Архитектура «клиент—сервер»: основы и принципы
Содержание:
Компоненты архитектуры «клиент — сервер»
Клиент-серверная архитектура (КСА) предполагает наличие одного компьютера, к которому обращается за информацией множество человек. Этот сервер обрабатывает запросы пользователей и дает на них ответы. КСА объясняет, как происходит взаимодействие с пользователями, где хранятся сведения, и чем обеспечена их безопасность. Говоря простыми словами, клиент-серверная архитектура предполагает связь между своими звеньями посредством сетевого соединения.
КСА состоит из 3 основных компонентов:
- Клиент — устройство либо ПО, которое юзер использует для поиска информации. Аппаратные средства (терминалы, планшеты, смартфоны) выступают в роли «тонких клиентов», программные представляют собой браузеры либо приложения, в т. ч. и мобильные. Клиенты отправляют серверу в виде особого кода запрос на получение сведений либо услуг. Полученный ответ предоставляется пользователю в удобном виде, причем последнему не нужно вникать в сложность внутреннего процесса.
- Сервер (место хранения сайта либо приложения) в процессе отправки запросов и предоставления ответов выполняет разнообразные действия — обработку запросов, многочисленные сложные вычисления, хранение информации и т. д.
- Базы данных применяются для хранения информации. Сервер эффективно размещает на них сведения и извлекает их по запросу клиента.
Кроме этого, в клиент-серверной архитектуре используют протоколы обмена информацией, сети (локальные либо глобальные), меры безопасности, серверные ОС, СУБД и другие компоненты.
Особенности КСА
Главной особенностью КСА является раздельный функционал. Клиент запрашивает информацию, сервер обрабатывает запрос и отправляет ответ обратно.Таким образом эффективно распределяется нагрузка между компонентами архитектуры, улучшается масштабируемость и более точно и быстро происходит обработка информации. При этом пользователь совершенно не вникает во внутренние процессы, в суть вычислений. Для него существует только клиент с простым интерфейсом, с помощью которого юзер получает ответы на свои запросы.
КСА надежна, ведь нагрузка распределяется между серверами, и, если один из них выйдет из строя, клиенты сразу же переключаются на другой, не прерывая соединение. Еще одна основная особенность клиент-серверной архитектуры — ее масштабируемость. По горизонтальному и вертикальному направлениям возможно добавить новые компоненты КСА и расширить систему. Это актуально при обработке постоянно возрастающих требований юзеров.
Сервер централизованно управляет ресурсами и контролирует информацию, предоставляемую клиентам. Это облегчает управление и позволяет применить единые политики безопасности и доступа к сведениям. КСА эффективно взаимодействует с существующими платформами и технологиями на основе открытых стандартов.
Типы клиент-серверной архитектуры
Клиент-серверная архитектура подразделяется на несколько типов — двух-, трех- и многоуровневая. Рассмотрим подробнее каждый вид.
Двухуровневая КСА
Этот тип архитектуры состоит из 2 узлов: клиент и сервер. Обработка запроса и отправка ответа происходит напрямую, без привлечения дополнительных внешних ресурсов. Здесь возможно выделить 2 подвида — клиент-серверная архитектура с «толстым» и «тонким» клиентом. Их сравнение приведено в таблице.
| Подвид КСА | Функции сервера | Функции клиента | Преимущества | Недостатки |
|---|---|---|---|---|
| С «толстым» клиентом | Обработка специфических клиентских запросов | Выполнение бОльшей части логики приложения и множества операций вне зависимости от сервера. Компьютер пользователя в этом случае — «толстый» клиент, производящий большое количество вычислений | Способен работать быстро и бесперебойно, не ориентируясь на параметры сети | Бывают трудности с доступностью и обновлением информации, т. к. на локальном уровне часто возникают различные сбои. Обработка данных на пользовательском ПК менее эффективна по сравнению с работой специализированных серверов |
| С «тонким» клиентом | Выполнение бОльшей части логики приложения. Ответственность за обработку запросов и отправку ответов | Удобное представление информации и понятный интерфейс. Компьютер пользователя в этом случае — «тонкий» клиент, отображающий полученные данные | Простое обслуживание системы, легкое управление инфраструктурой | Высокая зависимость от скорости сетевого соединения и постоянного доступа к ней. Все компоненты обслуживаются ИТ-специалистами |
Рассмотрим двухуровневую КСА на примере. Потенциальный покупатель выбирает автомобиль по заранее заданным параметрам и отправляет запрос серверу. Server отфильтровывает нужные данные и возвращает ответ клиенту. Такая архитектура подходит для маленьких приложений с небольшим количеством пользователей. Способ прост, но ненадежен. При взломе сервера в руки злоумышленников попадут все сведения.
Трехуровневая КСА
С точки зрения безопасности гораздо надежнее трехуровневая КСА. В дополнение к уже упомянутым компонентам архитектуры в схеме участвует база данных, хранящая информацию. Она расположена отдельно от остальных звеньев. Сервер в этом случае занимается исключительно обработкой сведений, обращаясь к БД за получением либо сохранением информации. В трехуровневой КСА клиентские запросы обрабатывают одновременно несколько серверов, благодаря чему значительно снижается нагрузка на систему.
Многоуровневая КСА
Установка дополнительных серверов трансформирует КСА до многоуровневой. Так повышается эффективность работы системы, а программно-аппаратные ресурсы распределяются оптимальным образом. Каждый отдельный сервер выполняет свой тип задач обработки информации. Так мощности используются более выгодно, повышая эффективность всей инфраструктуры. Серверная и клиентская стороны разделены на несколько компонентов, развернутых на различных устройствах (возможно, удаленных друг от друга). Для оптимизации IT-систем между клиентом и сервером размещают уровни кэширования, балансировки нагрузки, прокси.
Где применяют архитектуру «клиент — сервер»
Архитектура «клиент—сервер» используется во многих сферах:
- Web-разработка. При функционировании сайтов и приложений клиент отправляет запросы на server, получает ответ и отображает пользовательский интерфейс.
- Разработка мобильных приложений. Взаимодействие компонентов КСА происходит на мобильном устройстве.
- Онлайн-игры. Клиент (игра) обращается к игровому серверу для обмена информацией и управления процессом.
- Работа с БД. Клиент отправляет запросы на сервер базы данных и получает нужные сведения.
- Вычисления в облаке. Клиент обращается к удаленным вычислительным мощностям и информации, хранящейся на удаленных серверах.
- Сетевые приложения. Компоненты КСА участвуют в передаче данных и выполнении задач.
- Интернет вещей (IoT). Клиенты обмениваются информацией с сервером для управления и отслеживания работы системы IoT.
Таким образом, клиент-серверная архитектура используется в различных областях — бизнес, наука, мобильные приложения, облачные вычисления и т. д.
Преимущества и недостатки клиент-серверной архитектуры
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Масштабируемость. Нагрузка распределяется между серверами, количество которых можно увеличивать. Благодаря этому улучшается производительность ИТ-системы и обрабатывается больше клиентских запросов | Полная зависимость клиента от сервера. Если последний недоступен или работает со сбоями, то все клиенты окажутся нефункциональными и не смогут отобразить данные |
| Централизованное управление. Server выступает в роли центрального узла, осуществляющего контроль за всей системой. Благодаря этому можно легко обновить и модифицировать инфраструктуру | Расходы на содержание инфраструктуры. Серверное и сетевое оборудование необходимо приобрести или взять в аренду и осуществлять техническую поддержку |
| Надежность. Выход из строя одного из компонентов не мешает работе других. Это повышает отказоустойчивость системы | Зависимость от качества сети. Если последняя недоступна или работает со сбоями, то система не сможет полноценно функционировать |
| Безопасность. Благодаря централизованному управлению server обеспечивает контроль доступа и защиты информации | Ограничения. Возможно одновременно подключить только определенное количество клиентов. Также на обработку запросов влияет пропускная способность сети |
| Доступ с любого устройства. Клиентом может быть веб-обозреватель, мобильное или web-приложение | Перегрузка сервера. Server может не справиться с огромным количеством запросов и «упасть» |
| Минимальные требования к юзеру. На устройство достаточно установить только программу-клиент | Высокая стоимость серверов. Server — такой же компьютер, но оснащенный более мощными комплектующими, рассчитанными на бесперебойную круглосуточную работу |
| Высокая производительность. Server гораздо производительнее, чем обычный ПК. Он обрабатывает огромное число запросов от большого количества пользователей |
Для ликвидации или уменьшения влияния недостатков разработчики применяют кластеры серверов.
Заключение
Архитектура «клиент-сервер» является одной из наиболее распространенных и эффективных моделей в современных информационных системах. Она позволяет разделить функционал между компонентами КСА, что упрощает разработку и обслуживание приложений, а также повышает их производительность и безопасность. Однако, при проектировании систем на базе данной архитектуры необходимо учитывать особенности конкретной задачи и выбирать соответствующие технологии и протоколы для обмена данными между клиентом и сервером. Сотрудники компании «АйТи Спектр» готовы оказать вам любую помощь в развертывании и поддержке КСА, а также администрировании серверов.
Какие технологии можно использовать для реализации клиент-серверной архитектуры в области облачных вычислений?
Для реализации клиент-серверной архитектуры в области облачных вычислений можно использовать такие технологии, как: виртуализация, контейнеризация, микросервисная архитектура и т. д.
Мы хотим масштабировать клиент-серверную архитектуру. С какими проблемами мы можем столкнуться, кроме правильного распределения нагрузки между серверами?
Также могут возникать проблемы с синхронизацией данных, обработкой транзакций и т. д. Для четкого представления о возможных проблемах вам необходимо проконсультироваться с ИТ-специалистом, занимающимся этими проблемами.
Я думаю, что клиент-серверная архитектура становится все более популярной в наше время, когда все больше приложений переходят в облако. Это удобно и эффективно для пользователей и компаний.
Я, как руководитель интернет-магазина, хотел бы узнать больше о том, как клиент-серверная архитектура используется в системах управления заказами и базах данных. Думаю, это очень интересно и полезно для бизнеса.
Клиент-серверная архитектура — это очень важная тема для любого разработчика программного обеспечения. Я считаю, что каждый должен иметь хорошее понимание того, как она работает и как ее можно применять в различных проектах.
Как можно улучшить производительность клиент-серверной архитектуры?
Чтобы улучшить производительность КСА, можно применить кэширование, оптимизировать запросы, сбалансировать нагрузку, увеличить пропускную способность сети и т. д.