Оборудование и настройка компьютерного класса на базе тонких клиентов NComputing x550

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

БОУ ОО СПО «Торгово-экономический  колледж им. Г.Д. Зуйковой»

Выпускная квалификационная работа

тема: «Оборудование и настройка компьютерного класса

на базе тонких клиентов NComputing x550»

специальности 230103 «Автоматизированные  системы 

обработки информации и управления»

выполнил:

студент группы 41АС

Шевчук К.А.

Руководитель:

Загребнев В.Ю

Консультанты:

Орлова В.М.

Семерня Л.В.

Омск, 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ТОНКИХ КЛИЕНТОВ 5

1.1 Принцип работы тонких клиентов. Их основные отличия от традиционных персональных компьютеров  5

1.2 Аппаратные решения для терминалов 8

1.3 Программная реализация терминалов 14

1.4 Использование тонких клиентов в системе образования 19

ГЛАВА II. ПРОЕКТИРОВАНИЕ, МОНТАЖ И НАСТРОЙКА КОМПЬЮТЕРНОГО КЛАССА НА БАЗЕ ТОНКИХ  КЛИЕНТОВ NCOMPUTING X550 22

2.1 Требования к реализации терминального класса 22

2.2 Проектирование и монтаж терминального класса. 26

2.3 Настройка компьютерного класса на базе тонких клиентов 29

2.4 Тестирование работоспособности наиболее необходимых приложений на термнальных станциях 32

2.5 Экономическая эффективность компьютерного класса  на базе тонких клиентов NComputing x550 44

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 50

ВВЕДЕНИЕ

В современном мире, где количество компьютеров перевалило за несколько миллиардов, стали задумываться, как использовать мощные машины с простыми операционными системами, как несколько рабочих станций одновременно для рутинной, каждодневной работы. Такой как набор текста, ведение бухгалтерской отчетности, простые арифметические вычисления.  Если под каждое рабочее место покупать отдельный системный блок, это может обойтись достаточно дорого, еще они занимают много места и   потребляют достаточно много электроэнергии, если парк машин достаточно велик.

Решение этой проблемы заключается  в использовании технологии тонких клиентов.  Тонкий клиент в большинстве случаев обладает минимальной аппаратной конфигурацией, он использует ресурсы более мощной машины, к которой он непосредственно подключен.

Таким образом, эта технология позволяет создать из одной мощной машины еще несколько дополнительных рабочих мест.

Так же технологии терминального  доступа позволяют дать жизнь старым, непригодным для выполнения современных задач машин, типа Pentium III, Celeron 1600 и других.

Такая технология используется во многих фирмах, где имеется большое количество офисных работников, которые выполняют операции типа заключения договоров, составления отчетов. Либо в структурных подразделениях, в которых нет необходимости в мощных системных блоках.

В колледже было решено сформировать компьютерный класс, основанный на использовании технологии тонких клиентов.

Цель выпускной квалификационной работы  - создание компьютерного класса на базе тонких клиентов NComputinfg x550.

Для выполнения работы необходимо выполнить следующие задачи:

• Проанализировать принцип работы тонких клиентов;
• Проанализировать технические характеристики и специфику комплектации тонких клиентов и хост-машин;
• Спроектировать расположение сетевых и электрических коммуникаций;
• Выявить все возможные недостатки при прокладке кабеля, особенности кабеля и сетевого оборудования.
• Проложить кабель, соединяющий хост-машины с тонкими клиентами;
• Подобрать программное обеспечение, совместимое с программным обеспечением тонких клиентов;
• Установить программное обеспечение, терминальные службы и утилиты для взаимодействия тонких клиентов с хост-машиной;
• Настроить группы пользователей и добавить им соответствующие разрешения.
• Оформить документацию.
 

ГЛАВА  I.  ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ ТОНКИХ КЛИЕНТОВ

1. Принцип работы тонких клиентов. Их основные отличия от традиционных персональных компьютеров

Под термином «тонкий клиент» подразумевается  достаточно широкий с точки зрения системной архитектуры ряд устройств  и программ, которые объединяются общим свойством: возможность работы в терминальном режиме. Таким образом, для работы тонкого клиента необходим терминальный сервер. Этим тонкий клиент отличается от толстого клиента, который, напротив, производит обработку информации независимо от сервера, используя последний в основном лишь для хранения данных. Кроме общего случая, следует выделить аппаратный тонкий клиент — специализированное устройство, принципиально отличное от ПК.

Аппаратный тонкий клиент не имеет  жёсткого диска, использует специализированную локальную ОС (одна из задач которой организовать сессию с терминальным сервером для работы пользователя), не имеет в своём составе подвижных деталей, выполняется в специализированных корпусах с полностью пассивным охлаждением. Когда в клиенте появляются подвижные детали (жёсткие диски), появляются возможности автономной работы, он перестаёт быть тонким клиентом в чистом виде, а становится универсальным клиентом.

Тонкий клиент в большинстве случаев обладает минимальной аппаратной конфигурацией, вместо жёсткого диска для загрузки локальной специализированной ОС используется DOM (DiskOnModule). Это модуль с разъёмом IDE, флэш-памятью и микросхемой, реализующей логику обычного жёсткого диска — в BIOS определяется как обычный жёсткий диск, только размер его обычно в 2-3 раза меньше. В некоторых конфигурациях системы тонкий клиент загружает операционную систему по сети с сервера, используя протоколы PXE, BOOTP, DHCP, TFTP и Remote Installation Services (RIS).

Принцип работы тонкого клиента  заключается в следующем. Специализированная программа, называемая клиентом и выполняющаяся на терминале, подключается к серверу, который в случае «тонкого клиента» называют «терминальным сервером» или «сервером приложений», и получает от него картинку Рабочего стола или запущенного приложения. Далее на терминальный сервер передаются все перемещения мыши и нажатия клавиатуры, а сервер работает так, как будто эта мышь и клавиатура подключены прямо к нему.

Информация, отображаемая на виртуальном  дисплее такого сервера, передается на терминал, причем не вся, а только изменения, что позволяет сильно снизить нагрузку на локальную сеть или модемное соединение. Таким образом, если пользователь хочет работать с программой, он запускает ее непосредственно на сервере и она использует его ресурсы, а на маломощный клиентский компьютер передается только картинка.

Как видно из описания, схема «тонкого клиента» очень похожа на схему работы первых ЭВМ. Поскольку все приложения и расчеты выполняются теперь на терминальном сервере, то к нему предъявляются повышенные требования по производительности и надежности, но суммарные затраты на приобретение такого сервера значительно ниже, чем постоянная модернизация всего клиентского парка компьютеров.

Из выше перечисленного видно  главное и оно же существенное отличие тонких клиентов от персональных компьютеров. Оно заключается в  том, что в тонких клиентах присутствует лишь минимальный набор микросхем  отвечающих только на определение и  последующую  передачу движений мыши и нажатий клавиш, а также минимальный  набор памяти необходимый для  функционирования регистров терминала. Все вычисления, обработка информации и используемые ресурсы находятся на хост-машине, которая, по сути, является  традиционным персональным компьютером.

Плюсы “тонкого клиента”:

• относительно невысокая стоимость обслуживания сети, построенной с использованием терминальных решений;
• терминалы практически не подвержены моральному старению, и срок их службы в 2—3 раза больше, чем у персональных компьютеров; поскольку вся печать происходит через сервер приложений, то в журналах событий отображается имя документа и количество напечатанных копий. Это позволяет не только значительно экономить бумагу, но и контролировать весь процесс;
• выход новых версий программ требует модернизации только терминального сервера — облегчается администрирование системы;
• резервное копирование теперь нужно проводить только на сервере, что значительно снижает требования к объему резервных копий и соответственно стоимость решения. Кроме того, такая единая точка резервного копирования значительно повышает надежность и скорость копирования/восстановления данных;
• заметно возрастает скорость выполнения многих программ, особенно работающих с базами данных;
• выход терминала из строя более не влечет за собой многочасового ожидания, пока будут восстановлены данные и операционная система. Для продолжения работы пользователь может просто пересесть за соседний терминал;
• в гетерогенных средах пользователи могут одновременно работать на одном терминале как с Windows-, так и с Unix- приложениями. несанкционированное копирование и вынос информации, поскольку на терминалах обычно отсутствуют средства ввода-вывода (дисководы, пишущие приводы и т.д.);
• ОС на терминалах значительно менее уязвимы, поэтому при грамотной настройке сервера приложений ваша сеть будет практически гарантирована от вирусных и сетевых атак;
• у сотрудников службы безопасности есть возможность наблюдать за поведением пользователя в сети, что позволяет снизить злоупотребления. Кроме того, сотрудники службы поддержки могут оперативно решать проблемы сразу у нескольких пользователей непосредственно со своего рабочего места;
• при использовании терминальных технологий становится невозможной установка пользователями игр и прочего «нерабочего» программного обеспечения. Многие современные игры просто отказываются запускаться в терминальных сессиях.

Минусы “тонкого клиента”:

• Один из основных — повышенные требования к производительности и надежности терминального сервера, так как его отказ приводит к неработоспособности всей сети. Эта проблема решается использованием нескольких серверов и балансировкой нагрузки между ними.
• Также в технологии «тонкий клиент» неприменимы ресурсоемкие приложения для работы с графикой и трехмерным моделированием, такие как Photoshop, AutoCAD, 3D Studio Max. Для этих задач придется использовать специализированные мощные рабочие станции.
• Очень проблематичным становится проведение видеоконференций, но последняя версия Citrix MetaFrame Presentation Server имеет специальные средства для преодоления этой проблемы, правда это технология очень дорогостоящая.

1.2  Аппаратные решения  для терминалов

На данный момент существует два  принципиально различных аппаратных решения для терминалов. Первое базируется на использовании устаревших ПК, второе же предполагает закупку специализированных устройств — терминалов.

Использование устаревших ПК — это  самый разумный и самый простой  шаг в мир терминальных решений  только в том случае, если у вас  уже есть большой парк такой техники. Вариантов реализации терминалов на базе этих ПК очень много. В качестве операционной системы подобного терминала обычно используется DOS или Linux.

К достоинствам такого решения можно  отнести минимальное вложение средств, но, увы, недостатков у него гораздо  больше. Во-первых, обычные ПК содержат такие не нужные для терминала компоненты, как вентиляторы, которые неизбежно нужно будет регулярно смазывать, чистить и заменять. Во-вторых, придется более-менее стандартизировать используемое аппаратное обеспечение, так как понадобятся драйверы для видеоплат. В-третьих, необходимо, чтобы сетевая плата ПК поддерживала загрузку посети. Можно, конечно, обойтись и локальной загрузкой с жесткого диска, но тогда терминал начинает превращаться обратно в ПК. Кроме того, жесткие диски, особенно старые, могут выходить из строя. И наконец, настройка таких терминалов представляет собой достаточно нетривиальную задачу.

В случае построения терминальных решений  «с нуля» значительно эффективней другой путь — покупка специализированных терминалов. В настоящее время существует более 50 фирм, занимающихся их производством и продажей. В России можно выделить такие компании, как K-Systems, AK-Systems, Kraftway. Кроме того, всегда есть большой выбор терминалов зарубежных фирм — HP, Wyse идр.

Чем же привлекателен специализированный терминал? Именно тем, что он разработан для работы в терминальной среде. Рассмотрим основные характеристики специализированных терминалов на примере устройств Termin фирмы K-Systems и GP фирмы AK-Systems. В качестве базовой используется платформа VIA с пониженным энергопотреблением, что позволяет избавиться от движущихся частей внутри терминала (жесткий диск, флоппи-дисковод) и ограничиться только пассивным охлаждением; кроме того, блок питания в обоих терминалах тоже не имеет движущейся части (вентилятора). Отсутствие движущихся частей внутри терминала не только повышает его надежность, но и делает его бесшумным, что не мало важно при работе в офисе. В обоих терминалах применяется операционная система Windows CE.NET, которая была специально разработана для встраиваемых систем. Достаточно сказать, что все КПК на основе Pocket PC базируются именно на ней. Для доступа к терминальному серверу оба терминала могут использовать как протокол ICA, так и протокол RDP. Кроме того, в каждый терминал встроен браузер, что позволяет просматривать ресурсы сети Интернет, не подключаясь к серверу приложений. И тот и другой терминал имеет широкие возможности для подключения USB-устройств, таких как клавиатуры, мыши, принтеры. Безопасность при доступе к серверам приложений обеспечивается использованием специальных аппаратных USB-ключей. В целом любой из двух терминалов отлично подойдет для построения терминальной сети «с нуля». 

О таких устройствах поговорим  более подробно. Терминальные станции используют форм-факторы для материнских плат mini-ITX и nano-ITX, не имеющий вентиляторов охлаждения и других механических элементов, а потому очень эргономичны и привлекательны.  На материнской плате располагается устройство сочетающее в себе оперативную память и жесткий диск (DOM). А также используется маломощный процессор, с  небольшой тактовой частотой, который обеспечивается передачу информацию на терминальный сервер для дальнейшей обработки.

Основной преимущество таких станций  это низкое энергопотребление, компактность и долговечность, так как из строя  выходить особо нечему.

Но функционал таких станции  не очень большой, из-за отсутствия хорошего видеоадаптера   невозможно работать с графикой и смотреть видео  с высоким расширением. Работа в  интернете с большими ресурсами  может также проходить не очень  гладко, потому что все станции  используют канал хост- машины. Но благодаря тому что, что весь трафик проходит через хост-машину можно запретить доступ в нежелательные интернет ресурсы типа социальных сетей и т. д. Такие станции могут применять там, где требуется выполнять стандартные офисные операции, например: делопроизводство, бухгалтерская отчетность, мелкие расчеты.

Одним из ярких примеров тонких клиентов такой конфигурации являются продукты компании NComputing.

Устройства серии X подключаются к  компьютеру посредством дополнительной платы и стандартной витой пары Категории 5. Правда, согласно документации, длина кабеля не должна превышать 10 м. Одновременно могут быть установлены две такие платы, и к каждой подключается до пяти устройств доступа.

Иначе говоря, за одним ПК могут  работать до одиннадцати человек. Причем устройства серии X обеспечивают полноценное  использование и мультимедийных возможностей компьютера. Плата PCI, к которой подключаются устройства, выполняет роль видео- и звуковой платы, причем с пятью независимыми мониторами и звуковыми устройствами. При тестировании решения было выявлено несколько особенностей. При установке программного обеспечения на базовый компьютер драйверы для всех устройств устанавливаются независимо, в результате у администратора может создаться ощущение, что программа зациклилась — как только установка одного драйвера завершается, тут же всплывает точно такое же окно с приглашением установить следующий драйвер.

Процесс повторяется десять раз, но не надо тянуться к кнопке перезагрузки – именно так проходит нормальный процесс установки драйверов. Затем  устанавливается программное обеспечение vSpace, которое, собственно, и предназначено для управления системой с нескольких терминалов. Следует отметить, что Microsoft регулярно выпускает обновления для своей ОС Windows, поэтому ПО vSpace на диске, входящем в комплект поставки, может не соответствовать новым версиям (устареть).

Наилучший выход — сразу обратиться на сайт компании и загрузить последнюю версию программного обеспечения. По той же самой причине после установки vSpace рекомендуется выключить автоматическое обновление операционной системы Windows и далее пользоваться встроенной программой обновления vSpace Update либо устанавливать обновления вручную после проверки их в тестовой среде. В процессе эксплуатации серии Х было замечено, что тени графических элементов не всегда прорисовывались, а содержимое одного окна иногда отображалось на фоне другого. Однако эти огрехи интерфейса не мешали нормальной работе с офисными приложениями — достаточно было свернуть и развернуть окно, как все элементы прорисовывались корректно. Впрочем, проблемы можно устранить, выключив аппаратное ускорение в Windows. На некоторых терминалах появлялась призрачная тень графических элементов, из-за чего картинка становилась мутной, однако, скорее всего, это связано с длиной и характеристиками соединительного кабеля. Поэтому для подсоединения устройств доступа необходимы соединительные шнуры хорошего качества. У серии X обнаружилось несколько архитектурных неудобств. В частности, если пользователь ушел с рабочего места, не закрыв сеанс, и последний через некоторое время был автоматически заблокирован операционной системой, то другие сотрудники не смогут получить доступ к этому устройству.

Для перезагрузки сеанса требуются  административные полномочия (по утверждению производителя, в версиях, вышедших позже тестируемой, эта проблема уже устранена). Ультратонкий клиент Х-серии не оснащен портом USB, поэтому съемные носители можно прочитать только на базовом компьютере, однако данные на них видны всем пользователям. Та же особенность касается и привода CD/DVD. Программное обеспечение vSpace дает возможность управлять доступом к конкретным носителям, но и для этого нужны полномочия администратора. Если доступ к USB или CD все же необходим, кому-то придется доверить администрирование системы и разрешить управление доступом к съемным устройствам.

Вторая серия ультратонких клиентов NСomputing — L-серия — снимает ограничение по длине кабеля, поскольку обеспечивает подключение к основному компьютеру по TCP/IP. Причем установки дополнительных плат в базовый компьютер уже не требуется — все реализовано на уровне программного обеспечения.

В отличие от устройств серии X, которые комплектуются из трех или  пяти штук, серия L продается поштучно. Если в качестве базовой ОС используется Windows Server 2003, к одному компьютеру можно подключить до 30 устройств L-серии, а в случае Windows XP — всего 10 устройств, что объясняется ограничением самой ОС. Стоит отметить, что в рамках одной системы нельзя устанавливать устройства разных серий — утилиты vSpace для серий X и L несовместимы. При необходимости можно развернуть две ОС на одном хосте при помощи ПО виртуализации.

Процесс установки устройства серии L отличается тем, что не требует  установки дополнительной платы в компьютер — решение, как уже отмечалось, работает только на программном уровне. Достаточно один раз установить vSpace и по мере необходимости подключать указанное выше количество устройств. В то же время сам процесс их подключения к базовому компьютеру несколько отличается: на экране устройства возникает меню, в котором можно выбрать базовый компьютер (из нескольких), после нажатия кнопки Connect отображается рабочий стол компьютера, и дальнейшая работа выполняется так же, как и с серией X.

Следует отметить, что устройствам  серии L требуется соединение с относительно высокой пропускной способностью, в связи с чем могут возникнуть проблемы, особенно если устройства доступа и сервер далеко разнесены. В этом случае придется расширить каналы или модернизировать сетевое оборудование. Особое внимание следует уделить антивирусному программному обеспечению и другим средствам защиты. Дело в том, что современные антивирусные программы могут препятствовать работе неизвестных им сетевых протоколов.

В частности «Антивирус Касперского» блокирует порты TCP, через которые работает серия L. Специалисты компании «Тайле», одного из партнеров NComputing на территории России, рекомендуют использовать для защиты базового компьютера продукты Avast или Eset NOD32, но и их придется выключить на время установки ПО vSpace.

Устройства серии L могут применяться  в кластерной конфигурации, например, когда два сервера в корпоративной сети подключаются к общей сетевой системе хранения. В этом случае пользователи устройств доступа смогут выбрать сервер, к которому они будут подключаться. Если же по каким-либо причинам тот выйдет из строя, то можно соединиться с другим сервером.

Для этого придется открыть новый  сеанс, часть данных, вероятно, окажется потерянной, но возможность полноценной  работы останется. В устройствах L-серии  имеется порт USB для подключения  внешних накопителей. Данные с этого  носителя будут доступны только пользователю конкретного терминала. Разъем USB предназначен исключительно для подключения  съемных накопителей — другие функции USB не поддерживаются.

В случае устройств серии L прорисовка различных окон всегда была безупречной. Правда, в программном обеспечении не предусмотрено использование хранителя экрана, что может привести к сокращению срока службы монитора, поэтому при разрыве сеанса на длительный срок устройства рекомендуется выключать. Следует отметить, что устройства L-серии, в отличие от X-серии, не пригодны для работы с быстро меняющимися графическими изображениями.

Иначе говоря, от просмотра видео  и компьютерных игр придется отказаться. Оборудование данной серии хорошо подходит для офисной работы и систем коллективного доступа, где видео находится под запретом. Если же работа с графическими приложениями все-таки нужна, то лучше использовать серию X. Для выполнения сложных вычислительных задач нужен отдельный персональный компьютер.

В целом же решение NComputing позволяет снизить расходы на организацию одного рабочего места для общеупотребительных офисных приложений, для которых характерна низкая загрузка процессора, а также малая востребованность видео, сети и дисков.

1.3 Программная реализация терминалов

Любая терминальная структура  состоит из трех базовых составляющих.

Терминал –  специализированное устройство (локальная машина-терминал) для доступа к терминальному  серверу.

Терминальный сервер –  сервер, предоставляющий клиентам вычислительные ресурсы (процессорное время, память, дисковое пространство) для решения задач. Терминальный сервер служит для удалённого обслуживания пользователя с предоставлением рабочего стола. 

Терминальный доступ –  доступ к информационной системе, организованный так, что локальная машина-терминал не выполняет вычислительной работы, а лишь осуществляет перенаправление ввода информации (от мыши и клавиатуры) на центральную машину (терминальный сервер) и отображает графическую информацию на монитор.

Принцип работы терминального  сервера:

Терминальный сервер предоставляет  среду для работы, в которой  исполняются приложения пользователя, при этом компьютер пользователя (клиент) лишь пересылает вводимые данные (нажатия клавиш, перемещения мыши) и, при необходимости, предоставляет доступ к локальный ресурсам (принтер, дисковые ресурсы, устройство чтения смарт-карт, локальные порты (COM/LPT).

Терминальный сервер осуществляет связь с терминалами через  службы терминалов, которые обеспечивают удаленный доступ к рабочему столу Microsoft Windows посредством программного обеспечения «тонкий клиент», позволяющего компьютеру клиента работать в качестве эмулятора терминала. Службы терминалов передают клиенту только пользовательский интерфейс программы. Затем клиент возвращает нажатия клавиш клавиатуры и кнопок мыши для выполнения на сервере. При входе каждый клиент видит только свои сеансы, которые управляются операционной системой сервера и являются независимыми от сеансов других пользователей. Для подключения к компьютеру через службы терминалов, следует использовать программу «Подключение к удаленному рабочему столу» (новый клиент службы терминалов).

Сервер терминалов использует технологию служб терминалов для  эффективного и надежного способа распространения программ для Windows с помощью сервера сети. С использованием сервера терминалов одна точка установки предоставляет нескольким пользователям доступ к рабочему столу компьютера, на котором выполняется одна из операционных систем семейства Microsoft Windows Server 2003, где они могут запускать программы, сохранять файлы и использовать сетевые ресурсы. Сервер терминалов по умолчанию не устанавливается.

Все выше изложенное сводиться  к тому, что при помощи службы терминалов сервер терминалов получает сигналы с терминальных станций. 

В качестве сервера терминалов в продуктах ncomputting служит их программное обеспечение, которое обеспечивает совместимость с  хост-машиной.

Получение данных с терминальных станций, а также отправка  данных с хост-машины происходит при помощи протоколов.

Протокол - набор соглашений интерфейса логического уровня, которые определяют обмен данными между различными программами.  Используются следующие протоколы:

Протокол X11

Протокол X11 представляет шрифт  как набор матриц из нулей и  единиц (растров). Каждый шрифт имеет ряд характеристик (имя, размер, кодировка и т.д.). Сервер ищет требуемый приложением растр шрифта с запрошенными свойствами сам, при помощи своего шрифтового модуля, или обращается за ним к специальному серверу шрифтов, запущенному локально или удалённо. Таким образом, протокол X11 был изначально ориентиован на работу с растровыми (bitmap) шрифтами (PCF, BDF), при этом приложение (клиент) может лишь запрашивать шрифт, но само с его растрами не работает.