Tổng quan nghiên cứu

Giai đoạn cuối thập niên 1990 đánh dấu bước chuyển mình quan trọng của hạ tầng công nghệ thông tin tại Việt Nam với sự xuất hiện chính thức của mạng Internet và nhu cầu thiết lập các hệ thống mạng nội bộ Intranet. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước mã số KHCN-01-02 được tiến hành tại Trung tâm Toán - Máy tính Quân đội thuộc Viện Kỹ thuật Quân sự vào tháng 6 năm 1998, nhằm giải quyết bài toán cấp thiết: phân tán dữ liệu và sự thiếu đồng bộ giữa các nền tảng thông tin văn bản siêu văn bản Hypertext với hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ truyền thống.

Mục tiêu cốt lõi của công trình là thiết kế, xây dựng và thử nghiệm hoàn chỉnh mô hình mạng Intranet tích hợp 4 thành phần trụ cột bao gồm: Dịch vụ thông tin Web (World Wide Web), Hệ thống thư tín điện tử và phần mềm nhóm (Groupware), Cơ sở dữ liệu phân tán Client/Server và Dịch vụ truyền thông kết nối từ xa. Phạm vi nghiên cứu được triển khai thực nghiệm trên cụm mạng thử nghiệm TTTMT với hệ thống 3 máy chủ chuyên dụng, kết nối mạng cục bộ tốc độ 10 Mbps và liên kết diện rộng qua đường bưu điện giữa Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa thực tiễn của nghiên cứu thể hiện qua việc tối ưu hóa hiệu năng hệ thống trên nền tảng phần cứng dung lượng giới hạn với bộ nhớ 32 MB RAM. Công trình cung cấp giải pháp khai thác cơ sở dữ liệu dung lượng từ 20 GB đến 40 GB với chi phí đầu tư hợp lý, phục vụ đắc lực công tác tự động hóa chỉ huy quân sự theo Quyết định 116/QĐ-TM ngày 24/4/1989 của Bộ Tổng Tham mưu, đồng thời mở ra phương án ứng dụng quản lý văn bản pháp quy lãnh sự cho các cơ quan ban ngành nhà nước.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nền tảng kiến trúc Client/Server phân tán 3 tầng (3-tier architecture) làm mô hình tham chiếu chủ đạo. Kiến trúc này phân tách rõ ràng giữa tầng giao diện người dùng Web Browser, tầng xử lý ứng dụng trung gian Internet Information Server và tầng lưu trữ dữ liệu tập trung SQL Server. Về mặt truyền thông, công trình xây dựng trên bộ giao thức chuẩn mạng toàn cầu TCP/IP, kết hợp các giao thức truyền siêu văn bản HTTP, giao thức gửi nhận thư điện tử SMTP, giao thức lấy thư POP3 và giao thức truyền tệp tin FTP.

Nghiên cứu tập trung phát triển và chuẩn hóa 4 khái niệm kỹ thuật trọng tâm:

  • Giao diện kết nối cơ sở dữ liệu mở (Open Database Connectivity - ODBC 3.0): Tiêu chuẩn liên kết đa nền tảng dựa trên cú pháp X/Open và SQL CAE 1992, cho phép ứng dụng Web truy xuất nhiều hệ quản trị cơ sở dữ liệu khác nhau mà không phụ thuộc vào mã nguồn đóng.
  • Cơ chế nhân bản dữ liệu định kỳ (Database Replication): Kỹ thuật sao chép dữ liệu theo lô (batch processing) giữa máy chủ xuất bản (Publisher) và máy chủ thuê bao (Subscriber), giải quyết triệt để hạn chế của đường truyền viễn thông tốc độ thấp.
  • Điều phối giao dịch phân tán (Distributed Transaction Coordinator - DTC): Giao chế độ kiểm soát giao dịch hai pha (two-phase commit) thời gian thực dành cho cơ sở dữ liệu phân tán quy mô lớn.
  • Hệ thống định danh và chỉ mục phân tán: Cơ chế phân giải tên miền DNS kết hợp không gian thư mục ảo Virtual Roots và công cụ lập chỉ mục nội dung Index Server.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm kỹ thuật trực tiếp (empirical system testing) kết hợp phương pháp đo lường chuẩn hóa hiệu năng. Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ mô hình phòng thí nghiệm mạng Intranet TTTMT, bao gồm 3 máy chủ Server (1 máy chủ Dual Pentium 90 MHz trang bị mảng đĩa RAID và 32 MB RAM, 1 máy chủ Pentium 133 MHz có ổ cứng 2 GB HDD và 32 MB RAM, 1 máy chủ cấu hình 486/66 MHz với 16 MB RAM) cùng hệ thống 10 máy trạm Workstations.

Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm 100% các phiên truy vấn dữ liệu mẫu (Sample Guestbook, CSDL sách Pubs), tập hợp dữ liệu văn bản pháp quy ngành ngoại giao theo Quyết định 06/QĐ ngày 05/01/1994 và Thông tư liên bộ số 03/TTLB ngày 05/05/1993, cùng hơn 500 yêu cầu truy vấn đồng thời qua cổng mạng 10 Mbps. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích (purposive sampling), tập trung vào 3 kịch bản tải trọng: truy xuất bản ghi dữ liệu có cấu trúc qua web, tìm kiếm toàn văn phi cấu trúc trên các thư mục ảo và truyền gửi báo cáo dạng bảng qua hộp thư điện tử tự động.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm kết hợp chuẩn đo lường TPC-C là nhằm xác định chính xác mối quan hệ giữa hiệu năng và chi phí đầu tư (Cost/Performance). Trong điều kiện hạ tầng viễn thông Việt Nam năm 1998 chủ yếu dựa vào mạng quay số qua đường dây điện thoại bưu điện, phương pháp này cho phép định lượng chính xác độ trễ mạng, lưu lượng chiếm dụng và khả năng tương thích của các công nghệ phần mềm thương mại.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình triển khai thử nghiệm hệ thống mạng Intranet tích hợp tại Trung tâm Toán - Máy tính Quân đội đã mang lại 4 phát hiện kỹ thuật quan trọng:

  • Tối ưu hóa hiệu năng truy xuất Web - Cơ sở dữ liệu: Việc sử dụng giao tiếp lập trình ứng dụng máy chủ ISAPI và ODBC 3.0 trên máy chủ IIS 3.0 giúp tăng tốc độ phản hồi truy vấn dữ liệu lên 45% so với việc sử dụng cơ chế CGI truyền thống. Hệ thống cho phép cập nhật, tra cứu bảng ghi trực tiếp từ trình duyệt Internet Explorer tới máy chủ cơ sở dữ liệu SQL Server 6.5 chỉ với dung lượng phần cứng 32 MB RAM.
  • Hiệu quả vượt trội của công nghệ Replication so với DTC: Trong điều kiện kết nối từ xa qua đường bưu điện tốc độ thấp, phương pháp sao chép nhân bản dữ liệu theo lô (Replication) giúp giảm tải đến 60% lưu lượng chiếm dụng đường truyền so với cơ chế giao dịch phân tán thời gian thực DTC, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng nghẽn mạng liên tỉnh giữa Hà Nội và TP. Hồ Chí Minh.
  • Tự động hóa xử lý dữ liệu ngoại tuyến qua E-mail: Sự kết hợp giữa dịch vụ thư tín MS Exchange 5.0 và thủ tục lưu trữ xp_sendmail trên SQL Server 6.5 cho phép người dùng gửi truy vấn và nhận kết quả tự động qua email định dạng HTML, tiết kiệm khoảng 70% chi phí thời gian kết nối trực tuyến so với phương thức truy cập trực tiếp liên tục.
  • Năng lực tìm kiếm toàn văn đa dạng: Việc tích hợp song song Microsoft Index Server và Digital AltaVista Private Extension cho phép đánh chỉ mục 100% các cây thư mục ảo (Virtual Roots), rút ngắn thời gian tìm kiếm văn bản pháp luật và tư liệu chỉ huy xuống dưới 2 giây trên tập dữ liệu quy mô 20 GB đến 40 GB.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu khẳng định tính ưu việt của mô hình tích hợp đồng bộ giải pháp phần mềm từ cùng một nhà sản xuất trong giai đoạn thiết kế hệ thống mới. Nền tảng Windows NT Server 4.0 cung cấp môi trường gắn kết chặt chẽ giữa IIS 3.0, MS SQL Server 6.5 và MS Exchange 5.0, tạo nên luồng dữ liệu thông suốt giữa các dịch vụ mạng mà không gặp phải các rào cản về chuyển đổi giao thức độc quyền.

Khi đối chiếu với các giải pháp khác trên thế giới, báo cáo kiểm chuẩn TPC-C cho thấy mặc dù Oracle RDBMS vượt trội về khả năng quản trị các siêu cơ sở dữ liệu cực lớn, nhưng MS SQL Server 6.5 lại đạt tỷ lệ tối ưu chi phí trên hiệu năng (Cost/Performance) cao hơn khoảng 35% đối với các hệ thống thông tin quy mô vừa và nhỏ (từ vài chục cơ sở dữ liệu với dung lượng 20 GB - 40 GB mỗi cơ sở). Tương tự, phần mềm Lotus Notes của IBM dù chiếm thị phần toàn cầu lớn hơn nhưng đòi hỏi chi phí bản quyền và quản trị kỹ thuật phức tạp hơn 30% so với MS Exchange Server.

Dữ liệu so sánh hiệu năng và chi phí có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua một biểu đồ cột nhóm thể hiện chỉ số Cost/Performance của chuẩn TPC-C giữa MS SQL Server và Oracle RDBMS trên các dải dung lượng cơ sở dữ liệu khác nhau. Đồng thời, một bảng ma trận đối sánh 4 tiêu chí kỹ thuật (khả năng mở rộng, độ phức tạp quản trị, tính tương thích hệ điều hành và chi phí vận hành) giữa IIS và Netscape Web Server sẽ làm nổi bật lý do lựa chọn bộ công cụ Microsoft cho hạ tầng mạng Intranet tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực nghiệm, đề tài đưa ra 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm thúc đẩy ứng dụng cơ sở dữ liệu mạng Internet/Intranet tại Việt Nam:

  • Chuẩn hóa nền tảng kiến trúc tích hợp đồng bộ: Các cơ quan, doanh nghiệp khi xây dựng hệ thống mới cần ưu tiên lựa chọn giải pháp phần mềm đồng bộ (hệ điều hành mạng Windows NT, Web Server IIS, CSDL SQL Server và Mail Server Exchange) để giảm 25% chi phí phát triển và tích hợp hệ thống. Thời gian triển khai chuẩn hóa trong vòng 6 tháng, do Trung tâm Tin học của các Bộ, ngành chủ trì thực hiện.
  • Áp dụng kỹ thuật Replication cho mạng diện rộng tốc độ thấp: Đội ngũ quản trị hệ thống tại các tổng công ty, đơn vị viễn thông cần áp dụng ngay công nghệ nhân bản dữ liệu định kỳ theo lô cho các máy chủ chi nhánh ở xa, hướng tới mục tiêu giảm 50% cước phí đường truyền viễn thông bưu điện, hoàn thành việc cấu hình thử nghiệm trong thời hạn 3 tháng.
  • Mở rộng tự động hóa quy trình nghiệp vụ bằng SQL Mail: Khuyến nghị các trung tâm công nghệ thông tin lập trình khai thác thủ tục xp_sendmail và hệ thống thư tín điện tử để tự động hóa việc kết xuất báo cáo thống kê, phấn đấu đạt tỷ lệ 80% văn bản chỉ đạo và báo cáo định kỳ được gửi nhận tự động, hoàn tất chuyển giao trong lộ trình 4 tháng.
  • Thiết lập hệ thống bảo mật và phân giải tên miền DNS phân tầng: Bộ phận an ninh mạng cần triển khai xác thực người dùng qua Basic Authentication kết hợp mã hóa SSL, đồng thời thiết lập hệ thống máy chủ DNS và kiểm soát thư mục ảo chặt chẽ, nhằm giảm thiểu 90% nguy cơ truy cập trái phép, tiến hành đánh giá và rà soát an toàn định kỳ mỗi quý một lần.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc, đặc biệt phù hợp với 4 nhóm đối tượng:

  • Kỹ sư hệ thống và Quản trị mạng doanh nghiệp: Nắm bắt phương pháp thiết kế cấu trúc mạng Intranet hình sao trên đường truyền 10 Mbps, kỹ thuật cấu hình dịch vụ định danh DNS, thiết lập hệ thống truy cập từ xa RAS qua modem và phân bổ địa chỉ IP hợp lý.
  • Lập trình viên và Chuyên viên phát triển ứng dụng Web: Khai thác chi tiết hướng dẫn lập trình tương tác cơ sở dữ liệu qua giao diện ODBC 3.0, ISAPI, xử lý form HTML động và viết các thủ tục lưu trữ Stored Procedures trên SQL Server để xây dựng các ứng dụng thương mại điện tử, sổ lưu bút điện tử và cổng thông tin.
  • Cán bộ quản lý công nghệ thông tin tại các cơ quan nhà nước và lực lượng vũ trang: Tiếp cận mô hình số hóa và quản lý văn bản pháp quy chỉ huy theo tiêu chuẩn của Trung tâm Toán - Máy tính Quân đội và Bộ Ngoại giao, giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư hạ tầng phần mềm cho đơn vị.
  • Học viên cao học và Nghiên cứu sinh ngành Công nghệ thông tin: Sử dụng tài liệu như một nghiên cứu điển hình về phương pháp luận đánh giá hiệu năng TPC-C, kỹ thuật phân tán dữ liệu và tích hợp hệ thống đa dịch vụ trong bối cảnh hạ tầng mạng băng thông hạn chế.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao công nghệ Replication lại phù hợp với hạ tầng mạng Việt Nam năm 1998 hơn công nghệ Distributed Transaction Coordinator (DTC)? Công nghệ DTC đòi hỏi kết nối mạng liên tục với băng thông cao để thực hiện cam kết giao dịch 2 pha thời gian thực. Trong khi đó, hạ tầng mạng tại Việt Nam năm 1998 chủ yếu dựa vào mạng điện thoại bưu điện tốc độ thấp. Công nghệ Replication cho phép gom dữ liệu gửi theo từng mẻ định kỳ, giúp giảm 60% lưu lượng truyền dẫn và hoạt động ổn định ngay cả trên đường truyền chập chờn.

Cơ chế gửi dữ liệu tự động từ SQL Server sang hệ thống E-mail hoạt động như thế nào? Hệ thống sử dụng dịch vụ SQL Mail kết nối tài khoản quản trị SQLAdmin với hộp thư MS Exchange Server. Thông qua việc cấp quyền và gọi thủ tục mở rộng xp_sendmail trong cửa sổ lệnh ISQL_w, quản trị viên có thể đính kèm thông điệp văn bản và toàn bộ kết quả truy vấn cơ sở dữ liệu vào một email để tự động chuyển tiếp tới người dùng.

Giao diện ODBC 3.0 đóng vai trò gì trong kiến trúc tích hợp thông tin trên Web? ODBC 3.0 đóng vai trò lớp trung gian chuẩn hóa, cung cấp tập hợp hàm kết nối và cú pháp truy vấn SQL chuẩn độc lập với hệ quản trị cơ sở dữ liệu cụ thể. Trình điều khiển ODBC Driver Manager tiếp nhận yêu cầu từ các ứng dụng ISAPI hoặc CGI trên IIS 3.0, chuyển đổi thành lệnh tương thích với DBMS đích và trả kết quả về trang web cho người dùng.

Tại sao nghiên cứu khuyến nghị chọn giải pháp phần mềm đồng bộ của Microsoft cho hệ thống mới? Tại thời điểm nghiên cứu, chưa có sản phẩm thương mại độc lập nào tích hợp hoàn hảo các dịch vụ mạng đa nền tảng. Microsoft cung cấp đầy đủ hệ sinh thái khép kín từ hệ điều hành Windows NT, máy chủ web IIS, cơ sở dữ liệu SQL Server đến máy chủ thư tín Exchange, giúp loại bỏ xung đột giao thức độc quyền và tối ưu 25% thời gian tích hợp.

Làm thế nào để hệ thống Intranet thực hiện tìm kiếm thông tin toàn văn trên các tài liệu văn bản? Hệ thống kết hợp dịch vụ Microsoft Index Server và phần mềm Digital AltaVista. Index Server thực hiện đánh chỉ mục tự động trên các thư mục ảo Virtual Roots của máy chủ web IIS. Người dùng chỉ cần gửi từ khóa hoặc cụm từ qua mẫu biểu tìm kiếm HTML để tra cứu văn bản trong vòng 2 giây trên kho dữ liệu 20 GB đến 40 GB.

Kết luận

  • Đề tài đã nghiên cứu và thiết lập thành công mô hình mạng Intranet thử nghiệm TTTMT trên hệ thống 3 máy chủ chạy hệ điều hành Windows NT Server 4.0 với đường truyền mạng cục bộ 10 Mbps.
  • Hoàn thiện giải pháp tích hợp 4 dịch vụ mạng trọng yếu: World Wide Web (IIS 3.0), Thư tín điện tử (MS Exchange 5.0), Cơ sở dữ liệu quan hệ (MS SQL Server 6.5) và Dịch vụ truy cập từ xa (RAS/DNS).
  • Chứng minh tính hiệu quả vượt trội về tỷ lệ Cost/Performance của cơ sở dữ liệu MS SQL Server theo chuẩn TPC-C trên quy mô dữ liệu từ 20 GB đến 40 GB trong điều kiện phần cứng 32 MB RAM.
  • Đề xuất quy trình giải quyết triệt để bài toán truyền dẫn băng thông thấp thông qua kỹ thuật nhân bản dữ liệu Replication và xử lý ngoại tuyến bằng SQL Mail.
  • Xây dựng thành công cơ chế tìm kiếm toàn văn văn bản pháp quy chỉ huy tự động kết hợp giữa Index Server và Digital AltaVista.

Đóng góp lớn nhất của công trình là đặt nền móng lý luận và thực nghiệm vững chắc cho việc thiết kế, chuẩn hóa và tích hợp cơ sở dữ liệu mạng tại Việt Nam. Lộ trình phát triển tiếp theo của hệ thống bao gồm việc nâng cấp thử nghiệm lên kiến trúc 32-bit nâng cao và mở rộng kiểm thử đa giao thức trong giai đoạn 12 tháng tới. Các cơ quan, tổ chức và doanh nghiệp hãy chủ động nghiên cứu, áp dụng mô hình tích hợp cơ sở dữ liệu Intranet để tối ưu hóa hạ tầng thông tin và nâng cao hiệu quả quản lý điều hành trong kỷ nguyên số.