Odjemalec-strežnik: definicija, kako deluje in primeri

V računalništvu je odjemalec-strežnik model programske arhitekture, pri katerem so naloge in storitve razdeljene med vsaj dva tipa komponent: odjemalske programe in strežniške programe, ki komunicirata prek računalniškega omrežja ali celo na istem računalniku. Takšna aplikacija je primer porazdeljenega sistema — sestavljena je iz odjemalčeve in strežniške programske opreme, ki skupaj omogočata učinkovitejšo delitev delovne obremenitve.

Kako deluje

V modelu odjemalec-strežnik odjemalčev proces običajno vzpostavi povezavo do strežnika in pošlje zahtevo za določeno storitev ali podatke. Strežniški proces nato sprejme zahtevo, jo obdela in vrne odgovor odjemalcu. Ta potek (vzpostavitev povezave, poizvedba, obdelava, odgovor) je lahko enkraten ali pa se ponavlja v okviru trajne seje.

Interakcije med odjemalcem in strežnikom se pogosto ponazorijo z diagrami zaporedij, standardiziranimi v enotnem jeziku za modeliranje (UML). Ti diagrami prikazujejo vrstni red sporočil, čakalne dobe in morebitne asinhrone odzive.

Glavne komponente

Odjemalec: program ali naprava, ki zahteva storitev (npr. spletni brskalnik kot odjemalska aplikacija).
Strežnik: programska oprema ali strojna oprema, ki nudi storitev (npr. spletni strežnik, poštni strežnik, strežnik podatkovnih baz).
Omrežje: medij in protokoli, po katerih poteka komunikacija (lokalno omrežje ali internet).

Vrste in topologije

Osnovna oblika arhitekture odjemalec-strežnik uporablja le dve vrsti gostiteljev: odjemalce in strežnike. Ta konfiguracija se pogosto imenuje dvonivojska, saj odjemalec predstavlja eno raven, strežniški proces pa drugo raven.

Obstajajo tudi večnivojske (n-tier) arhitekture, kjer se dodatni sloji (npr. sloj poslovne logike, storitve za avtentikacijo, predpomnilniki) ločijo v samostojne strežniške komponente za boljšo modularnost in skalabilnost.

Če se odjemalčev in strežniški proces izvajata v istem računalniku, se to imenuje namestitev z enim sedežem (ang. single-host ali collocated).

Protokoli in primeri uporabe

Model odjemalec-strežnik podpira številne protokole, odvisno od vrste storitve:

HTTP/HTTPS: prenos spletnih strani in API‑jev (spletni brskalnik do spletnega strežnika).
SMTP/IMAP/POP3: izmenjava elektronske pošte (standardne omrežne funkcije, kot je elektronska pošta).
FTP/SFTP: prenos datotek.
SQL/TCP: dostop do podatkovnih zbirk in drugih podatkovnih storitev.
RPC/gRPC/REST: klici oddaljenih storitev in mikroservisi.

Veliko vrst aplikacij temelji na modelu odjemalec-strežnik — npr. dostop do spleta, strežniki za shranjevanje datotek, igre z osrednjim strežnikom, storitve za avtorizacijo in avtentikacijo ter baze podatkov. Spletni brskalnik je na primer odjemalski program v uporabniškem računalniku, ki lahko dostopa do informacij v katerem koli spletnem strežniku na svetu.

Stanje in brezstanje (stateful vs stateless)

Strežniki so lahko stateful (hranijo stanje seje med več zahtevami) ali stateless (vsaka zahteva vsebuje vse potrebne informacije za obdelavo). Stateless pristop (kot pri mnogih REST API-jih) poenostavi skaliranje, medtem ko stateful aplikacije omogočajo vzdrževanje uporabniških sej in zmožnosti, ki zahtevajo kontinuirano stanje.

Prednosti in slabosti

Prednosti:
- Centralizirano upravljanje in varnost.
- Jasna ločitev odgovornosti in enostavnejše posodabljanje strežniške logike.
- Lažje varnostno kopiranje in nadzor dostopa do virov.
Slabosti:
- Strežnik predstavlja točko odpovedi, če ni ustreznega načrtovanja redundance.
- Možni ozki grli pri velikem številu odjemalcev brez primernih mehanizmov za skaliranje.

Skaliranje in zanesljivost

Za obvladovanje velikega števila odjemalcev in zagotavljanje visoke razpoložljivosti se uporabljajo tehnike, kot so:

Obremenitveno uravnoteženje (load balancing) med več strežniki.
Horizontano skaliranje (dodajanje več instanc strežnika).
Replikacija in grozdi baz podatkov.
Predpomnjenje (caching) in uporaba CDN za dostavo vsebin.

Varnostne vidike

Pri modelu odjemalec-strežnik so ključni varnostni ukrepi: zavarovanje komunikacije (npr. TLS/HTTPS), avtentikacija in avtorizacija, zaščita pred napadi (DDoS, vbrizg podatkov), redno varnostno posodabljanje strežnikov ter spremljanje in beleženje dogodkov. Centraliziran nadzor olajša uvajanje varnostnih pravil, vendar pomeni tudi, da uspešen napad na strežnik lahko vpliva na veliko število odjemalcev.

Primerjava z arhitekturo peer-to-peer (P2P)

Druga pogosto uporabljena arhitektura je znana kot peer-to-peer, ker lahko vsak gostitelj ali primerek aplikacije hkrati deluje kot odjemalec in strežnik. Za razliko od centraliziranih strežnikov modela odjemalec-strežnik imajo v P2P mrežah vsi vozliči enakovredne odgovornosti in status. Za arhitekture peer-to-peer se pogosto uporablja kratica P2P.

Glavne razlike:

P2P je bolj odporen proti centralni točki odpovedi, vendar je upravljanje in izvajanje varnostnih pravil bolj zapleteno.
Odjemalec-strežnik omogoča lažje centralno upravljanje, avtorizacijo in optimizacijo virov.

Zaključek

Programska arhitektura odjemalec-strežnik je temelj mnogih sodobnih omrežnih storitev in aplikacij. Z uporabo tega modela so bile razvite številne ključne internetne storitve, kot so izmenjava elektronske pošte, dostop do spleta in dostop do podatkovnih zbirk. Pravilna zasnova strežniških komponent, protokolov, varnosti in skalabilnosti je ključna za zanesljivo in učinkovito delovanje sistemov v praksi.

Omrežje, ki temelji na vzajemnem sodelovanju.

Omrežje, ki temelji na enem strežniku.

Značilnosti strank

Vedno sproži zahteve za strežnike.
Čaka na odgovore.
Prejme odgovore.
Običajno se poveže z majhnim številom strežnikov hkrati.
Običajno neposredno komunicira s končnimi uporabniki z uporabo katerega koli uporabniškega vmesnika, kot je grafični uporabniški vmesnik.

Značilnosti strežnika

Vedno počakajte na zahtevo ene od strank.
Obravnava zahteve odjemalcev, nato pa odjemalcem odgovori z zahtevanimi podatki.
Strežnik lahko komunicira z drugimi strežniki, da bi izpolnil zahtevo odjemalca.
Če so za obdelavo zahtevka potrebne dodatne informacije (ali če se izvaja varnost), lahko strežnik pred obdelavo zahtevka od odjemalca zahteva dodatne podatke (gesla).
Končni uporabniki običajno ne komunicirajo neposredno s strežnikom, temveč uporabljajo odjemalca.

Prednosti

V večini primerov arhitektura odjemalec-strežnik omogoča, da se vloge in odgovornosti računalniškega sistema porazdelijo med več neodvisnih računalnikov, ki se med seboj poznajo le prek omrežja, zato je ena od prednosti tega modela lažje vzdrževanje. Strežnik je na primer mogoče zamenjati, popraviti, nadgraditi ali celo premestiti, medtem ko njegovi odjemalci ostajajo nevedni in jih ta sprememba ne prizadene. Ta neodvisnost od sprememb se imenuje tudi enkapsulacija.
Vsi podatki so shranjeni v strežnikih, ki imajo na splošno boljši varnostni nadzor kot večina odjemalcev. Strežniki lahko bolje nadzorujejo dostop in vire ter tako zagotovijo, da lahko do podatkov dostopajo in jih spreminjajo le odjemalci z ustreznimi dovoljenji.
Ker je shranjevanje podatkov centralizirano, so posodobitve teh podatkov veliko lažje za upravitelje, kot bi bilo to mogoče pri arhitekturi P2P. Pri arhitekturi P2P je morda treba posodobitve podatkov razdeliti in uporabiti za vsakega "vrstnika" v omrežju, kar je zamudno in nagnjeno k napakam, saj je lahko vrstnikov na tisoče ali celo milijone.
Na voljo so že številne napredne tehnologije odjemalec-strežnik, ki so bile zasnovane tako, da zagotavljajo varnost, uporabniku prijazne vmesnike in enostavno uporabo.
Deluje z več različnimi odjemalci različnih specifikacij.

Slabosti

Blokiranje prometa v omrežjih je ena od težav, povezanih z modelom odjemalec-strežnik. Ko se poveča število hkratnih zahtevkov odjemalcev na določen strežnik, lahko strežnik postane preobremenjen. V nasprotju z omrežjem P2P, katerega pasovna širina se z dodajanjem novih vozlišč dejansko povečuje, saj lahko celotno pasovno širino omrežja P2P v grobem izračunamo kot vsoto pasovnih širin vseh vozlišč v tem omrežju.
Če primerjamo model odjemalec-strežnik z modelom Peer to Peer, v primeru odpovedi enega strežnika zahtevki odjemalcev ne morejo biti izpolnjeni, pri omrežjih P2P pa so strežniki običajno porazdeljeni med več vozlišč. Tudi če eno ali več vozlišč odpove, na primer če vozlišče ne prenese datoteke, morajo preostala vozlišča še vedno imeti podatke, potrebne za dokončanje prenosa.

Primeri

Posebne vrste odjemalcev so: spletni brskalniki, odjemalci e-pošte in odjemalci spletnega klepeta.
Posebne vrste strežnikov so: spletni strežniki, strežniki FTP, strežniki podatkovnih zbirk, strežniki e-pošte, datotečni strežniki, tiskalniški strežniki. Večina spletnih storitev je prav tako vrsta strežnikov.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je arhitektura programske opreme odjemalec-strežnik?

O: Arhitektura programske opreme odjemalec-strežnik je model, sestavljen iz dveh delov, odjemalskih sistemov in strežniških sistemov, ki komunicirata prek računalniškega omrežja ali na istem računalniku.

V: Kako deluje aplikacija odjemalec-strežnik?

O: Aplikacija odjemalec-strežnik je porazdeljeni sistem, ki ga sestavljata odjemalčeva in strežniška programska oprema. Odjemalčev proces vedno vzpostavi povezavo s strežnikom, medtem ko strežniški proces vedno čaka na zahteve katerega koli odjemalca.

V: Kaj se zgodi, če se odjemalčev in strežniški proces izvajata v istem računalniku?

O: Kadar se tako odjemalčev kot strežniški proces izvajata v istem računalniku, se to imenuje namestitev z enim sedežem.

V: Kakšne prednosti prinaša uporaba aplikacije odjemalec-strežnik?

O: Uporaba odjemalsko-strežniške aplikacije omogoča boljši način delitve delovnih obremenitev med več računalnikov ali uporabnikov.

V: Kdo sproži povezave v aplikacijah odjemalskega strežnika?

O: V aplikacijah odjemalskega strežnika povezave vedno sproži odjemalski proces.

V: Kdo čaka na zahteve v aplikacijah odjemalskega strežnika?

O: Strežniški proces vedno čaka na zahteve v odjemalskih strežniških aplikacijah.

V: Kako si lahko več računalnikov ali uporabnikov med seboj deli delovne obremenitve?

O: Več računalnikov ali uporabnikov si lahko deli delovne obremenitve z uporabo porazdeljenega sistema, kot je aplikacija odjemalskega strežnika.