Преподаватель который помогает студентам и школьникам в учёбе.

Модель «клиент - сервер»

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

Клиент и сервер взаимодействую друг с другом в сети Интернет или в любой другой компьютерной сети при помощи различных сетевых протоколов, например, IP протокол, HTTP протокол, FTP и другие. Протоколов на самом деле очень много и каждый протокол позволяет оказывать ту или иную услугу. Например, при помощи HTTP протокола браузер отправляет специальное HTTP сообщение, в котором указано какую информацию и в каком виде он хочет получить от сервера, сервер, получив такое сообщение, отсылает браузеру в ответ похожее по структуре сообщение (или несколько сообщений), в котором содержится нужная информация, обычно это HTML документ.

Сообщения, которые посылают клиенты получили названия HTTP запросы. Запросы имеют специальные методы, которые говорят серверу о том, как обрабатывать сообщение. А сообщения, которые посылает сервер получили название HTTP ответы, они содержат помимо полезной информации еще и специальные коды состояния, которые позволяют браузеру узнать то, как сервер понял его запрос.

Предмет исследования ˗ клиент˗сервер.

Объект исследования ˗ Распределенные системы обработки информации

Целью данного исследования является создание системы, которая будет уменьшать время выполнения клиентских запросов, за счёт разделения исходного кода сервера приложений на 2 компоненты и переместить часть обработки данных ближе к месту их хранения.

Для достижения данной цели необходимо выполнить ряд задач:

1. Создать систему анализа исходного кода программы. Исходя из набора файлов с кодом сервера приложений, должны выявляться подходящие для преобразования фрагменты кода – получающие информацию из БД, обрабатывающие её и имеющие конечный результат.

2. Создать систему разделения, которая по выбранным методам, создаст классы и методы для удалённого вызова и отредактирует первоначальный код их вызова.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ МОДЕЛИ «КЛИЕНТ - СЕРВЕР»

1.1 Характерные принципы функционирования модели «Клиент - Сервер»

Клиент и сервер это программы, расположенное на разных компьютерах, в разных контроллерах и других подобных устройствах. Между собой они взаимодействуют через вычислительную сеть с помощью сетевых протоколов.

Программы-серверы являются поставщиками услуг. Они постоянно ожидают запросы от программ-клиентов и предоставляют им свои услуги (передают данные, решают вычислительные задачи, управляют чем-либо и т.п.). Сервер должен быть постоянно включен и “прослушивать” сеть. Каждая программа-сервер, как правило, может выполнять запросы от нескольких программ-клиентов.

Программа-клиент является инициатором запроса, который может произвести в любой момент. В отличие от сервера клиент не должен быть постоянно включен. Достаточно подключиться в момент запроса.

Итак, в общих чертах система клиент-сервер выглядит так:

Есть компьютеры, контроллеры Ардуино, планшеты, сотовые телефоны и другие интеллектуальные устройства.
Все они включены в общую вычислительную сеть. Проводную или беспроводную - не важно. Они могут быть подключены даже к разным сетям, связанным между собой через глобальную сеть, например через интернет.
На некоторых устройствах установлены программы-серверы. Эти устройства называются серверами, должны быть постоянно включены, и их задача обрабатывать запросы от клиентов.
На других устройствах работают программы-клиенты. Такие устройства называются клиентами, они инициируют запросы серверам. Их включают только в моменты, когда необходимо обратиться к серверам.

Например, если вы хотите с сотового телефона по WiFi включать утюг, то утюг будет сервером, а телефон – клиентом. Утюг должен быть постоянно включен в розетку, а управляющую программу на телефоне вы будете запускать по необходимости. Если к WiFi сети утюга подключить компьютер, то вы сможете управлять утюгом и с помощью компьютера. Это будет еще один клиент. WiFi микроволновая печь, добавленная в систему, будет сервером. И так систему можно расширять бесконечно.

Технология клиент-сервер в общем случае предназначена для использования с объемными информационными сетями. От одного абонента до другого данные могут проходить сложный путь по разным физическим каналам и сетям. Путь доставки данных может меняться в зависимости от состояния отдельных элементов сети. Какие-то компоненты сети могут не работать в этот момент, тогда данные пойдут другим путем. Может изменяться время доставки. Данные могут даже пропасть, не дойти до адресата.

Поэтому простая передача данных в цикле, как мы передавали данные на компьютер в некоторых предыдущих уроках, в сложных сетях совершенно невозможна. Информация передается ограниченными порциями – пакетами. На передающей стороне информация разбивается на пакеты, а на приемной “склеивается” из пакетов в цельные данные. Объем пакетов обычно не больше нескольких килобайт.

Пакет это аналог обычного почтового письма. Он также, кроме информации, должен содержать адрес получателя и адрес отправителя.

Пакет состоит из заголовка и информационной части. Заголовок содержит адреса получателя и отправителя, а также служебную информацию, необходимую для “склейки” пакетов на приемной стороне. Сетевое оборудование использует заголовок для определения, куда передавать пакет.

Технология клиент-сервер предполагает, что все абоненты всех сетей мира подключены к единой глобальной сети. На самом деле во многих случаях это так и есть. Например, большинство компьютеров или мобильных устройств подключено к интернету. Поэтому используется формат адресации, рассчитанный на такое громадное количество абонентов. Но даже если технология клиент-сервер применяется в локальных сетях, все равно сохраняется принятый формат адресов, при явной избыточности.

Каждой точке подключения устройства к сети присваивается уникальный номер – IP-адрес (Internet Protocol Address). IP-адрес присваивается не устройству (компьютеру), а интерфейсу подключения. В принципе устройства могут иметь несколько точек подключения, а значит несколько различных IP-адресов.

IP-адрес это 32х разрядное число или 4 байта. Для наглядности принято записывать его в виде 4 десятичных чисел от 0 до 255, разделенных точками. Например, IP-адрес моего сервера 31.31.196.216.

Для того чтобы сетевому оборудованию было проще выстраивать маршрут доставки пакетов в формат IP-адреса введена логическая адресация. IP-адрес разбит на 2 логических поля: номер сети и номер узла. Размеры этих полей зависят от значения первого (старшего) октета IP-адреса и разбиты на 5 групп – классов. Это так называемый метод классовой маршрутизации.

1.2 Определение сервера и клиента

При большом числе компьютеров (десятки, сотни и даже тысячи) предприятия чаще всего полагаются на сети модели «клиент-сервер». Упрощенно можно считать, что в такой сети отдельный компьютер подключается к одному или нескольким мощным компьютерам, которые называются серверами.

Сервер – это компьютер, или выполняющаяся на нём программа, которая предоставляет клиентам доступ к общим ресурсам и управляет этими ресурсами.

Клиент – пользователь (получатель) услуг и/или ресурсов, которые предоставляет сервер.

СЕРВЕР

Рисунок 1.1. - Модель клиент-сервер.

В серверных сетях серверы оснащены процессорами типа Intel Pentium 4 и сетевой операционной системой.

1.3 Роль сервера и клиента в архитектуре клиент-сервер

Роль серверов состоит в обеспечение централизованной защиты и управлении трафиком, а так же в предоставление клиентам ресурсов: информации, приложений и доступа к устройствам совместного пользования (например, к принтерам). В клиент – серверной среде в роли клиентов выступают настольные ПК (именно ПК, а не неинтеллектуальные терминалы) под управлением операционной системы типа Windows 95 или Windows NT Workstation. Как правило, клиент использует собственные вычислительные мощности для обработки информации, полученной от сервера, но полагается на сервер в части предоставления необходимых данных и приложений. Такое распределение ролей в обработке информации носит название клиентской (front - end) и серверной (back - end) обработки.

Наряду с успешным функционированием в собственной «родной» среде, сети модели клиент – сервер могут работать с микрокомпьютерами и мэйнфреймами. Именно эта гибкость в сочетании достаточно низкой (по сравнению с традиционными решениями) стоимостью и составляет привлекательность клиент – серверных сетей. Работая в такой среде на компьютере – клиенте, можно «вкушать плоды» трех разных методов обработки информации: автономной работы, взаимодействия с другими ПК сети и подключения к серверу или мэйнфрейму для доступа к хранящейся там информации.

1.4 Понятие прикладных протоколов

Необходимо различать понятия сетевых приложений и протоколов прикладного уровня. Протоколы прикладного уровня являются частью (хотя и весьма большой) сетевых приложений. Рассмотрим два примера. Web является сетевым приложением, позволяющим пользователям получать web-документы по запросу и состоящим из множества компонентов, включая стандарт формата документов (HTML), браузеры (Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer и др.), web-серверы (например, Apache, Microsoft или Netscape), протоколы прикладного уровня. Протокол прикладного уровня для web носит название протокола передачи гипертекста (HyperText Transfer Protocol, HTTP) и описывает формат и порядок обмена сообщениями между клиентом и сервером (RFC 2646). Таким образом, HTTP является лишь частью web-приложения.

В качестве второго примера рассмотрим приложение электронной почты. Электронная почта Интернета также состоит из множества компонентов: почтовых серверов, содержащих почтовые ящики пользователей, программ для просмотра и создания электронных писем, стандартов, описывающих структуру электронных писем, протоколов прикладного уровня, регламентирующих порядок обмена сообщениями серверов между собой и с оконечными системами пользователей, а также интерпретацию полей, из которых состоят электронные письма. Основным протоколом прикладного уровня для электронной почты является протокол простой передачи сообщений (Simple Mail Transfer Protocol, SMTP). Как мы видим, SMTP (RFC 2821) — лишь часть (хотя и достаточно большая) структуры приложений электронной почты.

Как сказано выше, протоколы прикладного уровня определяют способ обмена сообщениями между двумя процессами, выполняющимися на разных оконечных системах. Обычно протокол определяет следующие элементы:

□ типы используемых сообщений, например запросы и ответы;

□ синтаксис каждого из типов сообщений, описывающий поля сообщения и их разделители;

□ семантику полей, то есть смысл информации, содержащейся в каждом из полей сообщения;

□ правила, описывающие события, которые вызывают генерацию сообщений.

Некоторые из протоколов прикладного доступа (HTTP, SMTP и др.) являются официально документированными в RFC. Это означает, что если разработчик нового браузера будет следовать стандарту, то браузер сможет получать документы с любого web-сервера, построенного по этому же стандарту. Тем не менее существует множество протоколов прикладного уровня, которые не стандартизированы и при этом используются для поддержки коммерческих продуктов. В частности, это характерно для Интернет-телефонии.

1.5 Представление данных в системах обработки данных

Самым простым из таких способов является опрос (англ. polling). Способ основан на постоянном обращении клиента к серверу за новой информацией (рисунок 1). Клиентский код, выполняемый в браузере пользователя, с заданной временной периодичностью отправляет запрос, опрашивая сервер о наличии событий. Сервер формирует ответ для каждого запроса и отправляет его обратно клиенту. В случае отсутствия новых данных, сервер также сообщает об этом. Запрос к серверу выполняется с использованием подхода AJAX, что подразумевает обмен данными в «фоновом» режиме без полной перезагрузки веб-страницы.

Рисунок 1. Опрос (polling)

К очевидным недостаткам такого подхода следует отнести следующие:

очень много лишних запросов, посылаемых клиентом, когда на сервере еще нет новых данных;
серверу приходится хранить информацию о произошедших событиях до тех пор, пока клиент не запросит их или пока они не устареют;
события всегда приходят с опозданием, ввиду заданного интервала и времени, требуемого на открытие соединения.

Преимуществом опроса является простота его реализации и поддержка большинством из используемых сегодня веб-браузеров.

К таким техникам относится другой способ обмена сообщениями, называемый длительный опросом (англ. long polling). После загрузки веб-страницы, клиентский код выполняет запрос, но сервер не отвечает и не закрывает соединение, пока не появятся новые данные или пока клиент не отключится самостоятельно. Как только данные появились – отправляется ответ и соединение закрывается. После чего клиент сразу же отправляет следующий запрос, снова запуская процесс ожидания (рисунок 2).

Рисунок 2. Длинный опрос (long-polling)

Достоинства этого метода по сравнению с классическим опросом (polling):

минимальное количество запросов;
высокая временная точность событий;
отсутствие необходимости длительного хранения событий сервером.

После создания объекта EventSource с указанием адреса подключения браузер отправит запрос на установление соединения серверу. Чтобы соединение успешно открылось, сервер должен ответить с HTTP-заголовком "Content-Type: text/event-stream" и не закрывать соединение. После этого сервер может отправлять в открытое соединение сообщения, когда появляется новая информация (рисунок 3).

Рисунок 3. Server-Sent Events

В Server-Sent Events включена возможность отправлять идентификатор сообщения, который помогает восстановить утраченные события в случае обрыва соединения. В поддерживающих стандарт браузерах доступен удобный событийно-ориентированный программный интерфейс (API) для обработки получаемых сообщений и ошибок.

После того как установлено соединение по протоколу WebSocket, сервер и клиент могут посылать друг другу сообщения, когда новая информация доступна на одной из сторон (рисунок 4). Таким образом, обеспечивается своевременная передача необходимой информации и поддержание ее в актуальном состоянии.

Рисунок 4. WebSocket

Протокол WebSocket подробно описан в RFC 6455 [3]. Здесь лишь отметим, что формат пакета (фрейма) данных имеет компактную структуру, обеспечивая минимум накладных расходов на передачу и повышая тем самым производительность. Кроме того, фреймы делятся на два больших типа: фреймы с данными и управляющие фреймы, предназначенные для проверки связи (ping) и закрытия соединения. Помимо передачи текстовой информации, фреймы с данными могут содержать и бинарные данные.

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

2.1 Основные принципы структурного подхода

В основу функционально-модульного подхода положен принцип алгоритмической декомпозиции, в соответствии с которым производится разделение функций ИС на модули по функциональной принадлежности, когда каждый модуль системы реализует один из этапов общего процесса. Традиционный функционально-модульный подход к разработке ИС предусматривает строго последовательный порядок действий (так называемая «модель водопада»).

По мнению Страуструпа, главный недостаток модели «водопада» заключается в склонности информации течь только в одну сторону. Если проблема оказывается «внизу по течению», то часто возникает сильный организационный и методический нажим с целью проводить лишь ограниченные исправления и разрешить проблему без воздействия на предыдущие стадии проекта.

Такая недостаточная обратная связь приводит к проектированию, ущербному во многих отношениях, а ограниченные исправления ведут к деформированным реализациям. Изменение требований к системе может привести к ее полному перепроектированию, поэтому ошибки, заложенные на ранних этапах, сильно сказываются на времени и конечной цене разработки.

Ориентация на такую последовательную модель увеличивает вероятность того, что будет утрачен контроль над решением возникающих проблем.

2.2 Создание клиент-серверного приложения, способное передавать данные по сети

Цель данной работы создать клиент серверное приложение способное передавать данные по сети соответственно приложение будет состоять из двух частей.

Сервер который будет принимать запросы от клиента.
Клиент который будет передавать на сервер данные серверу и получать от него информацию.

Для создания приложения понадобиться Microsoft Visual Studio 2005.

Пишем сервер

Создаем новый проект

Выбираем создание консольного приложения

В итоге получаем пустое приложение

Проект состоит из двух частей из подключенных библиотек, таких как

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.Text;

чтобы подключить нужную библиотеку необходимо найти ее в object browser

например библиотеку для работы с сетью.

Находим ее в object browser

Выделяем название библиотеки System.Net чтобы объявить ее необходимо перейти в объявления модулей и сказать программе что мы будем его использовать объявлением

Using System.Net; так как пишем на C# главное не забыть в конце строки ставить “;”

данный метод программирования довольно просто так как Microsoft Visual Studio 2005 предлагает сама на выбор методы и функции которыми обладают библиотеки.

Для работы приложения необходимо подключить следующие библиотеки:

System.Net библиотека работы с сетью
System.Net.Sockets библиотека работы с сокетами на уровне портов
System.Net.NetworkInformation библиотека работы с информацией, которую можно получить от сетевых устройств

Когда подключены все библиотеки можно писать программу

Существуют два типа переменных

обычные переменные объявляют как обычно во всех языках программирования например

string имя переменной; объявление текстовых переменных p=”текст”;

int имя переменной; объявление цифровых переменных p=65535

объектные переменные необходимо создавать командой new например создания сервера ожидающего запросов от клиента на заданный порт

TcpListener имя переменной сервера = new TcpListener(IP адрес ПК ,номер порта от 1000 до 65534);

Например:

PAddress demo4 = IPAddress.Parse("0.0.0.0");//используем все IP адреса компьютера для прослушивания

TcpListener demo=new TcpListener(demo4,3000);//прослушиваем порт 6000

После создания сервера, его необходимо запустить, чтобы он прослушивал запросы от клиента

Для запуска и остановки используют 2 функции обьекта такие как

имя переменной сервера.Start() запускает сервер и он начинает ждать запросы на тот порт который назначен от клиента.

имя переменной сервера.Stop() останавливает прослушивание и работу сервера

Далее необходимо дождаться запроса от клиента и ответив ему попытаться получить какую ни будь информацию.

Далее строка ждет соединения с сервером и когда оно произошло присваивает переменной сессию данного соединения

TcpClient имя переменной сессии = имя переменной сервера .AcceptTcpClient(); если присвоилось то коннект есть и приложение продолжит дальше свою работу если не присвоилось то оно будет ожидать запроса от клиента.

Так как в сетевых устройствах все данные передаются в формате байт то полученную информацию от клиента необходимо будет преобразовать из байт например в текст.

Но для получения ответа необходимо объявить массив байт например длинной 256 символов чтобы с запасом на будущее было

byte[] имя переменной в байтах = new byte[256];

Преобразование выполняется следующим образом

Объявляем текстовую переменную и присваиваем ей значение полученное от клиента

Объявленная переменная для ответа = System.Text.Encoding.ASCII.GetString(имя переменной в байтах);

Чтобы получать от клиента не одно а несколько значений необходимо создать непрерывный цикл например:

While(true)

{

действия

}

Данный цикл никогда не завершиться поэтому он будет постоянно считывать значения от клиента и выводит их на экран сервера командой Console.Write(Объявленная переменная для ответа );

Для того чтобы считать данные переданные клиентом необходимо вызвать метод Receive(байтовый массив) в байтовый массив будет записано значение переданное от клиента в байтах мы его преобразуем в строку и выведем на экран

В итоге мы получаем шаблонное приложение которое получает данные от клиента в бесконечном цикле преобразует их в текстовые строки и выводит на экран сервера у клиента же на экране не будит ничего отображаться так как мы ему ничего не отсылали для того чтобы отослать клиенту данные необходимо воспользоваться методом Send(байтовый массив) отправить например полученные байты чтобы они отобразились в окне, клиента.

Если же нужно послать другое значение то для преобразования значения в байты необходимо воспользоваться командой

System.Text.Encoding.ASCII.GetBytes(значение) Даная команда преобразует значение в байтовую форму.

При запуске сервера появиться простое окно консоли

Для подключения к приложению можно воспользоваться в строенным средством windows называющимся telnet

Чтобы подключиться к приложению наберите в командной строке telnet localhost номер порта который написали в созданном сервере.

Например

В появившемся окне введите любой текст и посмотрите результат

так как сервер взаимодействует с клиентом и не может закрыться по его команде его пока это не предусмотрено в приложении во избежание ошибок сервер нужно закрывать первы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несомненное преимущество состоит в приближенности данных к вычислительным процессам. Большая часть расчетов выполняется на стороне сервера, благодаря чему быстродействие значительно увеличивается.

Технология клиент-сервер дает большую безопасность для пользователя, процессы выполняются более стабильно, согласованно, с повышенной конфиденциальностью, данные быстро обрабатываются и надежно хранятся. Развитие системы с архитектурой клиент-сервер обязано также тому, что при подключении к недорогим серверам таких же недорогих ПК получается оптимальное соотношение стоимости и производительности.

Как правило, программа обработки данных (клиентская часть) располагается на одном ПК, а сама БД - на другом. Такое разделение вполне закономерно: клиентская часть программы (та, что находится у пользователя), передает по сети запрос на обработку данных на другой компьютер, на котором сервер базы данных их читает, выполняет, и возвращает по сети ответ клиенту. Причем по сети передается лишь полезная информация.

С другой стороны постоянно совершенствуется сам метод хранения и обработки данных, и если его реализация (то есть сервер баз данных) изменилась, то не нужно будет делать новую компиляцию с новыми библиотеками всех разработанных программ, а потребуется всего лишь произвести установку нового сервера БД и перевести базы данных в новый формат сервера.

Используя различные компьютеры, разработчики клиент-серверных систем эмулируют вычислительную мощность больших ЭВМ, распределяют прикладные задачи по разным компьютерам и серверам. Каждый из этих компьютеров берет на себя определенную вычислительную нагрузку, использует информацию совместно с другими процессорами в сети.

Но сама идея состоит в повышении мощности системы, не методом увеличения производительности одного компьютера, а обобщая возможности многих.

Быстродействие является основным фактором для разработки систем для клиент-серверной архитектуры. Использование программных средств быстрой разработки позволяет разработчикам «создавать прикладные системы для клиент-серверной архитектуры в очень короткие сроки. Реализовать клиент серверную архитектур в вашем офисе, или поддерживать текущую могут компании, проводящие абонентское обслуживание компьютеров организаций, или грамотные системные администраторы.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Биячуев, Т. А. Безопасность корпоративных систем: учеб. пособие / Т. А. Биячуев. – СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2014. – 161 с.
Браун, С. Виртуальные частные сети : учеб. пособие / С. Браун. – М: Лори, 2015. – 481 с.
Романец, Ю. В. Защита информации в компьютерных системах и сетях: Учебное пособие / Ю.В.Романец, П.А.Тимофеев, В.Ф.Шаньгин. – М. : Ифра-М, 2015. – 304 с.
Дворский, М. Н. Техническая безопасность объектов предпринимательства : Учебное пособие / М. Н. Дворский, С. Н. Палатченко. – М. : А-депт, 2016. – 304 с.
ViPNet Администратор: Руководство администратора
ViPNet Координатор: Руководство администратора
http://www.infotecs.ru
http://expo-infosecurity.ru
http://ru.wikipedia.org/wiki/VPN