Независимо от того, как определяется понятие архитектуры «клиент-сервер» (а таких определений в литературе много), в основе этого понятия лежит распределенная модель вычислений. В самом общем случае под клиентом и сервером понимаются два взаимодействующих процесса, из которых один является поставщиком некоторого сервиса для другого.

Термин «клиент-сервер» означает такую архитектуру программного комплекса, в которой его функциональные части взаимодействуют по схеме «запрос-ответ». Если рассмотреть две взаимодействующие части этого комплекса, то одна из них (клиент) выполняет активную функцию, т. е. инициирует запросы, а другая (сервер) пассивно на них отвечает. По мере развития системы роли могут меняться, например некоторый программный блок будет одновременно выполнять функции сервера по отношению к одному блоку и клиента по отношению к другому.

Сервер — один или несколько многопользовательских процессоров с единым полем памяти, который в соответствии с потребностями пользователя обеспечивает им функции вычисления, коммуникации и доступа к базам данных. Сервер можно назвать программу, представляющая какие-то услуги другим программам. Примеры серверов - вебсервер Apache, серверы баз данных - MySQL, ORACLE, сетевые файловые системы и принтера Windows.

Клиент — рабочая станция для одного пользователя, обеспечивающая режим регистрации и др. необходимые на его рабочем месте функции вычисления, коммуникацию, доступ к базам данных и др. Клиентом можно назвать это программа, использующая услугу, представляемую программой сервера. Примеры клиентов - MSIE (MS Internet Explorer), клиент ICQ.

Часто люди клиентом или сервером просто называют компьютер, на котором работает какая-то из этих программ.

В сущности клиент и сервер - это роли, исполняемые программами. Клиенты и сервера физически могут находиться на одном компьютере. Одна и та же программа может быть и клиентом, и сервером одновременно, и т.д… это только роли.

Если проводить аналогию с обществом - банк или магазин - «сервера». Они представляют какие-то услуги своим клиентам. Но банк может в то же время быть клиентом какой-то другой фирмы и т. д…

Обработка Клиент — Сервер — среда, в которой обработка приложений распределена между клиентом и сервером. Нередко в обработке участвуют машины разных типов, причем клиент и сервер общаются между собой с помощью фиксированного множества стандартных протоколов обмена и процедур обращения к удаленным платформам.

СУБД с персональных ЭВМ (такие, как Clipper, DBase, FoxPro, Paradox, Clarion имеют сетевые версии, которые просто совместно используют файлы баз данных тех же форматов для ПК, осуществляя при этом сетевые блокировки для разграничения доступа к таблицам и записям. При этом вся работа осуществляется на ПК. Сервер используется просто как общий удаленный диск большой емкости. Такой способ работы приводит к риску потери данных при аппаратных сбоях.

По сравнению с такими системами системы, построенные в архитектуре Клиент — Сервер, имеют следующие преимущества:

позволяют увеличить размер и сложность программ, выполняемых на рабочей станции;


обеспечивает перенесение наиболее трудоемких опе-раций на сервер, являющийся машиной большей вычислительной мощности;


уменьшает до минимума возможность потери содержащейся в БД информации за счет применения имеющихся на сервере внутренних механизмов защиты данных, таких, как, например системы трассировки транзакций, откат после сбоя, средства обеспечения целостности данных;


в несколько раз уменьшает объем информации, передаваемый по сети.


В архитектуре «клиент-сервер» сервер базы данных не только обеспечивает доступ к общим данным, но и берет на себя всю обработку этих данных. Клиент посылает на сервер запросы на чтение или изменение данных, которые формулируются на языке SQL. Сервер сам выполняет все необходимые изменения или выборки, контролируя при этом целостность и согласованность данных, и результаты в виде набора записей или кода возврата посылает на компьютер клиента.


Она позволяет оптимальным образом распределить вычислительную нагрузку между клиентом и сервером, что также влияет на многие характеристики системы: стоимость, производительность, поддержку.


1.2. История…


Архитектура и термин «клиент-сервер» впервые использовались в начале 80-тых годов. Первые приложения с архитектурой «клиент-сервер» были базы данных.


До этого не было ясного разделения - программа обычно всё делала сама - в том числе работала с данными в файловой системе, представлением данных пользователю и др. Со временем рос объем и критичность данных для бизнеса, и это со временем начало породить проблемы (быстродействия, безопасности и другие).


Тогда придумали, что удобно поставить базу данных на мощном отдельном компьютере (сервере) и разрешить эту базу данных использовать многим пользователям малого компьютера (клиентам) через сеть, что и было сделано.


По существу «взрыв» популярности технологии «клиент-сервер» был вызван изобретением фирмой IBM простого языка запросов к реляционным базам данных SQL. Сегодня SQL всеобщий стандарт работы с базами данных. В последнее время этот «взрыв» продолжает изобретение Интернета, в котором буквально каждое взаимодействие происходит по архитектуре «клиент-сервер».


1.3. Протоколы


Сервер и клиент в сети между собой «разговаривает» на «языке» (в широком смысле слов), понятном обеим сторонам. Этот «язык» называют протоколом.


В случае банка, протоколом можно назвать бланки, которые заполняет клиент.


В нашем же случае, примеры протоколов:


FTP (File Transfer Protocol)


HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)


SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)


IP (Internet Protocol)


MySQL Client/Server Protocol


Заметим, что протоколы может быть разных уровней. Классификационные системы уровней может быть разные, но одна из самых известных линеек - OSI (Open Systems Interconnection), в котором 7 уровней.


Например, HTTP - протокол прикладного (седьмого - самого высокого) уровня, а IP - протокол сетевого (третьего) уровня.


1.4. Распределение функций в архитектуре «клиент-сервер»


В классической архитектуре клиент-сервер приходится распределять три основные части приложения по двум физическим модулям. Обычно ПО хранения данных располагается на сервере (например, сервере базы данных), интерфейс с пользователем — на стороне клиента, а вот обработку данных приходится распределять между клиентской и серверной частями. В этом-то и заключается основной недостаток двухуровневой архитектуры, из которого следуют несколько неприятных особенностей, сильно усложняющих разработку клиент-серверных систем.


Процесс разработки таких систем достаточно сложен и одной из наиболее важных задач является как раз решение о том, как функциональность приложения должна быть распределена между клиентской и серверной частью. Пытаясь решить эту задачу, разработчики получают двух-звенные, трехзвенные и многозвенные архитектуры. Все зависит от того, сколько промежуточных звеньев включается между клиентом и сервером.


Основная задача, которую решает клиентское приложение, - это обеспечение интерфейса с пользователем, т. е. ввод данных и представление результатов в удобном для пользователя виде, и управление сценариями работы приложения.


Основные функции серверной СУБД - обеспечение надежности, согласованности и защищенности данных, управление запросами клиентов, быстрая обработка SQL-запросов.


Вся логика работы приложения - прикладные задачи, бизнес-правила - в двух-звенной архитектуре распределяются разработчиком между двумя процессами: клиентом и сервером (рис. 1).


Сначала большая часть функций приложения решалась клиентом, сервер занимался только обработкой SQL-запросов. Такая архитектура получила название «толстый клиент - тонкий сервер».


Появление возможности создавать на сервере хранимые процедуры, т. е. откомпилированные программы с внутренней логикой работы, привело к тенденции переносить все большую часть функций на сервер. Сервер становился все более «толстым», а клиент - «утоньшался».


Такое решение имеет очевидные преимущества, например его легче поддерживать, т. к. все изменения нужно вносить только в одном месте - на сервере.


рассмотренные выше модели имеют следующие недостатки.


1. «Толстый» клиент:


– сложность администрирования;


– усложняется обновление ПО, поскольку его замену нужно производить одновременно по всей системе;


– усложняется распределение полномочий, так как разграничение доступа происходит не по действиям, а по таблицам;


– перегружается сеть вследствие передачи по ней необработанных данных;


– слабая защита данных, поскольку сложно правильно распределить полномочия.


2. «Толстый» сервер:


– усложняется реализация, так как языки типа PL/SQL не приспособлены для разработки подобного ПО и нет хороших средств отладки;


– производительность программ, написанных на языках типа PL/SQL, значительно ниже, чем созданных на других языках, что имеет важное значение для сложных систем;


– программы, написанные на СУБД-языках, обычно работают недостаточно надежно; ошибка в них может привести к выходу из строя всего сервера баз данных;


– получившиеся таким образом программы полностью непереносимы на другие системы и платформы.


Для решения перечисленных проблем используются многоуровневые (три и более уровней) архитектуры клиент-сервер. многоуровневая архитектура клиент-сервер позволяет существенно упростить распределенные вычисления, делая их не только более надежными, но и более доступными.


Однако язык, на котором пишутся хранимые процедуры, не является достаточно мощным и гибким, чтобы на нем было удобно реализовывать сложную логику приложения.


Тогда возникла тенденция поручить выполнение прикладных задач и бизнес-правил отдельному компоненту приложения (или нескольким компонентам), которые могут работать как на специально выделенном компьютере - сервере приложений, так и на том же компьютере, где работает сервер базы данных. Так возникли трехзвенные и многозвенные архитектуры «клиент-сервер».





Рис. 1. Распределение функций между клиентом и сервером


Появилось специальное программное обеспечение (ПО) промежуточного слоя, которое должно обеспечить совместное функционирование множества компонентов такого многокомпонентного приложения. Такие приложения являются гибкими, масштабируемыми, но сложными в разработке.



СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Информатика / Под ред. Н.В. Макаровой.–М.: Финансы и статистика, 1998.
   

   Евдокимов В.В. и др. Экономическая информатика. СПб.: Питер, 2004.
   

   Казаков С.И. Основы сетевых технологий – М.: Радио и связь, 2004.
   

   Когаловский М.Р., Технология баз данных на персональных ЭВМ, – М.: Финансы и статистика, 2003.
   

   Попов В.В. Основы компьютерных технологий. –М.: Финансы и статистика, 2001.
   

   Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М., 2000.
   

ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА MS-DOS . ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КОМАНДЫ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ: БАЗА ДАННЫХ, СУБД, СУЩНОСТЬ, АТРИБУТ, СВЯЗЬ (ОДИН-К-ОДНОМУ, ОДИН-КО-МНОГИМ, МНОГИМ-КО-МНОГИМ), ОТНОШЕНИЕ, ПЕРВИЧНЫЙ КЛЮЧ

Преимущества

· Делает возможным, в большинстве случаев, распределение функций вычислительной системы между несколькими независимыми компьютерами в сети. Это позволяет упростить обслуживание вычислительной системы. В частности, замена, ремонт, модернизация или перемещение сервера не затрагивают клиентов.

· Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

· Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т. п.

Недостатки

· Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.

· Поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста - системного администратора.

· Высокая стоимость оборудования.

Многоуровневая архитектура клиент-сервер

Многоуровневая архитектура клиент-сервер - разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Частные случаи многоуровневой архитектуры:

В компьютерных технологиях трёхуровневая архитектура, синоним трёхзвенная архитектура (англ. three-tier или Multitier architecture) предполагает наличие следующих компонентов приложения: клиентское приложение (обычно говорят «тонкий клиент» или терминал), подключенное к серверу приложений, который в свою очередь подключен к серверу базы данных.

Обзор архитектуры

Клиент - это интерфейсный (обычно графический) компонент, который представляет первый уровень, собственно приложение для конечного пользователя. Первый уровень не должен иметь прямых связей с базой данных (по требованиям безопасности), быть нагруженным основной бизнес-логикой (по требованиям масштабируемости) и хранить состояние приложения (по требованиям надежности). На первый уровень может быть вынесена и обычно выносится простейшая бизнес-логика: интерфейс авторизации, алгоритмы шифрования, проверка вводимых значений на допустимость и соответствие формату, несложные операции (сортировка, группировка, подсчет значений) с данными, уже загруженными на терминал.

Сервер приложений располагается на втором уровне. На втором уровне сосредоточена бо́льшая часть бизнес-логики. Вне его остаются фрагменты, экспортируемые на терминалы (см.выше), а также погруженные в третий уровень хранимые процедуры и триггеры.

Сервер базы данных обеспечивает хранение данных и выносится на третий уровень. Обычно это стандартная реляционная или объектно-ориентированная СУБД. Если третий уровень представляет собой базу данных вместе с хранимыми процедурами, триггерами и схемой, описывающей приложение в терминах реляционной модели, то второй уровень строится как программный интерфейс, связывающий клиентские компоненты с прикладной логикой базы данных.

В простейшей конфигурации физически сервер приложений может быть совмещён с сервером базы данных на одном компьютере, к которому по сети подключается один или несколько терминалов.

В «правильной» (с точки зрения безопасности, надёжности, масштабирования) конфигурации сервер базы данных находится на выделенном компьютере (или кластере), к которому по сети подключены один или несколько серверов приложений, к которым, в свою очередь, по сети подключаются терминалы.

Достоинства

По сравнению с клиент-серверной или файл-серверной архитектурой можно выделить следующие достоинства трёхуровневой архитектуры:

· масштабируемость

· конфигурируемость - изолированность уровней друг от друга позволяет (при правильном развертывании архитектуры) быстро и простыми средствами переконфигурировать систему при возникновении сбоев или при плановом обслуживании на одном из уровней

· высокая безопасность

· высокая надёжность

· низкие требования к скорости канала (сети) между терминалами и сервером приложений

· низкие требования к производительности и техническим характеристикам терминалов, как следствие снижение их стоимости. Терминалом может выступать не только компьютер, но и, например, мобильный телефон.

Недостатки

Недостатки вытекают из достоинств. По сравнению c клиент-серверной или файл-серверной архитектурой можно выделить следующие недостатки трёхуровневой архитектуры:

· более высокая сложность создания приложений;

· сложнее в разворачивании и администрировании;

· высокие требования к производительности серверов приложений и сервера базы данных, а, значит, и высокая стоимость серверного оборудования;

· высокие требования к скорости канала (сети) между сервером базы данных и серверами приложений.

Клиент-серверная двухуровневая архитектура ИС

Ключевым отличием архитектуры клиент-сервер от архитектуры файл-сервер является абстрагирование от внутреннего представления данных (физической схемы данных). При такой архитектуре клиентские программы манипулируют данными на уровне логической схемы. Для реализации архитектуры клиент-сервер обычно используют многопользовательские СУБД, например, Oracle или Microsoft SQL Server.

Клиент-серверная информационная система состоит из трех основных компонент: программное обеспечение сервера; программное обеспечение конечного пользователя; промежуточное программное обеспечение (рис.1.7). Программное обеспечение сервера, кроме управления базами данных обеспечивает обслуживание клиентов.

В таких СУБД предусмотрены механизмы блокировки и элементы управления многопользовательским доступом, которые обеспечивают защиту данных от рисков, присущих параллельному доступу. Кроме этого, серверу баз данных приходится защищать данные от несанкционированного доступа, оптимизировать запросы к базе данных, обеспечивать целостность данных и контроль завершение транзакций. В клиент-серверной организации клиенты могут быть достаточно "тонкими", а сервер должен быть "толстым" настолько, чтобы удовлетворять потребности всех клиентов.К программному обеспечению конечного пользователя относятся средства разработки прикладных программ и генераторы отчетов, в том числе электронные таблицы и текстовые процессоры С помощью этого программного обеспечения пользователи устанавливают связь с сервером, формируют запросы, которые автоматически генерируются в запросы на языке SQL и отправляются на сервер. Сервер принимает и обрабатывает запросы, а затем передает полученные результаты клиентам. Промежуточное программное обеспечение ― часть системы клиент-сервер, которая связывает программное обеспечение конечного пользователя с сервером.

Использование архитектуры клиент-сервер позволило создавать надежные (в смысле целостности данных) многопользовательские ИС с централизованной базой данных, независимые от аппаратной (а часто и программной) части сервера БД и поддерживающие графический интерфейс пользователя на клиентских станциях, связанных локальной сетью. Причем издержки на разработку приложений существенно сокращались.

Такая архитектура имеет два уровня, характерной особенностью которой является то, что клиентские программы работает с данными через запросы к серверному ПО, а базовые функции приложения разделены между клиентом и сервером (рис.1.8).

К достоинствам этой архитектуры относятся:

· полная поддержка многопользовательской работы;

· обеспечение целостности данных.

Двухуровневую архитектуру целесообразно использовать на предприятиях с количеством пользователей несколько десятков, поскольку операционная система сервера при обслуживании большого количества клиентов слишком перегружается управлением многочисленными соединениями с сервером.

Недостатками двухуровневой клиент-серверной архитектуры являются:

· Бизнес логика приложений осталась в клиентском ПО. При любом изменении алгоритмов, надо обновлять пользовательское ПО на каждом клиенте.

· Высокие требования к пропускной способности коммуникационных каналов с сервером, что препятствует использование клиентских станций иначе как в локальной сети.

· Слабая защита данных от взлома, в особенности от недобросовестных пользователей системы.

· Высокая сложность администрирования и настройки рабочих мест пользователей системы.

· Необходимость использовать мощные ПК на клиентских местах.

· Высокая сложность разработки системы из-за необходимости выполнять бизнес-логику и обеспечивать пользовательский интерфейс в одной программе.

Являются неравноправными составляющими информационной сети. Одни владеют каким-то ресурсом, поэтому называются серверами, другие обращаются к этим ресурсам и называются клиентами. Рассмотрим, как же они взаимодействуют между собой и что собой представляет клиент-серверная архитектура.

Клиент-серверная архитектура

Архитектура «Клиент-Сервер» представляет собой взаимодействие структурных компонентов в сети на основе определенных данной сети, где структурными компонентами являются сервер и узлы-поставщики определенных специализированных функций (сервисов), а также клиенты, которые пользуются данным сервисом. Специфические функции принято делить на три группы на основе решения определенных задач:

• функции ввода и представления данных предназначены для взаимодействия пользователя с системой;
• прикладные функции - для каждой имеется собственный набор;
• функции управления ресурсами предназначены для управления файловой системой, различными базами данных и прочими компонентами.

Например, компьютер без сетевого подключения, представляет компоненты представления, прикладного назначения и управления на различных уровнях. Такого рода уровнями считаются операционная система, прикладное и служебное программное обеспечение, различные утилиты. Точно так же и в сети представлены все вышеуказанные компоненты. Главное - правильно обеспечить сетевое взаимодействие между этими составляющими.

Принцип работы клиент-серверной архитектуры

Клиент-серверная архитектура наиболее часто используется для создания корпоративных баз данных, в которых информация не только хранится, но и периодически поддается обработке различными методами. Именно база данных является главным элементом любой корпоративной информационной системы, а на сервере располагается ядро этой базы. Так, на сервере происходят наиболее сложные операции, касающиеся ввода, хранения, обработки и модификации данных. Когда пользователь (клиент) обращается к базе данных (серверу), происходит обработка запроса: непосредственно обращение к базе данных и возврат ответа (результата обработки). Результат обработки - это сообщение сети об успешном проведении операции или ошибке. Серверные компьютеры могут обрабатывать одновременно обращение нескольких клиентов к одному и тому же файлу. Такая работа и по сети позволяет ускорить работу используемых приложений.

Клиент-серверная архитектура: применение технологии

Данная архитектура используется для доступа к различным ресурсам с использованием сетевых технологий: баз данных, почтовые серверы, файрволы, прокси-серверы. Разработка клиент-серверных приложений позволяет повысить безопасность, надежность и производительность используемых приложений и сети в целом. Наиболее часто клиент-серверные приложения используются для автоматизации бизнеса.

Многоуровневая архитектура клиент-сервер

Многоуровневая архитектура клиент-сервер - разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Частные случаи многоуровневой архитектуры:

· Трёхуровневая архитектура

· Сеть с выделенным сервером

· Сеть с выделенным сервером (англ. Client/Server network) - это локальная вычислительная сеть (LAN), в которой сетевые устройства централизованы и управляются одним или несколькими серверами. Индивидуальные рабочие станции или клиенты (такие, как ПК) должны обращаться к ресурсам сети через сервер(ы).

Сетевая операционная система - операционная система со встроенными возможностями для работы в компьютерных сетях. К таким возможностям можно отнести:

· поддержку сетевого оборудования

· поддержку сетевых протоколов

· поддержку протоколов маршрутизации

· поддержку фильтрации сетевого трафика

· поддержку доступа к удалённым ресурсам, таким как принтеры, диски и т. п. по сети

· наличие в системе сетевых служб позволяющей удалённым пользователям использовать ресурсы компьютера

Примеры сетевых операционных систем:

· Novell NetWare

· Microsoft Windows (95, NT, XP, Vista, Seven)

· Различные UNIX системы, такие как Solaris, FreeBSD

· Различные GNU/Linux системы

· ZyNOS компании ZyXEL

Современные сетевые ОС (UNIX,WIN2000,NOWELL NW) реализуют полный стек протоколов модели OSI.Так в UNIX поддерживается стек протоколов (TCP/IP,NW LINK,NET BIOS). В Nowell NW поддерживается стек протоколов IPX/SPX.В Aplle Mac используется свой набор протоколов.

Независимо от производителя все сетевые ОС осуществляют следующие функции:

1. Распределение функций между узлами сети(клиенты и серверы);

2. Поддержка коммуникационных протоколов;

3. Поддержка сетевой файловой системы;

4. Защита данных.

Все сетевые ОС можно разделить на 2 вида:

1. Одноранговые или равноправные сети (каждый из каждых). Пример Windows 9x;

2. Сеть на основе выделенного сервера.

К1. В одноранговой сети все ПК равноправны, однако в сети есть и клиенты и серверы. Обычно каждый ПК может переводиться в режим сервера, если пользователь сам этого захочет (выделяется общий ресурс).

Сетевая ОС для одноранговой сети не отличается надежной производительностью и уровнем защиты. Использывается в сети когда 10-15 пк. Примером одноранговой сети есть Win94/98/ OS/2 /LANtastic

K2. В этой сети всегда существует главный ПК – сервер, который специально оптимизирован для быстрой обработки запросов от многих клиентов (порядка -100) и для управления защитой файлов и каталогов. В больших сетях выделяются отдельные серверы для отдельных приложений (WEB – сервер, Файл – сервер, Принт – сервер, сервер БД и почтовый сервер)

Серверное программное обеспечение отличается высокой сложностью, надежностью и производительностью. Оно может функционировать на разных платформах.