Файл: «Технология «клиент-сервер».pdf

Архитектура «клиент-сервер» определяет общие принципы организации взаимодействия в сети, где имеются серверы, узлы-поставщики некоторых специфичных функций (сервисов) и клиенты, потребители этих функций. [9]

 Практические реализации такой архитектуры называются клиент-серверными технологиями. Каждая технология определяет собственные или использует имеющиеся правила взаимодейстия между клиентом и сервером, которые называются протоколом обмена (протоколом взаимодействия).

Архитектура клиент-сервер – это сетевая архитектура, в которой взаимодействуют устройства называемые клиентами и серверами. Данная архитектура может использоваться как для физических устройств, так и для программного обеспечения зависимо от распределения логических компонентов приложения между клиентом и сервером.

В архитектуру клиент-сервер входят следующие основные компоненты:

сервер баз данных отвечает за хранение, доступ, защиту и резервное копирование данных;

сервер приложений - это устройство, выполняющее определенные бизнес-правила;

клиент предоставляет интерфейс пользователя;

сеть и коммуникационное ПО – это всевозможное оборудование, каналы для передачи данных и ПО используемое для осуществления передачи запросов и ответов от клиента к серверу и обратно через сетевые протоколы.

Использование такой архитектуры помогает оптимизировать распределение вычислительных ресурсов и обеспечивает защиту данных.

Распределенные системы и приложения

Распределенная система представляет из себя группу компьютеров, которую пользователи видят как единую объединенную систему.

Выделяют 2 аспекта распределенной системы:

все компьютеры являются автономными;

пользователям такая система представляется единой. [11]

Распределенные приложения в сети Интернет, как правило, имеют в своей основе модель типа клиент-сервер – в этой модели приложения структурируют, разделяя их на серверные процессы, предоставляющие специализированные службы для клиентских процессов, при этом серверные процессы могут работать с одним или несколькими клиентами:

Хотя и клиент, и сервер теоретически могут находиться на одном компьютере, в основном системы такой архитектуры запускают клиентские процессы на одном компьютере, а процессы сервера на другом, а для того, чтобы обмениваться информацией используют сетевые связи. Такая модель позволяет одному процессу работать независимо от других, выполнять те или иные задачи и распределять вычислительную нагрузку.

Обычно в качестве клиента используется настольный ПК, который выполняет ПО конечного пользователя - это любые прикладные программы, которые направляют запрос по сети серверу и обрабатывают полученную от него информацию. Например ПК, который работает под управлением Windows и выполняет программу клиента может послать запрос серверу работающему на другой системе или же серверу баз данных. Сервер же получив запрос, выполняет те или иные действия от имени клиента.

Взаимодействие клиента и сервера в сети Интернет осуществляется при помощи запросов, которые клиент посылает серверу, и ответов, которые сервер отсылает на запрос клиента. [8]

Исследования работы различных приложений-интернет показывают, что в 70 процентах случаев для выполнения тех или иных действий пользователю не нужно обращаться к серверу – все эти действия могут быть реализованы на стороне клиента, если их выполнение может быть на нем запрограммировано.

Преимущества архитектуры клиент-сервер

Несомненное преимущество состоит в приближенности данных к вычислительным процессам. Большая часть расчетов выполняется на стороне сервера, благодаря чему быстродействие значительно увеличивается.

Технология клиент-сервер дает большую безопасность для пользователя, процессы выполняются более стабильно, согласованно, с повышенной конфиденциальностью, данные быстро обрабатываются и надежно хранятся. Развитие системы с архитектурой клиент-сервер обязано также тому, что при подключении к недорогим серверам таких же недорогих ПК получается оптимальное соотношение стоимости и производительности.

Как правило, программа обработки данных (клиентская часть) располагается на одном ПК, а сама БД - на другом. Такое разделение вполне закономерно: клиентская часть программы (та, что находится у пользователя), передает по сети запрос на обработку данных на другой компьютер, на котором сервер базы данных их читает, выполняет, и возвращает по сети ответ клиенту. Причем по сети передается лишь полезная информация.

С другой стороны постоянно совершенствуется сам метод хранения и обработки данных, и если его реализация (то есть сервер баз данных) изменилась, то не нужно будет делать новую компиляцию с новыми библиотеками всех разработанных программ, а потребуется всего лишь произвести установку нового сервера БД и перевести базы данных в новый формат сервера. [1]

Используя различные компьютеры, разработчики клиент-серверных систем эмулируют вычислительную мощность больших ЭВМ, распределяют прикладные задачи по разным компьютерам и серверам. Каждый из этих компьютеров берет на себя определенную вычислительную нагрузку, использует информацию совместно с другими процессорами в сети.

Но сама идея состоит в повышении мощности системы, не методом увеличения производительности одного компьютера, а обобщая возможности многих.

Быстродействие является основным фактором для разработки систем для клиент-серверной архитектуры. Использование программных средств быстрой разработки позволяет разработчикам "создавать прикладные системы для клиент-серверной архитектуры в очень короткие сроки. Реализовать клиент серверную архитектур в вашем офисе, или поддерживать текущую могут компании, проводящие абонентское обслуживание компьютеров организаций, или грамотные системные администраторы.

ГЛАВА 2. НАЗНАЧЕНИЕ И ВОЗМОЖНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ КЛИЕНТ-СЕРВЕР

2.1 Концепция взаимодействия клиент-сервер

Миллионы людей каждый день выходят в сеть Интернет, чтобы почитать новости, пообщаться с друзьями, получить полезную информацию, совершить покупку или оплатить счет. Но большая часть рядовых пользователей даже не догадывается о том, как и с помощью чего они всё это делают, да на самом деле большинству людей это и не нужно, главное, чтобы они получали услугу вовремя и качественно. [12]

Здесь мы разберемся с концепцией, которая позволяет нам выполнять все эти действия в сети Интернет. Данная концепция получила название «клиент-сервер».

Как понятно из названия, в данной концепции участвуют две стороны: клиент и сервер. Здесь всё как в жизни: клиент – это заказчик той или иной услуги, а сервер – поставщик услуг. Клиент и сервер физически представляют собой программы, например, типичным клиентом является браузер. В качестве сервера можно привести следующие примеры: все HTTP сервера (в частности Apache), MySQL сервер, локальный веб-сервер AMPPS или готовая сборка Denwer (последних два примера – это не проста сервера, а целый набор серверов).

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.

Сообщения, которые посылают клиенты получили названия HTTP запросы. Запросы имеют специальные методы, которые говорят серверу о том, как обрабатывать сообщение. А сообщения, которые посылает сервер получили название HTTP ответы, они содержат помимо полезной информации еще и специальные коды состояния, которые позволяют браузеру узнать то, как сервер понял его запрос. [2]

Сейчас мы схематично описали, как взаимодействуют клиент и сервер на седьмом уровне модели OSI, но, на самом деле это взаимодействие происходит на всех семи уровнях. Когда клиент отправляет запрос, сообщение упаковывается, можно представить, что сообщение заворачивается в семь оберток (хотя их может быть намного больше или же меньше), а когда сообщение получает сервер, он начинает эти обертки разворачивать.

Также стоит заметить, что в основе взаимодействия клиент-сервер лежит принцип того, что такое взаимодействие начинает клиент, сервер лишь отвечает клиенту и сообщает о том может ли он предоставить услугу клиенту и если может, то на каких условиях. Клиентское программное обеспечение и серверное программное обеспечение обычно установлено на разных машинах, но также они могут работать и на одном компьютере.

Данная концепция взаимодействия была разработана в первую очередь для того, чтобы разделить нагрузку между участниками процесса обмена информацией, а также для того, чтобы разделить программный код поставщика и заказчика. Ниже вы можете увидеть упрощенную схему взаимодействия клиент-сервер.

Рис. 2 Простая схема взаимодействия клиент-сервер

Мы видим, что к одному серверу может обращаться сразу несколько клиентов (действительно, на одном сайте может находиться несколько посетителей). Также стоит заметить, что количество клиентов, которые могут одновременно взаимодействовать с сервером зависит от мощности сервера и от того, что хочет получить клиент от сервера.

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

Почему веб-мастеру нужно понимать модель взаимодействия клиент-сервер

Давайте теперь ответим на вопрос: «зачем веб-мастеру или веб-разработчику понимать концепцию взаимодействия клиент-сервер?».  Ответ, естественно, очевиден. Чтобы что-то делать своими руками нужно понимать, как это работает. Чтобы сделать сайт и, чтобы он правильно работал в сети Интернет или хотя бы просто работал, нам нужно понимать, как работает сеть Интернет.

Мы уже упоминали, что большая часть сетевых протоколов имеют архитектуру клиент-сервер. Например, веб-мастеру или веб-разработчику будут интересны протоколы седьмого и шестого уровня эталонной модели. Сетевым администраторам важно понимать, как происходит взаимодействие на уровнях с пятого по второй. Для инженеров связи наибольший интерес представляют протоколы с четвертого по первый уровень модели OSI. [6]

Поэтому если вы действительно хотите быть профессионалом в сфере web, то сперва вам необходимо понимать, как происходит взаимодействии в сети (именно на седьмом уровне), а уже потом начинать изучать инструменты, которые позволят создавать сайты.

2.2 Архитектура «клиент-сервер»: преимущества и недостатки

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 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 рисунке ниже.

Рис. 3 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 СУБД (за исключением, наверное, библиотеки SQLite, которая в принципе не использует концепцию клиент-сервер).  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 рисунке ниже вы можете увидеть пример многоуровневой архитектуры клиент-сервер. [5]