Обзор технологии клиент-сервер

Компоненты сетевого приложения. Клиент-серверное взаимодействие и роли серверов.

Как правило компьютеры и программы, входящие в состав информационной системы, не являются равноправными. Некоторые из них владеют ресурсами (файловая система, процессор, принтер, база данных и т.д.), другие имеют возможность обращаться к этим ресурсам. Компьютер (или программу), управляющий ресурсом, называют сервером этого ресурса (файл-сервер, сервер базы данных, вычислительный сервер. ). Клиент и сервер какого-либо ресурса могут находится как на одном компьютере, так и на различных компьютерах, связанных сетью.

В рамках многоуровневого представления вычислительных систем можно выделить три группы функций, ориентированных на решение различных подзадач:

1. функции ввода и отображения данных (обеспечивают взаимодействие с пользователем);
2. прикладные функции, характерные для данной предметной области;
3. функции управления ресурсами (файловой системой, базой даных и т.д.)

Рис.1. Компоненты сетевого приложения

Выполнение этих функций в основном обеспечивается программными средствами, которые можно представить в виде взаимосвязанных компонентов (рис. 1), где:

• компонент представления отвечает за пользовательский интерфейс;
• прикладной компонент реализует алгоритм решения конкретной задачи;
• компонент управления ресурсом обеспечивает доступ к необходимым ресурсам.

Автономная система (компьютер, не подключенный к сети) представляет все эти компоненты как на различных уровнях (ОС, служебное ПО и утилиты, прикладное ПО), так и на уровне приложений (не характерно для современных программ). Так же и сеть — она представляет все эти компоненты, но, в общем случае, распределенные между узлами. Задача сводится к обеспечению сетевого взаимодействия между этими компонентами.

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

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).

Особенности технологии

Сервер работает в многопользовательском режиме, то есть может одновременно поддерживать работу с большим количеством клиентов. Машина автоматически выставляет приоритеты, ориентируясь на очередность поступления запросов, обрабатывает их и отправляет обратно результаты. Сервер позволяет настраивать приоритеты не только исходя из очереди поступления запросов, но и по другим параметрам, как пример – по важности. Тогда такие запросы будут обработаны первыми, даже если поступят позже.

Вся система «клиент сервер» работает так, что рядовые пользователи даже не подозревают о приоритетности и других нюансах. Их запросы обрабатываются очень быстро, вне зависимости от того, смотрят ли они видео, читают книги, изучают необходимую информацию, делают покупки в интернет-магазинах и пр.

В своем большинстве в роли клиента выступает браузер определенного пользователя. А вот в качестве сервера может использоваться:

аппаратное обеспечение типа http;

Обмен данными между узлами осуществляется на основании сетевых протоколов. И для каждой из услуг предусмотрен свой торрент. Вариантов очень много. Так, для обработки пользовательских запросов предназначается протокол http. Он предполагает соблюдение четкой структуры с данными, которые нужно будет предоставить. Требования предъявляются даже к оформлению. В ответ на http-запрос сервер присылает html документ. Запрос от клиента сопровождается дополнительными данными, которые дают серверу понять, как с ними работать. В ответе от серверного оборудования также идут сторонние коды, помимо запрошенных данных. Они помогут браузеру правильно «понять» сообщение сервера. То есть вся инициатива в работе идет от клиента. Сервер только дает ответ на запрос и указывает, какие условия для этого требуется соблюсти.

Одновременное присутствие на одном сайте нескольких пользователей чревато поступлением на один дата-центр большого количества обращений. Но здесь есть свои ограничения, связанные с мощностью с пропускной способностью серверного оборудования, характером запросов.

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.

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.

Достоинства и недостатки

Клиент-серверная архитектура обладает следующими преимуществами:

• высокая скорость обработки данных;
• низкая нагрузка на сетевую инфраструктуру;
• возможность быстрой работы с большим количеством клиентов;
• разделение программного кода серверных и клиентских приложений.

Несколько пользователей могут одновременно работать с данными за счет транзакций (последовательность операций, представляемых в виде единого блока) и блокировок (изоляция данных от редактирования другими пользователями).

Недостатки клиент-серверной технологии:

• высокие требования к аппаратно-программным характеристикам серверного оборудования за счет того, что обработка данных происходит на стороне сервера;
• потребность в системном администраторе, контролирующем бесперебойность работы серверного оборудования.

Что тестировать

Чтобы понимать, что тестировать, надо понимать, с чем имеет дело человек.

Пользователь работает с клиентом. Это может быть web или desktop приложение, не суть. Операционистке Кате дали рабочее место, показали какую программу запускать и как с ней работать. Она знать не знает о наличии серверов и БД, она работает только с клиентом.

Поэтому тестировщик в первую очередь проверяет клиент! Потому что сервер может работать идеально, вы можете даже написать тесты на уровне API и они все будут зелененькие, и кажется, что все зашибись! А пользователь загрузит отчет и увидит ошибку. Ой.

Сервер работает, на клиенте ошибка. И плевать на сотни «зеленых» автотестов. У пользователя все равно ошибка. И наша задача — посмотреть с его точки зрения.

Однако, если у вас есть доступ к серверу приложения и его базе данных — стоит проверять и их тоже! Так мы можем увидеть «будущий баг». Например:

• Сохранили карточку товара — система ее отрисовывает и говорит, что все хорошо. На клиенте все отлично!
• Проверили по базе — а там часть полей осталась пустая, разработчик неправильно указал название поля в БД. И информация потерялась.

— Ну, наверное, их и не заполняли.

А их заполняли! Просто сохранение криво сработало. Поэтому, если у нас только черный ящик, то нужно проверять, «а реально ли сохранились данные?». Сохранили? Откройте карточку в новом окне или вызовете информацию через API-метод.

Если доступ к базе есть — просто проверьте по ней, что все хорошо. Если есть доступ к серверным логам — проверьте их на наличие ошибок.

Помимо простых пользователей бывают злые люди, которые пытаются встрять в наше приложение и своровать деньги / данные. Они используют не клиент или сервер — туда у них доступа нет. Они пытаются перехватить данные в пути от клиента к серверу, или от сервера к БД.

Ну а раз нехорошие люди могут это сделать, то тестировщик тоже должен это уметь! Потому что тестировщик предоставляет информацию о нашем продукте.

Тестировщик изучает уязвимости и потом рассказывает команде:

— Ребята, вот я проверил, у нас есть такие-то и такие-то потенциальные дыры. Давайте подумаем, надо нам их как-то закрывать или нет.

То есть не факт, что исправлять проблему будут. Может, у вас некритичное приложение — данные не утекут, деньги вы не храните. Тогда и заморачиваться лишний раз никто не будет, потому что тестировать на защищенность — дорого, специалистов мало.

Но какие-то базовые проверки типа sql-иньекций или XSS-атак стоит изучить и проверить на своем приложении. Хотя бы чтобы понять их критичность. Ведь если атака сломает клиент — ну и пусть, сам себе буратино. А если атака положит сервер, это уже не очень хорошо. И надо хотя бы знать, от чего это бывает.

О технологии клиент-сервер

Серверное устройство поддерживает многопользовательский режим и обеспечивает одновременно работу с несколькими клиентами. Конечно, машина не может решать в прямом смысле слова одновременно несколько поставленных задач, она выстраивает запросы в очередь по мере поступления, обрабатывает обращения и отправляет результаты работы. Запросы можно выстраивать в списке по приоритетности. Чем важнее запрос, тем быстрей его обрабатывают, даже, если он поступил позже.

Рядовые пользователи сети интернет даже не догадываются о том, как их запросы моментально обслуживаются, чтобы они читали новости, книги, тематические статьи, смотрели интересные видео и фильмы, ходили по форумам, «зависали» в социальных сетях, оплачивали счета, общались с друзьями, оформляли заказы на покупку товаров и т.д. Главное, что ответная реакция быстрая.

Именно технология клиент сервер предоставляет возможность реализовать вышеуказанные многочисленные поставленные задачи. Обычно клиент – это браузер конкретного пользователя. А серверами зачастую выступают:

· любые серверы http;

· наборы серверных машин (например, Denwer);

Обмен информацией между клиентом и сервером происходит благодаря сетевым протоколам в интернете. Каждой услуге соответствует определенный протокол, их предостаточно. Запросы, отсылаемые клиентом, классифицируют как http сообщения. Здесь четко указано, какие сведения нужно предоставить, в каком оформлении. Серверное устройство после анализа и обработки запроса, обычно отвечает html документом – дает свой http ответ.

Сообщение от клиента поступает с дополнительными данными, чтобы серверу было понятно, как с ним работать. Ответ машины также отправляется с кодами помимо полезных запрашиваемых данных, чтобы браузер оценил понятливость аппаратно-программного комплекса при обработке его запроса.

Смотря на каком уровне осуществляется взаимосвязь клиента с сервером, отсылаемые сообщения браузером упаковываются по-разному. Как будто они оборачиваются клиентом в несколько слоем обертки. После того, как послание поступило серверной станции, она приступает к разворачиванию всех этих слоев, проводит анализ информации и сбор данных.

Говоря больше о технологии клиент-сервер, следует уточнить, что браузер первый выходит на контакт и делает запрос серверной машине, которая лишь предоставляет услуги в ответ на сообщения и указывает, какие условия нужно при этом соблюдать. Разные компьютерные устройства используют, чтобы установить программное обеспечение клиента и серверного оборудования. Но есть случаи, когда они работали на одном ПК.

Когда на одном сайте одновременно находятся несколько посетителей, к серверу в один момент обращается много клиентов. Однако одномоментное поступление запросов ограничено мощностью и возможностями серверных устройств, а также характером отправляемых сообщений.

Типы клиент-серверной архитектуры

Архитектуру «клиент-сервер» принято разделять на три класса: одно-, двух- и трёхуровневую. Однако, нельзя сказать, что в вопросе о таком разделении в сообществе ИТ-специалистов существует полный консенсус. Многие называют одноуровневую архитектуру двухуровневой и наоборот, то же можно сказать о соотношении двух- и трёхуровневой архитектур.

Постараемся внести ясность в этот вопрос.

Одноуровневая архитектура (1-Tier)

Одноуровневая архитектура «клиент-сервер» (1-Tier) – такая, где все прикладные программы рассредоточены по рабочим станциям, которые обращаются к общему серверу баз данных или к общему файловому серверу. Никаких прикладных программ сервер при этом не исполняет, только предоставляет данные.

Рис. 2. Одноуровневая архитектура «клиент-сервер» (1-Tier).

В целом, такая архитектура очень надёжна, однако, ей сложно управлять, поскольку в каждой рабочей станции данные будут присутствовать в разных вариантах. Поэтому возникает проблема их синхронизации на отдельных машинах. В общем, как можно видеть из рисунка, в этой архитектуре просматривается ещё один уровень – базы данных, что даёт повод во многих случаях называть её двухуровневой.

Двухуровневая архитектура (2-Tier)

К двухуровневой архитектуре «клиент-сервер» следует относить такую, в которой прикладные программы сосредоточены на сервере приложений (Application Server), например, сервере 1С или сервере CRM, а в рабочих станциях находятся программы-клиенты, которые предоставляют для пользователей интерфейс для работы с приложениями на общем сервере.

Рис. 3. Двухуровневая архитектура «клиент-сервер» (2-Tier).

Такая архитектура представляется наиболее логичной для архитектуры «клиент-сервер». В ней, однако, можно выделить два варианта. Когда общие данные хранятся на сервере, а логика их обработки и бизнес-данные хранятся на клиентской машине, то такая архитектура носит название “fat client thin server” (толстый клиент, тонкий сервер). Когда не только данные, но и логика их обработки и бизнес-данные хранятся на сервере, то это называется “thin client fat server” (тонкий клиент, толстый сервер). Такая архитектура послужила прообразом облачных вычислений (Cloud Computing).

Преимущества двухуровневой архитектуры:

• Легко конфигурировать и модифицировать приложения;
• Пользователю обычно легко работать в такой среде;
• Хорошая производительность и масштабируемость.

Однако, у двухуровневой архитектуры есть и ограничения:

• Производительность может падать при увеличении числа пользователей;
• Потенциальные проблемы с безопасностью, поскольку все данные и программы находятся на центральном сервере;
• Все клиенты зависимы от базы данных одного производителя;

Трёхуровневая архитектура (3-Tier)

В трёхуровневой архитектуре сервер баз данных, файловый сервер и другие представляют собой отдельный уровень, результаты работы которого использует сервер приложений. Логика данных и бизнес-логика находятся в сервере приложений. Все обращения клиентов к базе данных происходят через промежуточное программное обеспечение (middleware), которое находится на сервере приложений. Вследствие этого, повышается гибкость работы и производительность.

Рис. 4. Трёхуровневая архитектура «клиент-сервер» (3-Tier).

Преимущества трёхуровневой архитектуры:

• Целостность данных;
• Более высокая безопасность, по сравнению с двухуровневой архитектурой;
• Защищённость базы данных от несанкционированного проникновения.

• Более сложная структура коммуникаций между клиентов и сервером, поскольку в нём также находится middleware.

Многоуровневая архитектура (N-Tier)

В отдельный класс архитектуры «клиент-сервер» можно вынести многоуровневую архитектуру, в которой несколько серверов приложений используют результаты работы друг друга, а также данные от различных серверов баз данных, файловых серверов и других видов серверов.

По сути, предыдущий вариант, трёхуровневая архитектура – не более, чем частный случай многоуровневой архитектуры.

Рис. 5. Многоуровневая архитектура «клиент-сервер» (N-Tier).

Преимуществом многоуровневой архитектуры является гибкость предоставления услуг, которые могут являться комбинацией работы различных приложений серверов разных уровней и элементов этих приложений.

Очевидным недостатком является сложность, многокомпонентность такой архитектуры.

Недостатки технологии «клиент-сервер»

1. Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть.
2. Поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста системного администратора.
3. Высокая стоимость оборудования.

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.