Основные особенности и виды архитектур клиент-сервер

Система клиент-сервер представляет собой современную технологию, позволяющую успешно решать задачи получения и предоставления услуг. В ней представлено два основных компонента, один из которых позволяет пользователям отправлять запросы, а второй призван выполнять заданные операции – предоставлять данные, проводить транзакции, обеспечивать участие в онлайн-играх.

Для построение необходимой серверной архитектуры требуются знания и опыт. IT-инженеры ittelo.ru без труда предложат самое выгодное решение под запросы компании и в разумном бюджете.

Что такое клиент-серверная архитектура простыми словами?

Клиент-серверная архитектура – это система распределения, в которой одни устройства обращаются к другим для получения необходимой информации или выполнения определенных задач. Первые из них называются клиентами, вторые – серверами.

Для такой системы характерно:

• наличие центрального агрегата обслуживания – сервера;
• присутствие удаленных компьютеров-клиентов, с которых отправляются запросы;
• применение дружественного интерфейса для удобства работы пользователей.

Чтобы построить такую архитектуру, необходимо купить сервер, компьютеры, вспомогательное оборудование, установить ПО, выполнить настройки.

Типы клиент-серверной архитектуры

Выделяется несколько типов архитектуры:

1. Тонкий клиент. При таком подходе предоставляются ограниченные возможности. Сервер производит расчеты и передает ихклиенту.
2. Толстый клиент. Предусматривается более высокая вычислительная мощность. Клиент выполняет сложные задачи независимо от сервера, но обращается к нему для получения дополнительных данных.
3. Клиент-серверная сеть. Представлен ряд клиентов и один или нескольких серверных узлов.

Серверы в такой архитектуре обрабатывают запросы, хранят информацию. Устройства обращаются к ним для получения доступа к данным.

Характеристики архитектуры клиент-сервер

Система отличается рядом особенностей:

• масштабируемость – легко добавляет клиентов или серверы в сеть без значительных изменений;
• безопасность – разделение между основными компонентами обеспечивает повышенный уровень защиты в силу централизованного серверного контроля за доступом к информации и ресурсам;
• надежность – клиенты продолжают работать с поврежденным сервером, если он сохраняет свою функциональность.

Централизованное управление упрощает администрирование, позволяет быстрее выполнять операции, обеспечивает унификацию системы, единообразное хранение всей информации.

Практические применения архитектуры клиент-сервер

Распространенными примерами использования такого вида архитектуры выступают:

• веб-сервер – принимает запросы от клиентского браузера и возвращает интернет-страницы или данные;
• электронная почта – обрабатывает и доставляет письма;
• база данных – клиентские приложения отправляют запросы на сервер, чтобы получить, обновить или удалить информацию;
• онлайн-игры – происходит обмен данными по положению персонажей, их действиям.

Клиент-серверная архитектура применяется в большинстве корпоративных сетей. При домашнем использовании к ней подключаются “умные” устройства – колонки, бытовая техника, счетчики.

Преимущества клиент-сервера

К числу основных достоинств архитектуры относятся:

1. Централизованное управление. Предполагает надежный контроль над данными и ресурсами, что упрощает администрирование, обновление информации.
2. Распределение нагрузки. Обрабатывается несколько запросов от различных клиентов одновременно. Это позволяет рационализировать ресурсы.
3. Безопасность. Доступ к данным контролируется центральной системой, что обеспечивает авторизацию и аутентификацию пользователей.

При увеличении количества клиентов или данных легко добавляются новые устройства, совершенствуется работа системы.

Какие уровни существуют в клиент-серверной архитектуре?

В системе представлено несколько уровней:

• уровень клиента – программное приложение, веб-браузер или устройство, которое отправляет запросы на сервер и получает ответы;
• уровень сервера – компьютер, физическая или виртуальная машина, которая обрабатывает запросы и отправляет ответы;
• уровень базы данных – система СУБД – принимает запросы для выполнения операций, хранит информацию, обеспечивает ее безопасность, целостность.

Используется также классификация, на основании которой выделяется одно-, двух-, трех- и многоуровневая архитектура в зависимости от компонентов и характера их взаимодействия.

Одноуровневая архитектура (1-Tier)

Для одноуровневой системы характерны следующие отличительные особенности:

• клиент и сервер находятся на одном физическом уровне;
• программное обеспечение работает непосредственно на клиентском компьютере без промежуточных серверных узлов;
• все операции – получение, обработка данных, вывод результатов – выполняются локально на клиентском устройстве.

Такая архитектура проста в реализации, позволяет быстро откликаться на запросы клиентов. Однако способна вызывать проблемы синхронизации, так как данные на разных рабочих машинах часто сохраняются в собственных вариантах.

Двухуровневая архитектура (2-Tier)

Двухуровневая клиент-серверная архитектура предполагает:

• обязательно присутствует серверный уровень между клиентским устройством и базой данных;
• клиент отправляет запросы на серверный узел, там осуществляется их обработка и доступ к базе данных;
• сервер отвечает за бизнес-логику, хранение данных и взаимодействие с БД;
• клиентский уровень обеспечивает визуализацию и интерактивность пользовательского интерфейса.

В такой среде обычно легко ориентироваться, работать, получать информацию. Система легко обновляется, масштабируется, обеспечивает высокую производительность.

Трехуровневая архитектура (3-Tier)

Для такого типа архитектуры характерно:

• есть три взаимосвязанных уровня – клиентский, серверный, баз данных;
• клиентский предоставляет пользовательский интерфейс, взаимодействует с потребителем;
• серверный отвечает за обработку бизнес-логики, управляет доступом к данным;
• уровень базы данных отвечает за их хранение и управление.

Трехуровневая система гарантирует целостность потока, защищает информацию от проникновения злоумышленников. К недостаткам относится наличие промежуточного программного обеспечения, которое усложняет структуру взаимодействий клиентов с сервером.

Многоуровневая архитектура (N-Tier)

Многоуровневая клиент-серверная архитектура имеет следующие отличительные особенности:

• обладает более сложной структурой с несколькими серверными и клиентскими уровнями;
• каждый из них отвечает за определенные функции и способен быть физически разделен на разные компоненты;
• позволяет более гибко масштабировать систему и распределять нагрузку между серверами.

Коммуникация между уровнями происходит по определенным протоколам и интерфейсам. Это обеспечивает высокую надежность, гибкость системы, возможность использовать в разных комбинациях. Усложнением для работы является ее комплексный характер.

Виды клиент-серверной архитектуры

Выделяется несколько концепций построения:

1. Сильный клиент – слабый сервер. Клиентские устройства имеют большую вычислительную мощность, хранят многие данные.
2. Слабый клиент – производительный сервер. Бизнес-логика и обработка данных осуществляются на сервере, а клиент получает только необходимую информацию для отображения.
3. Распределенные клиенты. Устройства рассредоточены по физическим или географическим местоположениям. Клиенты взаимодействуют с разными серверами для получения или отправки данных.

Последний вариант обеспечивает доступность, отказоустойчивость системы.

Обзор технологии клиент-сервер

Клиент-серверная технология основана на принципе разделения ролей и ответственности между двумя основным сторонами.

При этом работает схема:

• клиентский компонент отвечает за пользовательский интерфейс и обработку предпринимаемых действий, запрашиваемых операций;
• серверный компонент определяет бизнес-логику, управляет базой, предоставляет данные и необходимую функциональность для клиента;
• стороны общаются между собой посредством сетевых протоколов – HTTP, TCP/IP или MQTT.

Технология позволяет создавать распределенные системы, где клиенты расположены удаленно от сервера.

Особенности технологии

К числу основных особенностей технологии относятся ее способности:

• добавлять клиент-серверные компоненты для поддержки растущего числа пользователей, повышения производительности;
• отвечать за хранение и управление данными, контролировать синхронизацию информации;
• поддерживать непрерывную работу даже при сбоях отдельных компонентов;
• обеспечивать защиту информации путем аутентификации, шифрования.

Возможность распределять выполнение бизнес-логики между устройствами и компонентами позволяет повышать производительность, добиваться быстрого отклика пользовательского интерфейса.

Разновидности клиент-серверной архитектуры

Среди популярных вариантов встречаются архитектуры:

• классическая – пользовательский интерфейс, отображение данных и взаимодействие с пользователем со стороны клиентской составляющей, обработка запросов, бизнес-логика – за серверной частью;
• тонкий и толстый клиент с перевесом в сторону одного или другого основного компонента системы;
• микросервисная архитектура – приложение разбивается на отдельные единицы, каждый из которых выполняет отдельную функцию.

Сейчас все чаще используется облачная архитектура. В ней клиентская часть представлена веб-браузером или приложением, серверная находится в облаке.

Ограничения технологии клиент-сервер

При использовании технологии клиент-сервер имеют место определенные ограничения:

1. Надежность сети. Если она неустойчива, с задержками, это снижает производительность, вызывает неполадки в работе.
2. Серверная нагрузка. При работе с множеством клиентов сервер сталкивается с ограничениями производительности. Это приводит к задержкам либо сбоям.
3. Обновления. При внесении изменений в приложение или инфраструктуру необходимо провести обслуживание каждого устройства. Этот процесс иногда является длительным.

Во многих случаях важна правильная настройка для балансировки нагрузки, оптимизации производительности.

Область применения

Сфера применения включает:

• веб-приложения – браузер выполняет функции клиента, обращаясь к серверу для отображения данных;
• приложения для мобильных устройств – используют для обработки запросов на удаленных серверах и получения данных, что позволяет выполнять операции, обеспечивать синхронизацию данных;
• корпоративные сети – используются для построения информационных систем по обмену данными между различными подразделениями, что дает возможность управлять ими централизованно, гарантировать доступ из различных точек.

Применяется архитектура для домашних сетей, управления бытовыми приборами.

Взаимодействие клиента и сервера

Клиент и сервер взаимодействуют по сети с использованием протоколов передачи данных – HTTP, TCP/IP или других.

Принцип работы следующий:

• взаимодействие осуществляется по схеме запрос-ответ, где клиент выступает инициатором выполнения определенных действий, а сервер занимается обработкой и предоставлением необходимых данных;
• операции выполняются на основе согласованного протокола, который определяет формат запроса и ответа.

Клиент-серверная архитектура обеспечивает распределенную обработку данных, позволяет эффективно управлять нагрузкой на устройства и узлы.

Какие бывают клиент-серверные системы?

Среди сетей выделяются:

• веб-серверы – обрабатывают запросы от клиентов через веб-браузеры, предоставляют нужные страницы;
• почтовые системы – позволяют обмениваться письмами между клиентами;
• базы данных – предоставляют доступ и управление;
• файловые серверы – обеспечивают возможность работать с документами;
• прокси-серверы – промежуточные устройства между основными компонентами;
• приложения для обработки транзакций – выполняют банковские операции, онлайн-покупки.

Домашние медиа-серверы обеспечивают потоковую передачу мультимедийного контента на устройства клиентов в сети.

Чем отличается одноранговая архитектура от клиент-серверной?

Основные отличия заключаются в следующем:

• в одноранговой архитектуре сеть состоит из узлов, которые равнозначны и способны выступать и клиентами, и серверами;
• такие узлы обмениваются данными напрямую, без центрального сервера;
• каждый узел инициирует запросы, самостоятельно их обрабатывает, независимо от других компонентов;

Одноранговая архитектура позволяет обеспечить более гибкое и распределенное взаимодействие между узлами, но сложнее в управлении и контроле. Клиент-серверная архитектура дает возможность централизованно управлять доступом к ресурсам, создает более явную структуру сети.