Файл: Варианты архитектуры клиент-сервер (Варианты архитектуры «клиент-сервер»).pdf

Актуальность выполнения данной работы обусловлена тем, что современное информационное пространство предполагает обработку большого количества разрозненной информации. Использование разрозненных информационно-коммуникационных технологий уже недостаточно для обеспечения эффективной работы организации и пользователя, в частности. Перевод сервисов в облака позволяет предоставить организациям более широкий спектр услуг и надежность обработки информации. И при этом, использование технологии клиент-сервер позволяет достичь максимального эффекта обработки информации.

Технология клиент-сервер представляют собой специализированную информационную модель по обеспечению пользователям удобного сетевого доступа по требованию к определенному общему фонду конфигурируемых ресурсов, которые могут быть в оперативном порядке освобождены и предоставлены с минимальными затратами или обращениями к провайдеру предоставления услуг.

Объект исследования – интернет-технологии.

Предмет исследования – технология «клиент-сервер».

Целью данной работы является изучение вариантов архитектуры «клиент-сервер».

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

– дать характеристику технологии «клиент-сервер»;

– изучить модели взаимодействия «клиент-сервер»;

– описать варианты архитектур «клиент-сервер»;

– представить программную реализацию предметной задачи.

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. Фактически клиент и сервер – это специальное программное обеспечение [1].

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 [4].

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».

Преимущества практического использования технологии «клиент-сервер»:

– отсутствие дублирования кода программы-сервера прикладными программами-клиентами;

– так как все вычисления выполняются на сервере, то требования к персональным компьютерам, на которых установлен клиент, существенно снижаются;

– все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще может быть организован контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с определенными правами доступа [7].

Недостатки практического использования технологии «клиент-сервер» заключаются в следующем:

– неработоспособность вычислительного сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть. Неработоспособным сервером следует считать сервер, производительности которого не хватает на обслуживание всех клиентов, а также сервер, который находится на ремонте, профилактике;

– поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста – системного администратора;

– высокая стоимость требуемого оборудования.

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).

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 [10].

Затем, с появлением персональных компьютеров 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 [2].

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» [17]. 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 [14].

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 [11].

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 говорит, что нужно разделять машины в сети на клиентские, которым всегда что-то надо и на серверные, которые дают то, что надо [23]. При этом взаимодействие всегда начинает клиент, а правила, по которым происходит взаимодействие описывает протокол.

Появление архитектуры клиент-сервер, как и многих других новых компьютерных технологий, сопровождалось рождением новой терминологии, которые и являются компонентами технологии «клиент-сервер»:

– прикладной программный интерфейс (Application Programming Interface, API) - набор функций и подпрограмм, обеспечивающих взаимодействие клиентов и серверов;

– клиент - объект, запрашивающий информацию по сети. Как правило, это персональный компьютер или рабочая станция, запрашивающая информацию у сервера;

– промежуточное программное обеспечение - набор драйверов, прикладных программных интерфейсов и прочего программного обеспечения, позволяющего улучшить взаимодействие между клиентским приложением и сервером;

– база данных - база данных, в которой доступ к информации ограничен выбором строк, удовлетворяющих определенным критериям поиска;

– сервер - компьютер (как правило, высокопроизводительная рабочая станция, миникомпьютер или мэйнфрейм), хранящий информацию, с которой работают сетевые клиенты;

– язык структурированных запросов (Structured Query Language, SQL) - разработанный корпорацией IBM и стандартизованный институтом ANSI язык для создания, управления и изменения баз данных [6].

Каждый сервер в окружении клиент-сервер предоставляет клиентам набор услуг. Наиболее распространенным типом сервера в архитектуре клиент-сервер является сервер баз данных, как правило, управляющий реляционной базой данных. Высокопроизводительный сервер обеспечивает коллективный доступ нескольких клиентов к одной и той же базе данных [13].

Помимо клиентов и серверов в окружение клиент-сервер входит сеть. Вычислительная модель клиент-сервер по определению является распределенной. Пользователи, приложения и ресурсы располагаются на разных компьютерах и соединены общей локальной, глобальной или составной сетью.

Таким образом, архитектура «клиент-сервер» включает специализированные компоненты, например, специализированное программное обеспечение, использование сервера и прикладной интерфейс. Использование возможностей языка структурированных запросов SQL позволяет выполнить необходимую обработку информации базы данных программной системы.

2. Варианты архитектуры «клиент-сервер»

2.1. Двухуровневая архитектура «клиент-сервер»

В любой сети (даже одноранговой), построенной на современных сетевых технологиях, присутствуют элементы клиент-серверного взаимодействия, чаще всего на основе двухзвенной архитектуры. Двухзвенной (two-tier, 2-tier) она называется из-за необходимости распределения трех базовых компонентов между двумя узлами (клиентом и сервером).

Двухзвенная архитектура используется в клиент-серверных системах, где вычислительный сервер отвечает на клиентские запросы напрямую и в полном объеме, при этом используя только собственные вычислительные ресурсы [3].

Т.е. сервер не вызывает сторонние сетевые прикладные программные приложения и не обращается к сторонним вычислительным ресурсам для выполнения какой-либо части пользовательского структурированного запроса (рис. 1).