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

Введение

Актуальность выполнения данной работы обусловлена тем, что характерной чертой нашего времени являются интенсивно развивающиеся процессы информатизации практически во всех сферах человеческой деятельности. Они привели к формированию новой инфраструктуры, которая связана с новым типом общественных отношений, с новой реальностью, с совершенно новыми информационными технологиями различных видов деятельности.

Информационные технологии становятся важнейшим инструментом научно-технического и социально-экономического развития общества, играя существенную роль в ускорении процессов получения, распространения и последующего использования новых знаний. Влияя на качество интеллектуальных ресурсов социума, информационные технологии повышают уровень и качество самой жизни человека.

Информационно-коммуникационные технологии включают в свой состав специализированные характеристики следующих понятий: система; информационная система; автоматизированная система. Определение перечисленных понятий позволяет более точно подобрать необходимые компоненты информационно-коммуникационной составляющей человеческой жизнедеятельности.

Несмотря на кажущуюся простоту процесса автоматизации, не так-то легко можно получить эффективное программное решение, кроме того, определенные трудности представляет постоянное изменение комплекса требований предъявляемых к учету обрабатываемой оперативной информации, постоянно увеличивающаяся потребность в быстро адаптируемых к новым изменчивым условиям прикладных программных комплексах. Автоматизация по средствам практического использования прототипного программирования позволяет получить многофункциональный продукт за достаточно короткое время.

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».

Глава 1. Технология «клиент-сервер»

1.1. Описание технологии «клиент-сервер»

«Клиент–сервер» (англ. client–server) представляет собой вычислительную или сетевую архитектуру, в которой задания или сетевая нагрузка распределяется между активными поставщиками услуг, которые называются серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Фактически клиент и сервер представляет собой прикладное программное обеспечение. Обычно эти прикладные программы располагаются на разных вычислительных машинах и взаимодействуют между собой по средствам использования средств вычислительной сети с использованием сетевых протоколов, но в тоже время они могут быть расположены также и на одной машине [3].

Программы-серверы ожидают от клиентских прикладных программ запросы и предоставляют им свои вычислительные ресурсы в виде некоторых данных или в виде сервисных функций. В связи с тем, что одна программа-сервер может выполнять запросы от нескольких прикладных программ-клиентов, её размещают на специально выделенной вычислительной машине, которая настраивается особым образом, как правило, совместно с другими прикладными программами-серверами, поэтому производительность такой машины должна быть достаточно высокой [14].

Из-за особой роли такой машины в вычислительной сети, специфики её оборудования и прикладного программного обеспечения, её также называют сервером, а машины, которые выполняют клиентские прикладные программы, соответственно, клиентами [7].

Клиент и сервер взаимодействую друг с другом в сети Интернет или в любой другой компьютерной сети при помощи различных сетевых протоколов, например, IP протокол, HTTP протокол, FTP и другие. Протоколов на самом деле очень много и каждый протокол позволяет оказывать ту или иную услугу.

Например, при помощи HTTP протокола браузер отправляет специальное HTTP сообщение, в котором указано какую информацию и в каком виде он хочет получить от сервера, сервер, получив такое сообщение, отсылает браузеру в ответ похожее по структуре сообщение (или несколько сообщений), в котором содержится нужная информация, обычно это HTML документ [1].

Основным объектом манипуляции в HTTP является ресурс, на который указывает URI (Uniform Resource Identifier) в запросе клиента. Обычно такими ресурсами являются хранящиеся на сервере файлы, но ими могут быть логические объекты или что-то абстрактное. Особенностью протокола HTTP является возможность указать в запросе и ответе способ представления одного и того же ресурса по различным параметрам: формату, кодировке, языку и т. д. (в частности, для этого используется HTTP-заголовок). Именно благодаря возможности указания способа кодирования сообщения, клиент и сервер могут обмениваться двоичными данными, хотя данный протокол является текстовым.

HTTP – протокол прикладного уровня; аналогичными ему являются FTP и SMTP. Обмен сообщениями идёт по обыкновенной схеме «запрос-ответ». Для идентификации ресурсов HTTP использует глобальные URI. В отличие от многих других протоколов, HTTP не сохраняет своего состояния [10]. Это означает отсутствие сохранения промежуточного состояния между парами «запрос-ответ». Компоненты, использующие HTTP, могут самостоятельно осуществлять сохранение информации о состоянии, связанной с последними запросами и ответами (например, «куки» на стороне клиента, «сессии» на стороне сервера). Браузер, посылающий запросы, может отслеживать задержки ответов. Сервер может хранить IP-адреса и заголовки запросов последних клиентов. Однако сам протокол не осведомлён о предыдущих запросах и ответах, в нём не предусмотрена внутренняя поддержка состояния, к нему не предъявляются такие требования.

Многие сетевые протоколы построены на архитектуре клиент-сервер, поэтому в их основе обычно лежат одинаковые или схожие принципы взаимодействия, а разницу можно увидеть лишь в деталях, которые обусловлены особенностями и спецификой области, для которой разрабатывался тот или иной сетевой протокол [5].

Архитектура клиент-сервер определяет лишь общие принципы 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 нужно. При этом взаимодействие всегда начинает клиент, а правила, по которым происходит взаимодействие описывает протокол.

1.2. Двухзвенная архитектура

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) [19].

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 [2].

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.

В классической ситуации (когда роль клиента выполняет браузер) для того, чтобы пользователь увидел графический интерфейс приложения в окне браузера, последний должен обработать полученный ответ веб-сервера, в котором будет содержаться информация, реализованная с применением HTML, CSS, JS (самые используемые технологии). Именно эти технологии «дают понять» браузеру, как именно необходимо «отрисовать» все, что он получил в ответе [16].

Веб-сервер – это сервер, принимающий HTTP-запросы от клиентов и выдающий им HTTP-ответы. Веб-сервером называют как прикладное программное обеспечение, выполняющее функции веб-сервера, так и непосредственно компьютер, на котором это программное обеспечение работает.

Наиболее распространенными видами программного обеспечения веб-серверов являются Apache, IIS и NGINX. На веб-сервере функционирует тестируемое приложение, которое может быть реализовано с применением самых разнообразных языков программирования: PHP; Python; Ruby; Java; Perl и пр.

База данных фактически не является частью веб-сервера, но большинство приложений просто не могут выполнять все возложенные на них функции без нее, так как именно в базе данных хранится вся динамическая информация приложения [21].

В настоящее время намечается тенденция возврата к тому, с чего начиналась клиент-серверная архитектура – к централизации вычислений на основе использования модели терминал-сервера. В современной реинкарнации терминалы отличаются от своих алфавитно-цифровых предков тем, что имея минимум программных и аппаратных средств, представляют мультимедийные возможности (в т.ч. графический пользовательский интерфейс) [4].

Работу терминалов обеспечивает высокопроизводительный сервер, куда вынесено все, вплоть до виртуальных драйверов устройств, включая драйверы видеоподсистемы.

Если говорить про многоуровневую архитектуру взаимодействия клиент-сервер, то в качестве примера можно привести любую современную СУБД (за исключением, наверное, библиотеки SQLite, которая в принципе не использует концепцию клиент-сервер).

Несколько процессов или потоков могут одновременно без каких-либо проблем читать данные из одной базы. Запись в базу можно осуществить только в том случае, если никаких других запросов в данный момент не обслуживается; в противном случае попытка записи оканчивается неудачей, и в программу возвращается код ошибки [12]. Другим вариантом развития событий является автоматическое повторение попыток записи в течение заданного интервала времени.

Старые версии SQLite были спроектированы без каких-либо ограничений, единственным условием было то, чтобы база данных умещалась в памяти, в которой все вычисления производились при помощи 32-разрядных целых чисел. Это создавало определённые проблемы. Из-за того, что верхние пределы не были определены и соответственно должным образом протестированы, часто обнаруживались ошибки при использовании SQLite в достаточно экстремальных условиях [17]. Поэтому в новых версиях SQLite были введены пределы, которые теперь проверяются вместе с общим набором тестов.

Сама библиотека SQLite написана на C; существует большое количество привязок к другим языкам программирования, в том числе Apple Swift, Delphi, C++, Java, C#, VB.NET, Python, Perl, Node.js, PHP, PureBasic, Tcl (средства для работы с Tcl включены в комплект поставки SQLite), Ruby, Haskell, Scheme, Smalltalk, Lua и Parser, а также ко многим другим [11].

Простота и удобство встраивания SQLite привели к тому, что библиотека используется в браузерах, музыкальных плеерах и многих других программах.

В частности, SQLite используется в:

– Adobe Integrated Runtime – среда для запуска приложений (частично);

– Gears;

– Autoit;

– Фреймворк Qt [8].

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.

1.3. Трехзвенная архитектура

Еще одна тенденция в клиент-серверных технологиях связана со все большим использованием распределенных вычислений. Они реализуются на основе модели сервера приложений, где сетевое приложение разделено 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. В этом случае двухзвенная клиент-серверная архитектура становится трехзвенной (three-tier, 3-tier) [6].

N-уровневая архитектура приложения предоставляет модель, по которой разработчики могут создавать гибкие и повторно-используемые приложения. Разделяя приложение на уровни абстракции, разработчики приобретают возможность внесения изменений в какой-то определённый слой, вместо того, чтобы перерабатывать всё приложение целиком. Трёхуровневая архитектура обычно состоит из уровня представления, уровня бизнес-логики и уровня хранения данных.