مقاله تخصصي
معماري شبکه کامپيوتري سازمانها: استراتژي بر اساس روند تکنولوژي

چكيده
مسابقه بين سخت افزار و نرم افزار هيچگاه برنده اي ندارد ولي گاهي يکي از ديگري جلو تر است. آنچه در اين مسابقه براي يک طراح سيستم مهم است حفظ حاشيه امن براي تضمين بقاي طرح مي باشد (Anne Lapkin, 2009). شايد در نگاه اول به نظر برسد بهترين طرح براي يک نرم افزار طرحي است که حداکثر استفاده را از سخت افزار برده باشد يا برعکس بهينه ترين طرح سخت افزار طرحي است که دقيقا تمامي نيازهاي نرم افزار را برآورده کند. در اين مقاله طي بررسي مورديِ طراحي سيستم شبکه کامپيوتري بر اساس تکنولوژي تين کلاينت (Thin client)، استراتژيهاي فوق ارزيابي خواهند شد و نشان خواهيم داد که تقابل بين نرم افزار و سخت افزار و روند تکنولوژي آنها چگونه مي تواند بر معماري سيستم اثر گذار باشد.

مقدمه
مهاجرت: از اواسط دهه هشتاد ميلادي سيستمهاي کامپيوتري از کامپيوترهاي مرکزي بزرگ ، به سمت شبکه هاي توزيع شده از کامپيوترهاي روميزي حرکت کردند. انگيزه اين اقدام نياز به محيط کاري گرافيکي بود که به لطف دسترسي گسترده به کامپيوترهاي روميزي با توان پردازشي بالا امکان پذير شد (Brian K. Schmidt et al., 1999). اين حرکت نيز خالي از اشکال نبود: اطلاعات پراکنده بوده، تمرکز نگهداري و تعميرات نيز سخت مي بود. همچنين ماشينها هر چند سال يکبار -براي بهره بردن بهينه از تکنولوژي روز- جايگزين مي گردند و حتي براي مقرون به صرفه بودن، نگهداري ساده تر و امنيت بيشتر تخصصِ کاري را بين ماشينها توزيع مي کردند. با وجود ارزانتر و قويتر شدن کامپيوترهاي رو ميزي بسياري از اين مشکلات هنوز هم وجود دارند. در عمل ثابت شده است که "مديريت و نگهداري" فاکتور غالب در برآورد ريسک و همچنين هزينه کلي سازمان است، مخصوصا وقتي در مورد شبکه اي از کامپيوترهاي روميزي صحبت مي کنيم. علاوه بر اين در چنين شبکه هايي اجراي کارهاي بزرگي که نياز به منابع زياد دارد امکان پذير نمي باشد.
بازگشت: تحقيقات زيادي انجام شده است تا بتوان از منابع بلااستفاده موجود در شبکه ( توان پردازش، حافظه،...) براي رفع مشکلات فوق استفاده نمود. روشهاي زيادي در اين راستا پيشنهاد شده که بعضي از آنها در عمل استفاده شده اند. بيشتر اين روشها مانند محاسبات ابري به دلايل مختلف که اغلب مديريتي مي باشند آينده روشني ندارند (Dane S. Anderson, 2009) و شايد در کشورهايي که صنعت تلفن همراه پيشرفتهاي زيادي داشته است، راه خود را در کامپيوترهاي قابل حمل پيدا کنند (Junichi Saeki et al., 2009) ولي به نظر مي رسد بازگشت به سيستم اشتراک زماني و بکار گيري پشته اي از منابع سخت افزاريِ متمرکز راهکار مناسبي باشد. قوي تر شدن روز به روزِ سرورها (Server)و بيکار بودن اين توان در بيشتر مواقع، راهکار بازگشت به تمرکز منابع را تقويت مي کند. اين حرکت به لطف روند توسعه تکنولوژي نيمه هادي و توليد پردازشگرهايي با توان مصرفي بسيار پايين و در عين حال قدرت پردازش قابل قبول در کنار توليد پردازشگرهاي بسيار قوي و پر مصرف انگيزه هاي اقتصادي بالايي دارد.

روند تکنولوژي: حرکت سبز
پيش بيني آينده تکنولوژي مخصوصا در محيطِ پويايِ فن آوري اطلاعات کار بسيار سختي ميباشد به صورتي که بارها بزرگان اين صنعت در پيشبيني روند اشتباه نموده اند. به عنوان مثال در سال 1981 بيل گيتس فکر ميکرد ارتقاء حافظه کامپيوترها از 64 کيلوبايت به 640 کيلوبايت حداقل براي ده سال آينده آزادي عمل کافي را به نرم افزار خواهد داد در صورتي که در کمتر از که شش سال اين محدوديت تبديل به يک بحران جدي شد (Wikiqoutes). به طور ميانگين در ده سال گذشته توانايي پردازشگرهاي مرکزي کامپيوترهاي عادي روميزي از Pentium III تا Core i7 بيش از 45 برابر شده است (Passmark, 2009) و ظرفيت ديسک سخت اين کامپيوترها نيز در اين مدت بيش از 1000 برابر شده است. اين پيشرفت خطي نمي باشد و هر چند سال يک بار بر سرعت آن افزوده مي شود (Intel Corp., 2007) (Natarajan, 2008) و نسبت قيمت بر قابليتهاي سخت افزار نيز روز به روز کمتر مي شود به اين معني که توان پردازش هر روز ارزانتر مي شود. علاوه بر اين ميزان توان مصرفي نسبت به توان پردازشي نيز به شدت درحال سقوط است. با توجه به روند نزولي اقتصاد جهاني به نظر مي رسد در چند سال آينده از شيب صعودي قابليتهاي سخت افزاري کاسته و بر شيب نزولي نسبت قيمت بر قابليت افزوده شود. تکنولوژي نرم افزار نيز روند خود را خواهد داشت و بطور خاص به نظر مي رسد توسعه تجاري نرم افزاهاي متن باز، توسعه مجازي سازي ايستگاههاي کاري و سرورها و همچنين تغيير سياست فروش مجوز به فروش اشتراکِ خدمات روند توسعه خود را با سرعت بيشتري ادامه دهند (Hart, 2007). از آنجا که تغيير جهانيِ آب و هوا، دردي است که تجارت مي تواند و بايد تسکين بدهد سازمانهاي تجاري و دولتي هر دو براي سبز شدن تحت فشار هستند. اين حرکتِ سبز از اداره سبز به استراتژي تکنولوژي اطلاعات سبز گسترش خواهد يافت تا بتواند در سه حوزه مصرف انرژي، بازيافت مواد مصرفي و مديريت اسناد - مخصوصا در مورد صنعت چاپ - مثبت باشد (Philip Carter et al., 2008) بنا بر اين استراتژيهايي که با اين حرکت سبز همگرا باشند از اقبال بيشتري برخوردارند.

انقلاب مجازي: برتري سخت يا استقلال نرم ؟
تقريبا 90 درصد بازار سرورها ماشينهاي x86 هستند که با توجه به سنتِ يک کاربرد براي هر سرور، 80 الي 90 در صد قدرت محاسباتي در هر لحظه بيکار مي ماند. در اين نقطه به نظر مي رسد سخت افزار در مسابقه گوي سبقت را ربوده و از نرم افزار پيشي گرفته است ولي مي بينيم که نرم افزار پيروزي رقيب را يک فرصت تلقي کرده با تکنيک مجازي سازي نه تنها عملاً استقلال خود را از سخت افزار اعلام ميکند بلکه ايالتهاي خود مختاري را نيز در درون خود ايجاد مي کند . مجازي سازي تاثيرگذار ترين موضوع بر صنايع زير ساخت و عملياتي فن آوري اطلاعات در طول سالهاي آينده خواهد بود به صورتي که نحوه مديريت، خريد، گسترش، تصميم گيري و حتي نحوه مطالبه هزينه را تغيير خواهد داد. به عنوان يک تغيير اجتناب ناپذير ، اجزاء زيرساخت بجاي اينکه به صورت فيزيکي توسط فروشندگان يا کاربران يکپارچه و کامل شوند، به صورت ترکيب منطقي از محصولات محاسباتي، ورودي/خروجي و ذخيره و بازيابي اطلاعات خواهند بود. همانطور که مجازي سازي بالغ مي شود، اتوماسيون تنظيمات و مديريت منابع مجازي شده به عنوان چالش بعدي ديده مي شود. منابع ذخيره اطلاعات قبلاً توسط شرکتهاي سازنده مجازي شده اند (Wikipedia) اين اتفاق براي شبکه نيز به صورت استاندارد رخ داده است . خط مقدم اين تغيير، مجازي سازي سرور ميباشد. مجازي سازي سرورها يک راهکار بسيار مقرون به صرفه براي استفاده از منابع استفاده نشده مي باشد که البته مزاياي زياد ديگري نيز دارد ازجمله پياده سازي سريع، کاهش زمان خواب سيستم ، بهبود پس از بحران ، ديد کلي در برنامه ريزي منابع و پشتيباني از تکنولوژيهاي قديمي (Philip Dawson et al., 2008) . اين روند بر کامپيوترهاي کاربر نيز تاثير گذاشته است. تکنولوژيِ کليدي براي تعيين مرزهاي جديد کامپيوترهاي کاربر – که قيد وابستگي نرم افزار/سخت افزار را باز مي کند - مجازي سازي کامپيوترهاي کاربر مي باشد. يک کامپيوتر شخصي به صورت استاندارد از لايه هاي کاري مختلفي تشکيل شده است که مهمترين آنها سخت افزار، سيستم عامل و نرم افزار کاربردي ميباشند که به علت ماهيتِ هر لايه، تنظيمات هرکدام به شدت به تنظيمات لايه پايين تر وابسته مي باشد. اين موضوع مهم ترين عاملِ پيچيدگيِ مديريت کامپيوترهاي روميزي امروزي مي باشد. به عنوان مثال سخت افزار به صورت روز به روز تغيير مي کند و اين تغيير به لايه هاي ديگر نفوذ مي کند و شکل وحتي نظم و ترتيب آنها را تغيير مي دهد . مجازي سازي در کامپيوترهاي کاربر اين قيدها را باز نموده، موجب مي شود تا نصب هرلايه مستقل از لايه هاي ديگر باشد. در کامپيوترهاي شخصي اين کار در دو مرحله امکان پذير است: بين سخت افزار و سيستم عامل يا بين سيستم عامل و نرم افزار کاربردي. بايد در نظر گرفت که مجازي سازي در سطح نرم افزار يک تکنولوژي نسبتا جوان است بنابراين بايد در طراحي بر اساس مجازي سازي، نحوه ارائه نرم‌افزار ، مجوزهاي کاربري، تدابير امنيتي، مسائل تجاري و شاخه‌هاي کاري جديد بايد به دقت بررسي شوند (Oghuchi, Yushihiko et al., 2008 pp. 46-52 ) (Paul E. Proctor et al., 2008).

انتخاب چاق و لاغر
در شبکه‌هاي گسترده کامپيوترهاي روميزي ملقب به چاق که غالب ترين مدل شبکه کامپيوتري مي باشد نرم افزار در سمت کامپيوتر شخصي نگهداري و مديريت مي شود. اين کار به کاربران آزادي و قابليت انعطاف بالا را براي اجرا و نصب برنامه‌هاي دلخواهشان مي دهد و حتي مي توانند اين نرم افزارها را با خود به هرجايي ببرند (در کامپيوترهاي قابل حمل). اين حد از آزادي و قابليت انعطاف اگر کنترل شده نباشد هزينه و پيچيدگي گزافي را به سازمان متحمل مي کند. اين هزينه ها معمولا به صورت پنهان هستند مانند کم شدن بهره وري کارکنان و ريسکهاي امنيتي که معمولا در تخمينهاي هزينه بيشتر سازمانها محاسبه نمي شوند و استفاده از "کامپيوترهاي مديريت نشده" به عنوان پيکربنديِ غالب رايج است. در نقطه مقابل، پردازش مبتني بر سرور مدل لاغرتري است که در آن برنامه هاي کاربردي در سمت سرور اجرا مي شوند و در آنجا به صورت متمرکز کنترل و با امنيت بيشتري نگهداري مي شوند که در نتيجه هزينه کل سازمان کمتر مي باشد (Mark A. Margevicius, 2004). حرکت به سمت پردازش مبتني بر سرور در اواسط دهه 90 ميلادي توسط شرکتي به نام Citrix شروع شد. اين شرکت معماري جديدي با الهام از کامپيوترهاي مرکزي بزرگ ارائه نمود که به دنبال آن شرکتهاي ميکروسافت و Parallels هرکدام با مدلِ مبتني بر سرور خاصِ خود وارد حلقه شدند. بر خلاف مدل شبکه هاي کامپيوتر روميزي که هزينه هاي مديريتي و نگهداري غالب ولي پنهان هستند، در شبکه هاي پردازش مبتني بر سرور هزينه ها واضح تر و مستقيم خود را نشان مي‌دهند. اين ميزان سرمايه گذاري معمولاً به صورت آشکار در چشم مديران فن آوري اطلاعات جلوه مي‌کند و باعث مي شود نابهنگام مدل مبتني بر سرور را کنار بگذارند. اين درحالي است که هزينه کلي مالکيت در مدل مبتني بر سرور بسيار کمتر از مدل مبتني بر کامپيوتر روميزي است. بنابراين آناليزِ هزينه بايد يک قدم مهم در انتخاب بين اين دو مدل باشد. البته هزينه کلي مالکيت تنها عامل در اين تصميم‌گيري نيست بلکه عوامل تجاري و محيطي نيز در اين تصميم گيري موثر خواهند بود. به عنوان مثال بايد دقت نمود که نكته منفي سيستم مبتني بر سرور ناشي از هزينه نيست بلکه از چالشها و تغييرات در معماري شبكه سازمان و همچنين تجربه کاربران مي باشد. بايد توجه نمود که تمامي موارد فوق بر اساس تکنولوژي روز و پيش‌بيني آن در آينده نزديک ميباشد و به عنوان يک قانون مي‌توان گفت که نقطه تعادلي بين معماري چاق و لاغر وجود ندارد و هر طراحي بينابيني در طول زمان به سمت يکي از اين دو حرکت خواهد نمود (مسابقه ادامه دارد).

تين کلاينت
تين کلاينت يک راه حل مدرن براي گرايش به سيستم اشتراک زماني است که ترکيبي از نرم افزار و سخت افزار کوچک، با معماري پردازش مبتني بر سرور مي باشد. در بيشتر اين طرح ها تين کلاينت به عنوان جايگزين کامپيوتر روميزي، فقط واسط گرافيکي برنامه ها را اجرا مي کند و ترافيک شبکه عمدتاً توسط پروتکلهاي لايه نمايش مانند XDMCP، ICA و RDP شکل مي گيرد. اين پروتکلها تا حد زيادي براي واسطهاي برنامه نويسي کاربردي بهينه شده اند تا کمترين پهناي باند شبکه را اشغال نمايند. سخت افزار تين کلاينت معمولاً براساس معماري x86 است که در صورت نياز مي‌تواند تمامي ويژگيهاي يک کامپيوتر روميزي معمولي را ارائه دهد. آن چه که سخت افزار تين کلاينت را متمايز مي نمايد طراحي فشرده و استفاده از ادوات نيمه‌هادي کم‌مصرف ميباشد. بيشترين مصرفِ لحظه‌اي و همچنين موارد خرابي سخت افزار کامپيوترها مربوط به قطعات مکانيکي مانند ديسک سخت و بيشترين مصرف مداوم آنها وابسته به پردازشگر مرکزي و تراشه هاي جانبي آن ميباشد بنابراين در صورتي که بخواهيم از حداکثر امتيازات تين کلاينت استفاده نماييم بايد کاربردي بدون قطعات مکانيکي (مانند ديسک سخت و پروانه هاي خنک کننده) و با استفاده از پردازشگرهاي مدرنِ کم مصرف باشد. به عبارت ديگر هرچه قطعات مکانيکي و توان مصرفي کمتري داشته باشد بهتر است. به همين علت است که توليدکنندگان روز به روز محصولات کوچکتر و با مصرف کمتر در جهت استراتژي سبز به بازار ارائه مي نمايند.
همانطور که در بخشهاي قبل شرح داده شده است، تصميم گيري در زمينه استفاده از اين تکنولوژي وابسته به عوامل فني و تجاري مختلفي است که همگي از نگرانيهاي مديران تکنولوژي اطلاعات مي باشد. به عنوان مثال در صورتي که از نرم افزارهايي که قدرت پردازش گرافيکي بسيار زياد نياز دارند استفاده مي نماييم يا اينکه تنوع برنامه هاي استفاده شده بسيار زياد و ديناميک مي باشد (مانند کاربردهاي تحقيق و توسعه) پياده سازي تين کلاينت توصيه نمي شود؛ زيرا در مورد اول در صورت اجراي برنامه با محدوديت توان پردازش مواجه خواهيم شد (البته با ارائه پردازشگرهاي قوي تر در آينده نزديک اين مشکل حل خواهد شد). در مورد دوم هم مديريت نرم‌افزارها و کلاينتها با مشکلات بزرگي مواجه خواهد شد. هرچه فعاليت کاربران در شبکه يکدست تر و يکسان تر باشد پياده سازي تين کلاينت در آن شبکه مقرون به صرفه تر است زيرا ارزش افزوده مديريت متمرکز نرم افزارهاي کاربردي و تنظيمات کاربران بيشتر خواهد بود. البته تعداد کاربرها نيز مساله مهمي خواهد بود زيرا نه تنها به ارزش افزوده مديريت متمرکز شده شتاب بيشتري مي دهد بلکه از نظر مصرف انرژي نيز صرفه جويي قابل توجهي تا حد 85 درصد نشان مي دهد (Greenberg, Steve, 2003). درنظر بگيريد اين موضوع چه ميزان مي تواند در طراحي يک اداره تاثير گذار باشد. هنگامي که تصميم مي گيريم تکنولوژي تين کلاينت را در سازمان پياده سازي کنيم موارد زيادي را در انتخاب سخت افزار يا نحوه پياده سازي بايد مورد توجه قرار دهيم. چرخه حيات پروژه به همراه نيازمنديها، راهنماي انتخاب سخت افزار ميباشد به اين صورت که با داشتن ليستي از نيازمنديها، دورنمايي از کاربردهاي آينده و مدت زمان حيات سرمايه گذاري به ما نشان ميدهد که از چه پردازشگري و با چه ميزان حافظه يا فضاي ذخيره اطلاعاتي استفاده نماييم. محافظه کاري در اين مرحله موجب خريد پردازشگرهاي قوي با قدرت بلا استفاده و البته گرانتر و پرمصرف‌تر و در نهايت هزينه سربار خواهد بود (Richards, 2007). پايداري شرکت فروشنده نيز از موارد تعيين‌کننده خواهد بود. هر سخت افزاري را که انتخاب کنيم، مسلماً بعد از چند سال قادر به خريد مجدد آن نخواهيم بود زيرا محصولات جديد جايگزين آن خواهند بود. ولي اين نکته بسيار مهم است که شرکت ارائه کننده براي مدت معقولي پابرجا بوده و پشتيبان محصولات خود باشد تا مشکلات اجرايي پروژه به صورت طبيعي برطرف شده و در صورت امکان تضميني براي خريدهاي آينده وجود داشته باشد. در طراحي راه حل مبتني بر تين کلاينت نيز بايد استراتژي تکنولوژي اطلاعات سبز را رعايت نمود و براي رسيدن به طرح مطلوب بايد علاوه بر پرهيز از هرگونه وابستگي بين نرم افزار وديگر عناصر سيستم مانند سخت افزار، شبکه و ادوات ذخيره اطلاعات از اجراي نرم افزار کاربردي بروي تين کلاينت (پردازش غير متمرکز) ، استفاده از پردازنده قوي در کلاينتها و در نهايت مصرف بالاي انرژي جلوگيري نمود.

نتيجه گيري
طراحي سيستمي مهمترين قسمتي است که موفقيت هر پروژه وابسته به آن مي‌باشد و به نظر ميرسد اين موفقيت شديداً وابسته به ميزان تعهد به روند تکنولوژي مي باشد. در تکنولوژي اطلاعات، تقابل نرم افزار و سخت افزار تاثير عميقي بر روند دارد بنا بر اين توجه به اين نکته عامل مهمي در موفقيت طرحهاي اين صنعت خواهد بود. بررسي موردي نشان ميدهد حرکتِ طراحي شبکه هاي کامپيوتري سازمانها به سمت معماريِ لاغر با تعهد به استراتژيِ تکنولوژي اطلاعات سبز و همچنين رعايت اصول مجازي سازي مي باشد و در نتيجه در طراحي اين شبکه ها بايد از عواملي که ذاتاً متعلق به معماري چاق مي باشد پرهيز نمود و در عين حال مجازي سازي بايد در تمامي لايه ها ديده شود بدون آنکه تجربه کاربر نسبت به مدل چاق تغيير عمده اي داشته باشد. براي پياده سازي ايده هاي فوق، تين کلاينت راه حل مدرن و مناسبي مي باشد که در صورتي که بر اساس اصول فوق طراحي شده باشد افق خوبي براي موفقيت آن ديده مي شود.