Файл: Технология клиент-сервер (1. Технология «клиент-сервер»).pdf

Введение

Актуальность выполнения данной работы обусловлена тем, что область применения информационных систем постоянно расширяется, а сами они становятся все более и более сложными. Некоторые системы вырастают и усложняются настолько, что приобретают глобальный характер, и от их правильного и надежного функционирования начинает зависеть деятельность десятков или даже сотен тысяч людей.

В силу своей глобальности (нужно обеспечить доступ к системе из территориально разнесенных между собой точек), а также в силу ряда других причин такие системы часто имеют очень сложную архитектуру, предполагающую их функционирование в виде набора компонентов, каждый из которых выполняется на отдельном узле. Поскольку число таких систем постоянно возрастает, требования, предъявляемые к ним, достаточно серьезны. Сложность проектирования и разработки таких систем высока, а методы и средства, применяемые при реализации таких проектов, отличны от принятых при разработке монолитных систем.

Повсеместный переход на технологию «клиент-сервер» помогает решить много старых проблем, но при этом создал много новых. Одной из основных трудностей было и остается определение границы между функционалом клиента и сервера. Часто решение о переносе части задач на сервер пагубно сказывается на общей производительности системы, и наоборот, перенос части нагрузки на клиента может привести к потере централизации.

По мере роста популярности систем «клиент-сервер» набирала силу и технология ООП, которая предлагала перейти к системной архитектуре с тремя слоями: слой представления отводится пользовательскому интерфейсу, слой предметной области предназначен для описания основных функций приложения, необходимых для достижения поставленной перед ним цели, а третий слой представляет источник данных.

Объект исследования – интернет-технологии.

Предмет исследования – технология «клиент-сервер»

Целью данной работы является изучение технологии «клиент-сервер».

В соответствии с целью была определена необходимость постановки и решения следующих задач:

– дать понятие технологии «клиент-сервер»;

– описать модели взаимодействия «клиент-сервер»;

– описать архитектуру «клиент-сервер»;

– дать характеристику современным технологиям «клиент-сервер»;

– описать практику использования технологий «клиент-сервер».

Структурно работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы.

1. Технология «клиент-сервер»

1.1 Понятие технологии «клиент-сервер»

«Клиент–сервер» представляет собой вычислительную или сетевую архитектуру, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг, называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами [3, с. 19]. Фактически клиент и сервер – это специальное программное обеспечение.

Поскольку одна программа-сервер может выполнять запросы от множества программ-клиентов, её размещают на специально выделенной вычислительной машине, настроенной особым образом, как правило, совместно с другими программами-серверами, поэтому производительность этой машины должна быть высокой. Из-за особой роли такой машины в сети, специфики её оборудования и программного обеспечения, её также называют сервером, а машины, выполняющие клиентские программы, соответственно, клиентами.

Как правило, компьютеры и прикладные программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами, другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам. Компьютер, управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер базы данных, вычислительный сервер). Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находиться как в рамках одной вычислительной системы, так и на различных компьютерах, связанных сетью.

Основной принцип технологии «клиент-сервер» заключается в разделении функций приложения на три группы:

– ввод и непосредственное отображение данных (взаимодействие с пользователем);

– прикладные функции, которые являются характерными для данной предметной области;

– функции управления оперативными ресурсами вычислительной системы.

Поэтому, в любом прикладном программном приложении выделяются следующие компоненты:

– компонент представления данных;

– прикладной компонент;

– компонент управления ресурсом.

Связь между компонентами осуществляется по определенным правилам, которые называют «протокол взаимодействия».

1.2 Модели взаимодействия «клиент-сервер»

Компанией Gartner Group, специализирующейся в области исследования информационных технологий, предложена следующая классификация двухзвенных моделей взаимодействия клиент-сервер (двухзвенными эти модели называются потому, что три компонента приложения различным образом распределяются между двумя узлами), Приложение А.

Исторически первой появилась модель распределенного представления данных, которая реализовывалась на универсальной ЭВМ с подключенными к ней неинтеллектуальными терминалами. Управление данными и взаимодействие с пользователем при этом объединялись в одной программе, на терминал передавалась только «картинка», сформированная на центральном компьютере [8, с. 86].

Затем, с появлением персональных компьютеров (ПК) и локальных сетей, были реализованы модели доступа к удаленной базе данных. Некоторое время базовой для сетей ПК была архитектура файлового сервера. При этом один из компьютеров является файловым сервером, на клиентах выполняются приложения, в которых совмещены компонент представления и прикладной компонент (система управления базами данных и прикладная программа) [16, с. 250].

Протокол обмена при этом представляет набор низкоуровневых вызовов операций файловой системы. Такая архитектура, реализуемая, как правило, с помощью персональных систем управления базами данных, имеет очевидные недостатки - высокий сетевой трафик и отсутствие унифицированного доступа к ресурсам.

С появлением первых специализированных серверов баз данных появилась возможность другой реализации модели доступа к удаленной базе данных. В этом случае ядро СУБД функционирует на сервере, протокол обмена обеспечивается с помощью языка SQL. Такой подход по сравнению с файловым сервером ведет к уменьшению загрузки сети и унификации интерфейса «клиент-сервер» [13, с. 74]. Однако, сетевой трафик остается достаточно высоким, кроме того, по прежнему невозможно удовлетворительное администрирование приложений, поскольку в одной программе совмещаются различные функции.

Позже была разработана концепция активного сервера, который использовал механизм хранимых процедур. Это позволило часть прикладного компонента перенести на сервер (модель распределенного приложения). Процедуры хранятся в словаре базы данных, разделяются между несколькими клиентами и выполняются на том же персональном компьютере, что и SQL-сервер [21, с. 369].

Преимущества такого подхода: возможно централизованное администрирование прикладных функций, значительно снижается сетевой трафик (т.к. передаются не структурированные SQL-запросы, а вызовы хранимых процедур). Недостаток - ограниченность специализированных средств разработки хранимых процедур по сравнению с языками общего назначения (C и Pascal).

В последнее время также наблюдается тенденция ко все большему использованию модели распределенного приложения. Характерной чертой таких приложений является логическое разделение приложения на две и более частей, каждая из которых может выполняться на отдельном компьютере. Выделенные части приложения взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями в заранее согласованном формате. На практике сейчас обычно используются смешанный подход:

– простейшие прикладные функции выполняются хранимыми процедурами на сервере;

– более сложные реализуются на клиенте непосредственно в прикладной программе [24, с. 54].

Сейчас ряд поставщиков коммерческих систем управления базами данных объявило о планах реализации механизмов выполнения хранимых процедур с использованием языка программирования Java. Это соответствует концепции «тонкого клиента», функцией которого остается только непосредственное отображение данных (модель удаленного представления данных).

1.3 Архитектура «клиент-сервер»

Архитектура клиент-сервер определяет лишь общие принципы непосредственного взаимодействия между компьютерами, детали взаимодействия определяют различные протоколы. Данная концепция нам говорит, что нужно разделять машины в сети на клиентские, которым всегда что-то надо и на серверные, которые дают то, что надо. При этом взаимодействие всегда начинает клиент, а правила, по которым происходит взаимодействие описывает протокол.

Существует два вида архитектуры взаимодействия клиент-сервер: первый получил название двухзвенная архитектура клиент-серверного взаимодействия, второй – многоуровневая архитектура клиент-сервер (иногда его называют трехуровневая архитектура или трехзвенная архитектура, но это частный случай).

Принцип работы двухуровневой архитектуры взаимодействия клиент-сервер заключается в том, что обработка запроса происходит на одной машине без использования сторонних ресурсов. Двухзвенная архитектура предъявляет жесткие требования к производительности сервера, но в тоже время является очень надежной. Двухуровневую модель взаимодействия клиент-сервер вы можете увидеть на рис. 1.

Рис. 1. Двухуровневая модель взаимодействия клиент-сервер

Здесь четко видно, что есть клиент (1-ый уровень), который позволяет человеку сделать запрос, и есть сервер, который обрабатывает запрос клиента.

Если говорить про многоуровневую архитектуру взаимодействия клиент-сервер, то в качестве примера можно привести любую современную систему управления базами данных (за исключением, библиотеки SQLite, которая в принципе не использует концепцию клиент-сервер) [4, с. 89].

Суть многоуровневой архитектуры заключается в том, что запрос клиента обрабатывается сразу несколькими серверами. Такой подход позволяет значительно снизить нагрузку на сервер из-за того, что происходит распределение операций, но в то же самое время данный подход не такой надежный, как двухзвенная архитектура. На рис. 2 можно увидеть пример многоуровневой архитектуры клиент-сервер.

Если посмотреть на данную архитектуру с позиции сайта. То первый уровень можно считать браузером, с помощью которого посетитель заходит на сайт, второй уровень – это связка Apache + PHP, а третий уровень – это база данных. Преимуществом модели взаимодействия клиент-сервер является то, что программный код клиентского приложения и серверного разделен.

Если говорить про локальные компьютерные сети, то к преимуществам архитектуры клиент-сервер можно отнести пониженные требования к машинам клиентов, так как большая часть вычислительных операций будет производиться на сервере, а также архитектура клиент-сервер довольно гибкая и позволяет администратору сделать локальную сеть более защищенной.

Рис. 2. Многоуровневая архитектура взаимодействия клиент-сервер

Типичный пример трехуровневой модели клиент-сервер. Если говорить в контексте систем управления базами данных, то первый уровень – это клиент, который позволяет нам писать различные структурированные SQL запросы к базе данных. Второй уровень – это движок системы управления базами данных, который интерпретирует запросы и реализует взаимодействие между клиентом и файловой системой, а третий уровень – это хранилище данных [2, с. 415].

К недостаткам модели взаимодействия клиент-сервер можно отнести то, что стоимость серверного оборудования значительно выше клиентского. Сервер должен обслуживать специально обученный и подготовленный человек [5, с. 190]. Если в локальной сети не будет работать сервер, то и клиенты не смогут работать. В качестве заключения нам стоит явно акцентировать внимание на том, что архитектура клиент-сервер не делит машины на только клиент или только сервер, а скорее позволяет распределить нагрузку и разделить функционал между клиентской частью и серверной.