия часто используют отсутствие процессоров и памяти. Первыми, причем абсолютными, тонкими клиентами были терминалы ASCII - клавиатура и монитор, просто отображающий символы, возвращаемые, как эхо, из удаленного места. Такие клиенты чересчур тонки с точки зрения современных требований, но ими возможные варианты не ограничиваются.

К числу тонких клиентов обычно относят и сетевые ПК (Network PC, или NetPC), использующие стандартные процессоры Intel и операционную систему Windows. В частности, корпорация Microsoft выделяет следующие типы "тонких" клиентов: Windows-терминалы, ПК и NetPC. Сразу отметим, что тонкие клиенты вовсе не призваны заменить традиционные ПК, но в ряде случаев обладают определенными преимуществами. Так, несмотря на появление разнообразных средств системного управления ПК, многим ИТ-менеджерам по-прежнему приходится прилагать немалые усилия для своевременного обновления ПО и для поддержания его надежной работы. Немало пользователей ПК оказываются абсолютно беспомощными, сталкиваясь со сбоями в их работе, и поэтому предъявляют повышенные требования к надежности компьютеров. В этом случае именно хорошо управляемая информационно-вычислительная система на базе тонких клиентов всегда считалась оптимальным решением, по надежности, безопасности и предсказуемости не уступающим мэйнфреймам. Эта технология позволяет системным администраторам с одного рабочего места разворачивать приложения, а также выполнять операции, связанные с управлением и поддержкой, затрачивая на это считанные минуты.

Кроме того, тонкие клиенты обеспечивают производительность, сравнимую с производительностью локальной сети, даже на низкоскоростных линиях. Дело в том, что приложения не перекачиваются по сети и не запускаются на пользовательском компьютере. А обмен с сервером данными о нажатии клавиш, движениях мыши и обновлениях дисплея происходит очень эффективно. В результате администраторы информационных систем могут предоставить пользователям решение, обеспечивающее высокий уровень производительности.

Тонкие клиенты лучше использовать для работы с традиционными офисными приложениями. Их можно легко задействовать и в качестве терминала базового компьютера, что весьма актуально для средних и крупных предприятий. А вот для решения задач автоматизированного проектирования, разработки и отладки ПО, требующих значительных системных ресурсов, такого рода замена совершенно неэффективна. Кроме того, технология тонких клиентов предоставляет доступ к приложениям для Windows NT тем пользователям, которые желают работать с этой операционной системой на своем компьютере, но не имеют такой возможности из-за высокой стоимости обновления аппаратного обеспечения и сетевой инфраструктуры.

Windows-терминалы

Большим спросом на рынке тонких клиентов пользуются так называемые Windows-терминалы. По оценкам IDC (http://www.idc.com), они занимают более половины рынка всех тонких клиентов, а к 2003 г. их доля может вырасти до 69%. Крупнейший производитель подобных устройств - компания Wyse Technology (http://www.wyse.com), которая выпустила Windows-терминал под торговой маркой Winterm еще в 1994 г. В настоящее время этой компании, по ряду оценок IDC, принадлежит до 40% корпоративного рынка тонких клиентов. Сама же архитектура Windows-терминалов как тонких клиентов была разработана Citrix Systems (http://www.citrix.com). Эта компания занимается подобными проблемами уже более десяти лет (еще в 1990 г. она выпустила многопользовательскую версию OS/2).

Fig.1 Windows-терминал Wyse Winterm 3350 на базе технологии Geode.

Ну а началось все в далеком 1995 г., когда Citrix сделала нечто такое, что многие считали просто невозможным: превратила Windows NT в операционную систему для поддержки тонких клиентов. Получив лицензию на Windows NT Server 3.51, Citrix стала продавать WinFrame - многопользовательскую версию, доступ к которой осуществлялся со специальных терминалов. Первые клиенты, так называемые терминалы на базе Windows (Windows-based Terminal, WBT), благодаря поддержке эмуляции могли заменить имеющиеся "неинтеллектуальные терминалы" при подключении к большим и мини-компьютерам.

WinFrame оказалась надежным, масштабируемым решением, позволяющим запускать приложения Windows на защищенном сервере Windows NT Server. Удаленный клиент взаимодействовал с сервером с помощью фирменной независимой архитектуры вычислений Citrix (Independent Computing Architecture, ICA). Использование протокола Citrix ICA имело важнейшее значение, поскольку он позволял поддерживать практически любых клиентов, в том числе унаследованные системы. Протокол ICA расширял возможности клиентской части, например, он позволял подключать устройства, непосредственно подсоединенные к параллельным и последовательным портам компьютера-клиента. Минимальные требования ICA к оборудованию: 286-й процессор и 640 Кбайт оперативной памяти. Список клиентов для WinFrame был весьма обширен: в него входили DOS, Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, UNIX и Macintosh, а также Web-браузеры- Internet Explorer и Netscape Navigator. Для ICA достаточно скорости передачи всего в 20 Кбит/с, благодаря чему WinFrame вполне подходила для работы даже по модемным соединениям и каналам Интернета, не говоря уже о локальной сети. Многопользовательский сеанс поддерживался объектом WinStation, управляющим ресурсами приложений, к которым пользователи обращались во время текущего сеанса. Каждая "станция" WinStation была способна поддерживать только один тип соединений, к примеру, последовательное соединение или любой стандартный сетевой протокол, в том числе TCP/IP, NetBIOS, IPX и SPX.

Клиент-серверная архитектура, реализованная в WinFrame, отличалась хорошей гибкостью. Приложения работали на сервере WinFrame изолированно друг от друга, но они совместно могли использовать память и другие вычислительные ресурсы. Как уже отмечалось, каждое приложение могло обращаться к диску или принтеру как на сервере, так и на клиентском устройстве. WinFrame поддерживал многопроцессорные системы, а также кластерные системы с помощью входящего в состав WinFrame 1.7 программного обеспечения выравнивания нагрузки. ПО WinFrame могло работать в любой сети, где применялись поддерживаемые Windows NT протоколы, в том числе TCP/IP, NetBIOS, IPX и SPX, а также прямые последовательные соединения. Например, сервер WinFrame мог функционировать в сети Novell IntranetWare с протоколом IPX.

Microsoft, однако, отказалась предоставить Citrix лицензию на исходный код Windows NT 4.0 и объявила о разработке своей собственной конкурирующей многопользовательской архитектуры. В конце концов, в 1997 г. компании поменялись ролями: Microsoft отказалась от своей идеи и сама лицензировала технологию Citrix, выпустив в 1998 г. продукт Windows NT Server 4.0 Terminal Server Edition. Однако, будучи свободной в своих действиях, Citrix между тем выпустила усовершенствованную редакцию сервера, названную MetaFrame.

Предложенная Citrix система MetaFrame функционирует как бы поверх Windows NT или Windows 2000 Terminal Services. Версия MetaFrame 1.8 совместима с Windows NT 4.0 и с Windows 2000. Не ограничиваясь платформой Windows, Citrix объявила о разработке UNIX-версии MetaFrame - сначала для Solaris, а затем для Linux. Это позволяет клиентам ICA обращаться к приложениям с помощью X Window, Java или текста, без накладных расходов на эмулятор.

Реализации технологии тонких клиентов от Citrix и Microsoft несколько различаются между собой, и это различие сохраняется до сих пор. Microsoft решила не лицензировать у Citrix протокол независимой вычислительной архитектуры ICA, а создать для взаимодействия клиента и сервера свой собственный протокол удаленной настольной системы (Remote Desktop Protocol, RDP). Оба протокола предусматривают передачу только обновлений экрана, перемещений мыши, нажатий клавиш и т. п., оставляя все вычисления за сервером. Оба могут реализовываться по любому соединению, где поддерживается IP, в том числе по коммутируемым каналам. Однако многие эксперты считают, что ICA тоньше и универсальнее. Кроме того, стратегия Microsoft в отношении RDP состоит в поддержке только 32-разрядных версий Windows и некоторых других клиентов Windows, тогда как ICA совместим также с Macintosh, рабочими станциями UNIX, клиентами Java и др. В ICA впервые стали поддерживаться такие важные функции, как перенаправление портов сервера на локальные принтеры. Например, Citrix предлагает для работы в Web-браузерах клиент ICA в виде подключаемых модулей для Netscape Navigator или элементов управления ActiveX для Internet Explorer.

Впрочем, с выходом Windows 2000 Server компания Microsoft продемонстрировала свою серьезную заинтересованность в поддержке вычислений на базе тонких клиентов. Например, редакции Windows 2000 Advanced Server и Datacenter Server поддерживают теперь функции распределения нагрузки. RDP также претерпел ряд усовершенствований, в том числе теперь он обеспечивает многоуровневое шифрование, поддержку локальных принтеров, перенаправление содержимого буфера вырезанного изображения и клиентов браузера на базе ActiveX. Кроме того, Microsoft добавила полезную функцию Client Connection Manager, позволяющую администраторам создавать на клиентских рабочих столах пиктограммы, нажатие на которые приводит к установлению соединения с одним или более серверами, где выполняется Windows Terminal Server. Стоит отметить, что если в качестве терминала используются обычные ПК (например, морально устаревшие), на них локально должна быть установлена операционная система. В комплект поставки Windows 2000 Server входят клиенты для Windows 3.x, Windows 9x, Windows 2000. Для поддержки других операционных систем - DOS, MacOS, UNIX необходима установка на сервер Windows 2000 пакета MetaFrame.

Считается, что в средствах административного управления Citrix реализован более обширный набор функций, чем в пакете Windows 2000 Terminal Services. Так, предусмотренная в программе MetaFrame функция Program Neighborhood, которая предназначена для управления как отдельными клиентами, так и группами, облегчает доступ сотрудников к выделенным для них приложениям. Обращают на себя внимание и такие разработанные фирмой Citrix средства, как, например, ReadyConnect Client, позволяющее предварительно определять параметры клиентов, а также функции автоматического обновления клиентского ПО.

Стоит отметить, что в сетях тонких клиентов реализуется необходимый уровень безопасности. При включении устройства на сервере выполняются аутентификация и регистрация абонента. Кроме того, на основе анализа персонального IP-адреса, который играет роль идентификатора пользователя, определяется его принадлежность к той или иной виртуальной сети VPN. Как правило, сети тонких клиентов закрытые, их соединение с магистральной сетью обычно осуществляется только через прокси-сервер.

Кроме того, технология тонких клиентов повышает защищенность данных, так как при ее использовании данные не загружаются по сети на пользовательский компьютер. Технология также упрощает репликацию данных и обеспечивает всем доступ к одной и той же централизованной информации. Это означает, что затраты по поддержанию распределенных баз данных можно сократить, увеличив при этом их надежность.

"Сердце" терминала

Несмотря на рост конкуренции, рынок "действительно тонких" клиентов практически полностью принадлежит Citrix и Microsoft. Это отчасти связано с изобилием на рынке Windows-терминалов со встроенной поддержкой ICA и RDP. Кроме Wyse Technology, на рынке Windows-терминалов работают и другие производители (более 20 фирм), в том числе Boca Research (BocaVision), Boundless Technologies (Capio), Netier Technologies (NetXpress), Network Computer Devices (ThinSTAR), Neoware Systems (NeoStation, Eon), TeleVideo (TeleCLIENT) и т. д. (отметим, что Boundless Technologies недавно была куплена Network Computer Devices). Гиганты компьютерной индустрии, такие как IBM, Compaq, Dell, Fujitsu-Siemens и Unisys, также не остались в стороне и сегодня активно работают на рынке тонких клиентов.

Все эти компании предлагают устройства в самых различных конфигурациях, обеспечивающих ту или иную функциональность. Некоторые из терминалов не имеют почти никакого аппаратного обеспечения, тогда как другие оснащаются портами USB, стереофоническими аудио- и видеосистемами, а также оперативной памятью до 32 Мбайт. Кроме того, устройства различаются по своему внешнему виду, эмулируемым терминалам (например, VT100, 3270 и т. д.) и другим параметрам. Они имеют встроенную ОС, занимающую, например, до 8 Мбайт флэш-памяти. Обычно это Windows CE, хотя некоторые производители используют собственные специальные ОС (впрочем, совместимые с RDP и ICA), другие же предлагают модели на базе Linux. Большинство Windows-терминалов поддерживают разрешающую способность экрана на уровне 1024х768 или 1280х1024 при частоте вертикальной развертки 75 или 85 Гц. В качестве сетевого соединения обычно используется 10Base-T, но чаще 10/100Base-T.

Fig.2 Windows-терминал Neoware NeoStation 3000c.

Что же касается процессора - "сердца" терминала, то здесь упор делается на обычную продукцию корпораций Intel (Pentium II/III), AMD (K6-2) и National Semiconductor (Cyrix MediaGX), но, как показывает практика, подавляющее число устройств используют все-таки кристаллы National Semiconductor (http://www.national.com). Эта компания - предпочтительный поставщик технологии тонких клиентов и имеет самую большую базу заказчиков, включая таких ведущих OEM-производителей, как Wyse, Compaq, IBM, Acer, Boundless и Dell. По данным IDC доля продукции National Semiconductor на рынке тонких клиентов составляет примерно 80%.

Микропроцессор Geode GX1 стал первым чипом National Semiconductor, созданным по 0,18-микронной технологии. Как и его предшественник (Geode SC1400), он предназначен для использования в различного рода Интернет-приставках, сетевых терминалах и альтернативных устройствах доступа к Сети. Особенность этого быстродействующего кристалла, выполненного в миниатюрных корпусах BGA и SPGA, - низкое энергопотребление: от 0,8 до 1,2 Вт, в зависимости от режима функционирования. Модуль процессора, построенный на основе архитектуры x86, включает в себя блок арифметики с плавающей точкой, интегрированные контроллеры дисплея, памяти типа SDRAM, шины PCI, а также ускоритель работы с двухмерной графикой. Микросхема GX1 поддерживает набор команд MMX и выпускается в версиях с тактовыми частотами 200, 233, 266, 300 МГц. В комплекте с сопутствующими микросхемами CS9211 (графические аксессуары) и CS5530 (подсистема ввода-вывода) Geode GX1 и ныне предлагается как готовое к употреблению решение для устройств с поддержкой большинства популярных промышленных стандартов.

В прошлом году National Semiconductor объявила о выпуске второго поколения микросхем Geode, которые объединяют на одном кристалле процессор, графическую и аудиоподсистемы, а также ряд периферийных интерфейсов. Известно, что интеграция в одной микросхеме нескольких функций имеет как положительные, так и отрицательные стороны. С одной стороны, появляется простор для разработчиков: устройство можно сделать не только маленьким, но и более дешевым. Кроме того, в ряде случаев повышается и надежность всего устройства. С другой стороны, сконструированное устройство практически не поддается модернизации. Подобные кристаллы оказались востребованными на разных рынках, в том числе и для тонких клиентов.

Fig.3 Однокристальное решение для тонких клиентов - микросхема Geode SC2200.

Новое поколение Geode представлено семействами микросхем SC1200, SC2200 и SC3200. Составные части новых кристаллов - 32-разрядный процессор Geode GX1 с поддержкой ММХ, видеопроцессор для ЖК-дисплея и модуль интерфейсов ввода-вывода. 64-разрядный контроллер памяти поддерживает работу с микросхемами SDRAM с частотой 66 и 100 МГц. Модуль интерфейсов ввода-вывода обеспечивает работу нескольких портов. Потребители SC2200 могут конструировать системы, состоящие всего из нескольких микросхем. По данным National Semiconductor, микросхемы Geode SC2200 с тактовыми частотами 200 МГц и 233 МГц в среднем потребляют менее 2 Вт мощности. Благодаря высокой интеграции новый кристалл обеспечен встроенной поддержкой обработки графики, интерфейсом USB и рядом других функций. Это позволяет создавать более дешевые, экономичные и компактные системы. Например, современный тонкий клиент Compaq Evo T20 базируется на процессоре Geode GX1 и включает в себя чип-компаньон CS5530A, а также контроллер Ethernet DP83815 MacPHYTER (все производства National Semiconductor).

Fig.4 Процессор Geode GX1 и чип-компаньон CS5530.

Будем экономить энергию

По прогнозам IDC, продажи тонких клиентов для корпораций в этом году достигнут 1,3 млн штук, к 2003 г. - 6 млн, а к 2005 г. превысят 8,7 млн штук. При этом основной прирост будет достигнут за счет внедрения ОС Windows 2000.

В заключение можно отметить, что технология тонких клиентов несомненно заслуживает особого внимания ИТ-специалистов. Уже сейчас на многих предприятиях возникает потребность в оснащении дополнительных мест для работы с современными офисными приложениями. Установка полнофункциональных ПК в ряде случаев нецелесообразна по экономическим, технологическим или организационным причинам. А вот, например, в Калифорнии, где в настоящее время остро стоит проблема нехватки электроэнергии, тонкие клиенты имеют хорошую перспективу, поскольку один Windows-терминал (в частности, Wyse Winterm) может сэкономить до 80% электроэнергии по сравнению с обычным ПК. К этому факту привлекли даже внимание президента Буша. Что же касается нашей страны, то в ряде ее регионов "калифорнийские проблемы" известны не понаслышке, а значит, тонкие клиенты получают в России дополнительный шанс.