Что такое архитектура клиент-сервер?

Архитектура клиент-сервер является важнейшей концепцией в области информационных технологий (ИТ). Она помогает организовывать и управлять задачами по сети, разделяя работу между двумя основными частями: клиентами и серверами.

Клиенты — это устройства (например, ваш компьютер или телефон), запрашивающие данные или услуги, а серверы — это центральные компьютеры, которые предоставляют запросы Клиента. Эта система стала неотъемлемой для многих вещей, которые мы используем каждый день, например, онлайн-банкинг и веб-приложения.

В конфигурации клиент-сервер клиенты и серверы взаимодействуют через сеть, работая вместе для выполнения определенных задач. Эта система обычно используется в повседневных услугах, таких как электронная коммерция, электронная почта, онлайн-банкинг и веб-сайты.

В этой статье мы подробнее рассмотрим архитектуру клиент-сервер, принципы ее работы, ее ключевые компоненты, типы и некоторые реальные примеры.

1. Что такое архитектура клиент-сервер

Модель клиент-сервер распределяет задачи между двумя «сущностями»: сервером, который предоставляет услуги и ресурсы, и клиентом, который их потребляет. Основная задача, обычно выполняемая на сервере, — обслуживание запросов на ресурсы или услуги, поступающих от Клиента.

Пример:

Давайте рассмотрим систему клиент/сервер веб-браузера, где браузер пытается получить доступ к определенной странице, находящейся на сервере определенного веб-сайта. В начале сервер обрабатывает запрос на загрузку, чтобы получить запрошенную страницу. После успешного завершения этого процесса страница отправляется для просмотра в браузере.

2. Компоненты архитектуры клиент-сервер

Клиент:

Клиент — это любое приложение или устройство, которое запрашивает данные или услуги, например, настольное программное обеспечение, мобильное приложение или веб-браузер.  

Например, когда вы используете браузер Chrome на своем смартфоне для просмотра веб-страниц, ваш телефон выступает в качестве клиента.

Сервер: 

С другой стороны, сервер — это процессор или программная система, которая мощнее клиента, которая действует как операционная система для архитектуры. Он хранит программы и управляет ресурсами и службами для клиентов. 

Например, когда клиент отправляет запрос, в ответ сервер базы данных хранит информацию и обслуживает клиентское приложение.

3. Характеристики архитектуры клиент-сервер

3.1 Централизованные ресурсы и контроль

Базы данных, файлы и программы входят в число ресурсов, которыми серверы централизованно управляют и контролируют в архитектуре клиент-сервер. Благодаря этой централизации сервер может управлять доступом, контролировать безопасность данных и обновлять службы и программное обеспечение из одного места.

3.2 Разделение обязанностей

Архитектура клиент-сервер четко разделяет задачи между клиентом и сервером. Клиент обрабатывает пользовательский интерфейс и локальную обработку (например, операции ввода/вывода), в то время как сервер обрабатывает внутренние процессы, такие как хранение данных, аутентификация и тяжелые вычислительные задачи.

• Ответственность Клиента. Клиент несет ответственность за взаимодействие с Пользователем, отображение информации и отправку запросов.
• Ответственность сервера — обработка запросов, управление данными, безопасностью и услугами.

3. 3. Масштабируемость

Архитектура клиент-сервер обладает высокой масштабируемостью, что позволяет системе обрабатывать увеличивающееся количество клиентов или рабочих нагрузок путем добавления большего количества серверов (горизонтальное масштабирование) или модернизации ресурсов сервера (вертикальное масштабирование). Клиенты могут быть добавлены без серьезных перенастроек.

3.4 Безопасность

В архитектуре клиент-сервер безопасность в первую очередь управляется на уровне сервера. Сервер управляет тем, кто может получить доступ к определенным данным или службам, гарантируя, что только авторизованные пользователи могут получить к ним доступ. Чтобы все было в безопасности, часто используются такие методы, как шифрование, аутентификация и брандмауэры для защиты передачи данных и контроля доступа к серверу.

4. Как работает архитектура клиент-сервер?

Архитектура клиент-сервер работает по циклу запрос-ответ. Этот цикл состоит из трех компонентов: эмоциональный вывод, эмоциональная обработка и эмоциональное искусство.

Рассмотрим каждый из этих компонентов подробнее.

4.1. Запрос:

Пользователь (Клиент) отправляет запрос или запрашивает информацию/услугу у провайдера(ов) (сервера). Этот запрос обычно делается через Интернет или локальную сеть.

4.2 Обработка :

Сервер получает запрос, выполняет по нему действие и генерирует ответ (например, извлекает данные, выполняет вычисления и т. д.).

4.3 Ответ:

Запрошенная информация или любые другие результаты загружаются обратно на сервер, на котором находится Клиент, а данные обрабатываются и предоставляются конечному пользователю.

Например , всякий раз, когда вы пытаетесь что-то гуглить, поисковый запрос всегда передается в базу данных Google через ваш браузер. После получения и обработки запроса пользователя запрошенная информация отображается браузером в результатах поиска.

5. Каковы примеры архитектуры клиент-сервер?

5.1 Веб-серфинг: 

Пример: когда вы просматриваете веб-страницы (например, ищете что-то в Google или открываете веб-страницу), ваш веб-браузер (например, Chrome, Firefox или Safari) выступает в качестве клиента.

Как это работает: Вы вводите веб-адрес (например, www.greatlearning.com ) или нажимаете на ссылку, и ваш браузер отправляет запрос через Интернет на веб-сервер, на котором размещен этот веб-сайт. Сервер хранит все файлы, изображения и данные, составляющие веб-сайт. Сервер обрабатывает ваш запрос и отправляет данные веб-сайта обратно в ваш браузер, который затем отображает их для просмотра и взаимодействия.

5.2. Приложения электронной почты:

Пример: когда вы используете почтовое приложение, такое как Gmail, Yahoo Mail или Microsoft Outlook, ваше приложение является клиентом, а система поставщика услуг электронной почты — сервером.

Как это работает: Когда вы входите в систему, чтобы проверить почту, ваш почтовый клиент (Gmail или Outlook) отправляет запрос на почтовый сервер с просьбой о новых письмах. Сервер отвечает, отправляя последние письма Клиенту, который отображает их в вашем почтовом ящике. Аналогично, когда вы отправляете письмо, ваш почтовый клиент пересылает его на почтовый сервер, который затем доставляет его на почтовый сервер получателя.

5.3 Интернет-игры:

Пример: в многопользовательских онлайн-играх, таких как World of Warcraft или Fortnite, игра на вашем компьютере или консоли является Клиентом, а сервер игровой компании управляет всеми игровыми данными и действиями.

Как это работает: Когда вы входите в игру, чтобы играть, ваш игровой клиент (например, Fortnite на PlayStation) подключается к центральному серверу игры, который управляет всем, что происходит в игровом мире, например, действиями других игроков, событиями в реальном времени и правилами игры. Во время игры ваш клиент отправляет информацию о действиях вашего персонажа (например, перемещение, сражение или общение в чате) на сервер. Сервер обрабатывает эти действия, а затем отправляет обратно обновления, чтобы показать, что происходит в игровом мире (например, перемещение или атака других игроков).

6. Типы архитектуры клиент-сервер

Мы также можем реализовать архитектуру клиент-сервер в СУБД с использованием типов, упомянутых ниже.

Архитектуру клиент-сервер можно разделить на различные типы, в том числе:

• Одноуровневая архитектура: подразумевает, что клиент и сервер размещены на одном компьютере, например, на автономном компьютере, с внутренними базами данных, например, в виде настольного приложения.
• Архитектура 2-х уровневая: это подразумевает, что клиент напрямую общается с сервером. Примером может служить приложение, которое ссылается на удаленную базу данных.
• 3-уровневая архитектура: включает клиент, серверную систему и дополнительный уровень, такой как веб-сервисы или даже API. Хорошим примером является веб-браузер/взаимодействие пользователя с веб-сервером приложений и другой базой данных/веб-сервисом.
• Архитектура N-Tier: Это более сложная версия, в которой есть более двух слоев или ярусов. Обычно применяется в крупных корпоративных приложениях.

7. Преимущества и недостатки архитектуры клиент-сервер

Преимущества

1. Более простое управление и обслуживание

В архитектуре клиент-сервер управление ресурсами, такими как данные, обновления программного обеспечения и безопасность, может осуществляться централизованно с сервера. Это означает, что ИТ-администраторы могут контролировать, обновлять и защищать систему из одного места, а не управлять каждым клиентом по отдельности. Этот централизованный контроль сокращает время и усилия, необходимые для обеспечения корректной работы всего.

2. Масштабируемость – упрощенное хранение и расширение клиентов

По мере изменения спроса на дополнительные ресурсы (например, большее хранилище данных или увеличение трафика) систему легко расширить, добавив больше клиентов или обновив сервер. Если количество пользователей или данных растет, администраторы могут добавить дополнительное хранилище или серверы для распределения рабочей нагрузки, не нарушая работу всей системы.

3. Повышенная безопасность и конфиденциальность

Поскольку данные и критические ресурсы хранятся на сервере, а не распределяются между всеми клиентами, проще реализовать надежные меры безопасности, такие как шифрование, брандмауэры и контроль доступа. Администраторы могут гарантировать, что конфиденциальные данные защищены, а доступ пользователей может эффективно управляться из центрального расположения.

4. Оптимизированная производительность

Серверы обычно представляют собой мощные машины, предназначенные для обработки больших рабочих нагрузок. В архитектуре клиент-сервер сервер оптимизирован для выполнения сложных задач, таких как запросы к базе данных, обработка приложений или крупномасштабные вычисления, оставляя клиенту минимум работы. Клиенты просто отправляют запросы на сервер и отображают результаты.

Недостатки

1. Единая точка отказа

Один большой недостаток архитектуры клиент-сервер заключается в том, что все зависит от сервера. Если сервер выходит из строя из-за технических проблем, сбоев или кибератак, все пользователи теряют доступ к сервисам и данным. Это может привести к длительным задержкам, пока сервер не будет исправлен.

2. Высокие первоначальные и эксплуатационные расходы

Настройка и обслуживание серверов может быть дорогим удовольствием, особенно для малого бизнеса. Вам нужно купить мощное серверное оборудование, установить сети и нанять людей для управления и обеспечения безопасности всего этого, что требует больших денег. Более того, текущие расходы на обслуживание, включая обновление серверов, питание, охлаждение и сетевую безопасность, могут со временем накапливаться.

3. Перегрузка сервера – снижение производительности

Если количество клиентов (пользователей или устройств) превышает возможности сервера, сервер может оказаться перегруженным, что приведет к медленному времени отклика, задержкам или даже сбоям системы. Эта проблема возникает, когда сервер не рассчитан на обработку больших объемов одновременных запросов, что приводит к узким местам производительности.

Заключение

Концепция архитектуры клиент-сервер имеет решающее значение для всех компьютерных систем. Она обеспечивает бесперебойную связь клиентов с серверами по сети. Если кто-то занимается серфингом в Интернете, проверкой электронной почты или участвует в многопользовательской игре, он чаще всего использует эту архитектурную конструкцию.

Несмотря на такие недостатки, как стоимость, проблемы с масштабируемостью и другие, сетевая архитектура более предпочтительна для большинства современных приложений.

Часто задаваемые вопросы