1 Grundbegriffe World Wide Web – Architektur Dokumente und

Grundbegriffe
World Wide Web
Architektur, Protokolle
Inhalte, Sprachen
Datenbanken
Aufgaben
Architekturen
Multimedia
Medien
Multimedia-DBMS
Kai-Uwe Sattler
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2-1
World Wide Web – Architektur
,QWHUQHW
:HE%URZVHU
H TM L-D okum ente
:HE6HUYHU
Bilder
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2-2
Dokumente und Links
Hypertext-Dokumente (HTML) mit Verweisen

(Links) auf andere Objekte (Dokumente,
Multimedia-Objekte)
Von Web-Servern bereitgestellt
Links: durch URL spezifiziert
Web-Datei: einzelne Datei (mit einem HTTPRequest)
Web-Seite: Menge von Web-Dateien (eine
Nutzeraktion)
Web-Site: Menge von Web-Seiten (ein Server)
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2-3
1
Uniform Resource Locator (URL)
Adresse einer Ressource im Web
Format:
<schema>:<schema spezifikation>
<schema> 3URWRNROO KWWS QHZV PDLOWR WHOQHW

)U +773

KWWSKRVW!GRPDLQ!SRUW!SDWK!ILOHQDPH!
SDWK!ILOHQDPH!
9ROOVWlQGLJ
5HODWLY
9HUZHLV LQ 'RNXPHQW
KWWSKRVW!GRPDLQ!SRUW!SDWK!ILOHQDPH!DQFKRU!
)XQNWLRQVDXIUXI
KWWSKRVW!GRPDLQ!SRUW!SDWK!SURFQDPH!"SDUDPV!
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2-4
Web-Protokolle und -Sprachen
M etadaten
RD F
XM L
HT M L
G IF, JPE G
Erstellung von
W eb-S eiten
SG M L
UR L
M IM E
Beschreibung
von O bjekten
DN S
HT TP
Da te nau sta usch
TC P/IP
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Kom m unika tion
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2-5
Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
Einfaches Protokoll zum Datenaustausch auf
Basis von TCP/IP
Zustandsloses Protokoll: jede Anforderung ist
unabhängig von allen anderen
Methoden/Kommandos:
GET: Holen einer Web-Seite
HEAD: Holen der Header-Informationen
POST: Senden von Daten (Bytestrom) zum
Server
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2-6
2
HTTP - Beispiel
telnet www.fh-brandenburg.de 80
>GET /index.html HTTP/1.0
HTTP/1.1 200 OK
Date: Fri, 24 Sep 1999 06:46:29 GMT
Server: Apache/1.3.9 (Unix)
Content-Type: text/html
...
<HTML>
...
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2-7
MIME
Multipurpose Internet Mail Extensions
Spezifikation von Inhaltstypen von Emails, WebDokumenten
Form <typ>/<subtyp>
:LUG DOV $QWZRUW DXI HLQ +773*(7 YRU GHP
'RNXPHQW JHOLHIHUW &RQWHQW7\SH

7\SHQ WH[W LPDJH DXGLR YLGHR DSSOLFDWLRQ
%VS
text/html image/gif application/postscript
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2-8
Einbettung von Programmen
Bereitstellung von Diensten, Ausführen von
Programmen
Aktive Inhalte
y Audio-/Video-Wiedergabe
y Navigation in 3D-Modellen
Suche in Datenbanken
y Suchmaschinen
y Datenbankanfragen
Datenübergabe
y Benutzereingaben
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2-9
3
Client-seitige Einbettung
Erweiterung des Browsers
Plugins für bestimmte Web-Inhalte
y PDF, Video, Vektorgraphik, Animationen
Ausführung von Programmen und Skripten
y Javascript
y Java-Applets
Bereitstellung der Programme
Verteilungsplattform
Sicherheitsproblematik
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Æ Web als
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2-10
Server-seitige Einbettung
Erweiterung des Web-Servers
Anbindung externer Programme
Zugriff auf externe Dienste (DBMS)
Techniken
Server-seitige Skripte
CGI
...
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2-11
Datenbanken

Motivation
Komponenten und Funktionen
Systemarchitekturen
Anwendungsarchitekturen
Quelle: Heuer/Saake: „Datenbanken – Konzepte
und Sprachen“, Internat. Thomson Publ. 1995
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2-12
4
Softwareschichten
Individual-S oftw are
Anw endungs-S oftw are
B a sis -S o ftw a re
S ystem softw are
B etriebssystem
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2-13
Ohne Datenbanken: Datenredundanz
Softwaresystem verwaltet selbständig eigene
Daten in eigenen Formaten
Textverarbeitung: Texte
Lagerverwaltung: Artikel, Aufträge
CAD-System: Technische Bauteile
Mehrfache Speicherung (Redundanz):
Erhöhter Speicherplatzbedarf
„Vergessen“ von Änderungen
Keine einheitliche Darstellung
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2-14
Datenredundanz - Probleme
Keine effiziente Verarbeitung durch andere
Systeme
Kein paralleler Zugriff ohne Beeinflussung
Abhängigkeit von interner Datendarstellung
Eingeschränkter Datenschutz und
Datensicherheit
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2-15
5
Mit Datenbanken: Datenintegration
Alle Systeme arbeiten auf denselben Daten
Datenbankentwurf, Datendefinition
Bsp.: Adressen/Artikel nur einmal gespeichert
Vorteile:
Effiziente Verwaltung (Anfragesprachen,
Optimierung)
Paralleler Zugriff (Transaktionskonzept)
Datenunabhängigkeit (3-Ebenen-Konzept)
Datenschutz (kein unbefugter Zugriff)
Datensicherheit (kein Datenverlust)
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2-16
Architektur eines Datenbanksystems
Anfragen
O ptim ierer
Ausw ertung
Plattenzugriff
Updates
P1
Data Dictionary
DB -O perationen
Einbettung
Pn
M asken
Dateiorganisation
Sichtdefinition
Datendefinition
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2-17
Funktionen
Dateiorganisation: Definition der internen

Dateiorganisation und Zugriffspfade
Datendefinition: Konzeptuelle Datendefinition
Sichtdefinition: Definition von Benutzersichten
Masken: Entwurf von Masken und Menüs
DB-Operationen: Anfrage- und UpdateOperationen
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2-18
6
Funktionen
Einbettung: Einbettung dieser Operationen in
Anwendungsprogramme
P1, ..., Pn: verschiedene
Anwendungsprogramme
Optimierer und Auswertung: effiziente
Umsetzung dieser Operationen
Plattenzugriff: Plattenzugriffssteuerung
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2-19
Relationenmodell
Datenbank = Menge von Tabellen
Relationenschema
AUSLEIH
Relation
BUCH
Attribut
INVNR
NAME
INVNR
TITEL
ISBN
AUTOR
4711
Meyer
0007
Dr. No
3-125
Bond
1201
Schulz
1201
Objektbanken 3-111
Heuer
0007
Müller
4711
Datenbanken
3-765
Vossen
4712
Meyer
4712
Datenbanken
3-891
Ullman
4717
PASCAL
3-999
Wirth
Tupel
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2-20
Integritätsbedingungen
Relationenschema + lokale
Integritätsbedingungen
INVNR ist Schlüssel für BUCH
y Darf nicht doppelt vergeben werden
Datenbankschema = Menge von
Relationenschemata + globale
Integritätsbedingungen
INVNR in AUSLEIH ist Fremdschlüssel bzgl.
BUCH
y INVNR muß Schlüssel in BUCH sein
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2-21
7
Anfrageoperationen
Selektion: Tupel
auswählen
SEL[NAME=´Meyer´]
INVNR
NAME
4711
Meyer
4712
Meyer
(AUSLEIH)
Projektion: Attribute
auswählen
PROJ[INVNR, TITEL]
(BUCH)
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INVNR
TITEL
0007
Dr. No
1201
Objektbanken
...
...
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2-22
Anfrageoperationen
Verbund (Join): Tabellen über gleichbenannte
Attribute und gleiche Werte verknüpfen
PROJ[INVNR, TITEL](BUCH) JOIN
SEL[NAME=´Meyer´](AUSLEIH)
INVNR
TITEL
NAME
4711
Datenbanken
Meyer
4712
Datenbanken
Meyer
Weitere Operationen: Vereingung, Differenz, ...
Alle Operationen beliebig kombinierbar
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2-23
Sprachen
Anfragesprache
Interaktive Formulierung und Ausführung von
Anfragen
Relationenalgebra + Funktionen (SUM, MIN,
MAX, COUNT, ...) + arithmetische Operationen
Update-Komponente
Interaktives Eingeben, Löschen und Ändern von
Tupeln
Prüfung der Integritätsbedingungen
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2-24
8
Benutzersichten
Speichern von häufig vorkommenden Anfragen
als „virtuelle“ Tabelle mit „Sichtnamen“
MEYERS :=
PROJ[INVNR, TITEL](BUCH) JOIN
SEL[NAME=´Meyer´](AUSLEIH)
Tabelle MEYERS
INVNR
TITEL
NAME
4711
Datenbanken
Meyer
4712
Datenbanken
Meyer
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2-25
Prinzipien
DBMS: Datenbank-Management-System
DBS: Datenbanksystem (DBMS + Datenbank)
Prinzip:
3-Ebenen-Architektur (physische und logische
Datenunabhängigkeit)
Trennung zwischen Schema (Tabellenstruktur)
und Instanz (Tabelleninhalt)
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2-26
Codd´sche Regeln
1. Integration

Einheitliche, nichtredundante Datenverwaltung
2. Operationen

Speichern, Suchen, Ändern
3. Katalog

Zugriff auf Datenbankbeschreibung im Data
Dictionary
4. Benutzersichten
5. Konsistenzüberwachung

Korrektheit des Datenbankinhalts
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2-27
9
Codd´sche Regeln
5. Datenschutz

Ausschluß unauthorisierter Zugriffe
6. Transaktionen

Mehrere DB-Operationen als Funktionseinheit
7. Synchronisation

Parallele Transaktionen koordinieren
8. Datensicherung

Wiederherstellen von Daten nach
Systemfehlern
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2-28
Entwicklungslinien
60er Jahre
DBS basierend auf hierarchischem Modell,
Netzwekmodell
y Zeigerstrukturen zwischen Daten
y Schwache Trennung interne/konzeptuelle Ebene
y Navigierende DML
70er und 80er Jahre
Relationale DBS
y Daten in Tabellenstrukturen
y 3-Ebenen-Konzept, Deklarative DML
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2-29
Entwicklungslinien
(80er und) 90er Jahre
Wissensbanksysteme
y Daten in Tabellenstrukturen
y Stark deklarative DML
y Integrierte Datenbankprogrammiersprache
Objektorientierte DBS
y Daten in komplexeren Objektstrukturen
y Deklarative oder navigierende DML
y Oft integrierte Datenbankprogrammiersprache
y Oft keine vollständige Ebenentrennung
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2-30
10
Schema-Architektur
E xternes S chem a 1
«
E xternes S chem a N
D atend arstellung
A n frag ebearbeitun g
K onzep tuelles S chem a
Internes Sche m a
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2-31
Datenunabhängigkeit
Stabilität der Benutzerschnittstelle gegen
Änderungen
Physisch: Änderungen der Dateiorganisationen
und Zugriffspfade haben keinen Einfluß auf das
konzeptuelle Schema
Logisch: Änderungen am konzeptuellen (und
gewissen externen) Schemata haben keine
Auswirkungen auf andere externe Schemata
und Anwendungsprogramme
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2-32
Fünf-Schichten-Architektur
System-Architektur: Beschreibung der
Transformationskomponenten [Senko, Härder]
Mengenorientierte Schnittstelle (dekl. DML)
Satzorientierte Schnittstelle (Sätze, nav. Zugriff)
Interne Satzschnittstelle (Manipulation von
Sätzen)
Pufferschnittstelle (Seiten, Seitenadresses)
Datei- oder Seitenschnittstelle (Holen und
Schreiben)
Geräteschnittstelle (Spuren, Zylinder)
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2-33
11
Funktionen
M eng en orie ntierte
S chnittstelle
D a tensyste m
Logische Datenstrukturen
S a tzorie ntie rte
S chnittstelle
Zugriffss ystem
Logische Zugriffspfade
In te rne
S a tzschn ittstelle
Sp eiche rsystem
Speicherungsstruk turen
S yste m pu fferS chnittstelle
Pu fferverw altung
Seitenzuordnung, interne Seiten
D ateischn ittste lle
Be trie bssystem
Speicherzuordnung
G eräteschnittstelle
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2-34
Objekte und Operationen
S Q L : select … From
QBE
R elatio nen
S ich ten
D atensystem
E xte rne S ätze
Ind ex-S truktu ren
S can s
Inte rne S ätze
B äum e
H ash -Tab ellen
FIN D N E X T satz
S TO R E sa tz
Z ugriffssystem
S peichere in ternen S atz
IN S E RT in B -B aum
S peichersystem
B ereitstellen S eite j
Freig eben S eite j
S egm e nte
S eite n
P ufferverw altung
D ateien
B löcke
Lie s B lock k
S chreibe B lock k
B etriebssys tem
Zylind er
S pure n
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Tre iber
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2-35
Relationale Systeme

3-Ebenen-Architektur nach ANSI-SPARC
Einheitliche Datenbanksprache (SQL)
Einbettung von SQL in Programmiersprachen
Werkzeuge für
Definition, Anfrage und Darstellung von Daten
Entwurf von DB-Anwendungsprogrammen
Benutzerinteraktion
Kontrollierter Mehrbenutzerbetrieb
Datenschutz- und Sicherungsmechanismen
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2-36
12
Anwendungsarchitekturen
G UI/Q BE
Interaktives
SQ L
PL-Einbind.
4G Ls
Em bedded
SQ L
SpezialKom ponenten
ReportG enerator
Export
SQ L
Kernsystem
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System /
System Koppl.
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2-37
Multimedia
Begriffe
Klassifikation
Multimedia-DBMS
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2-38
Signale und Medium
Signal := „der eine Nachricht übertragende (und
damit Information wiedergebende) Verlauf einer
physikalischen Größe“ [Bauer, Goos]
Medium := Nachrichtenträger
Mittelglied, Mittler [Duden]
Vermittelt zwischen Kommunikationspartnern
Sender: erzeugt Signale auf Medium
Empfänger: nimmt Signale auf zur
y Interpretation, Wandlung, Weiterleitung
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2-39
13
Physikalische Medien
Konkrete Medien
z.B. Schall in festen, flüssigen und gasförmigen
Stoffen
z.B. elektromagnetische Wellen
Bilden Basis für abstrakte Medien
S en d e r
E m p fä ng e r
G estaltet
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M ed iu m
Analysiert
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2-40
Abstrakte Medien
Bauen auf anderen Medien auf
Æ Hierarchien
Nutzen andere Sender/Medium/EmpfängerEinheiten als Medium
z.B. Folien als Medium
S tift
F ärbt
Reflektierende
O berfläche
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Reflektierende
O berfläche
Licht
Analysiert
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A uge
K am era
2-41
Weitere Eigenschaften von Medien
Darstellungsmächtigkeit
z.B. Geruch vs. Bild
Medienübersetzung oft möglich
Komposition möglich
Æ Multimedia
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2-42
14
Klassifikationen
Nach Sinnesorganen
Visuell (optisch)
y Sprachlich (symbolgebunden), Nicht-sprachlich
Akustisch
Haptisch (Tasten)
Gustorisch (Schmecken)
Olfaktorisch (Riechen)
Nach Zeit
Relativ zeitinvariant: Text, Bild, Fotos
Relativ zeitgebunden: Video, Sprache
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2-43
Medien auf Computern

Text
Grafik
Rasterbild
Tonaufnahmen (Audio)
Bewegtbild (Video)
VITA = Video + Image + Text + Audio
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2-44
Weitere Begriffe
Medien-Objekt: computerverwaltete logische
Informationseinheit in einem Medium
Multimedia-Objekt: ~ in einem oder mehreren
Medien
Medien-Daten bzw. Multimedia-Daten:
heterogene Menge von Medien- bzw.
Multimedia-Objekten
Multimedia-System: Computersystem, das an
der Benutzeroberfläche verschiedene Medien
zum Informationsaustausch unterstützt
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2-45
15
Multimedia-DBMS
MMDBMS = DBMS +
Hohe Kapazität
Hohe Performance
Unterstützung von Multimedia-Datentypen
(Datentyp = Struktur + Operationen)
Kombination von
y Konventionellen DBMS-Fähigkeiten
y Unterstützung von hierarchischen
Speichersystemen (RAM, Festplatte, CD, ...)
y Information Retrieval
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2-46
16