архитектура веб приложения это
Архитектурные особенности проектирования и разработки Веб-приложений
5.1.7. Архитектура Веб-приложений
Обычно Веб-приложения создаются как приложения в архитектуре «клиент-сервер», но серверная часть имеет различные архитектурные решения [20].
Изначально World Wide Web (WWW) представлялась ее создателям как «пространство для обмена информацией, в котором люди и компьютеры могут общаться между собой». Поэтому первые Веб-приложения представляли собой примитивные файловые серверы, которые возвращали статические HTML-страницы запросившим их клиентам. Таким образом, Веб начиналась как документо-ориентированная.
Следующим этапом развития Веб стало появление понятия приложений, которые базировались на таких интерфейсах, как CGI (или FastCGI), а в дальнейшем – на ISAPI. Common Gateway Interface (CGI) – это стандартный интерфейс работы с серверами, позволяющий выполнять серверные приложения, вызываемые через URL. Входной информацией для таких приложений служило содержимое HTTP-заголовка (и тело запроса при использовании протокола POST). CGI-приложения генерировали HTML-код, который возвращался браузеру. Основной проблемой CGI-приложений было то, что при каждом клиентском запросе сервер выполнял CGI-программу в реальном времени, загружая ее в отдельное адресное пространство.
Появление Internet Server API (ISAPI) позволило не только решить проблемы производительности, которые возникали с CGI-приложениями, но и предоставить в распоряжение разработчиков более богатый программный интерфейс. ISAPI DLL можно было ассоциировать с расширениями имен файлов через специальную мета-базу. Эти два механизма (CGI и ISAPI) послужили основой создания первого типа Веб-приложений, в которых, в зависимости от каких-либо клиентских действий, выполнялся серверный код. Таким образом, стала возможной динамическая генерация содержимого Веб-страниц и наполнение Веб перестало быть чисто статическим.
Интерфейс ISAPI – это особенность Microsoft Internet Information Server. ISAPI-приложения представляют собой динамические загружаемые библиотеки (DLL), которые выполняются в адресном пространстве Веб-сервера. У других Веб-серверов через некоторое время также появилась возможность выполнять приложения, реализованные в виде библиотек. В случае Веб-серверов Netscape этот программный интерфейс назывался NSAPI (Netscape Server API). У довольно популярного Веб-сервера Apache также имеется возможность выполнять Веб-приложения, реализованные в виде библиотек; такие библиотеки называются Apache DSO (Dynamic Shared Objects ).
Естественно, что при использовании как CGI-, так и ISAPI-приложений разработчики в основном решали одни и те же задачи, поэтому естественным шагом стало появление нового, высокоуровневого интерфейса, который упростил задачи генерации HTML-кода, позволил обращаться к компонентам и использовать базы данных. Таким интерфейсом стала объектная модель Active Server Pages (ASP), построенная на основе ISAPI-фильтра.
Основной идеей ASP с точки зрения создания интерфейса приложения является то, что на Веб-странице присутствуют фрагменты кода, который интерпретируется Веб-сервером и вместо которого пользователь получает результат выполнения этих фрагментов кода.
Вскоре после появления ASP были созданы и другие технологии, реализующие идею размещения внутри Веб-страницы кода, выполняемого Веб-сервером. Наиболее известная из них на сегодняшний день – технология JSP (Java Server Pages), основной идеей которой является однократная компиляция Java-кода (сервлета) при первом обращении к нему, выполнение методов этого сервлета и помещение результатов выполнения этих методов в набор данных, отправляемых в браузер.
В общем случае клиентом Веб-сервера может быть не только персональный компьютер, оснащенный обычным Веб-браузером. Одновременно с широким распространением мобильных устройств появилась и проблема предоставления Веб-серверами данных, которые могут быть интерпретированы этими устройствами. Поскольку мобильные устройства обладают характеристиками, отличными от характеристик персональных компьютеров (ограниченным размером экрана, малым объемом памяти, а нередко и невозможностью отобразить что-либо, кроме нескольких строк черно-белого текста), для них существуют и другие протоколы передачи данных (WAP – Wireless Access Protocol) и соответствующие языки разметки ( WML – Wireless Markup Language, СHTML – Compact HTML и т.п.). При этом возникает задача передачи данных на мобильное устройство в соответствующем формате (и для этой цели существуют специальные сайты), либо, что представляется более удобным, происходит опознание типа устройства в момент его обращения к серверу и преобразование исходного документа (например, в формате XML) в формат, требующийся данному мобильному устройству (например, с помощью XSLT-преобразования).
Другим направлением развития клиентских частей Веб-приложений стало размещение некоторой части логики приложения (такой как проверка корректности вводимых данных) в самом Веб-браузере. В частности, современные Веб-браузеры способны интерпретировать скриптовые языки (VBScript, JavaScript), код на которых, как и ASP-код, внедряется в Веб-страницу, но интерпретируется не Веб-сервером, а браузером и соответственно выполняется на клиентском устройстве. Кроме того, современные браузеры способны отображать и выполнять Java-аплеты – специальные Java-приложения, которые пользователь получает в составе Веб-страницы, а некоторые из браузеров могут также служить контейнерами для элементов управления ActiveX – выполняющихся в адресном пространстве браузера специальных COM-серверов, также получаемых в составе Веб-страницы. И в Java-аплетах, и в элементах управления ActiveX можно реализовать практически любую функциональность.
Нередко подобные бизнес-объекты предоставляют доступ к данным корпоративных информационных систем либо реализуют какую-либо часть их функциональности. Нередко они позволяют, например, интегрировать Веб-сайт с CRM-системами (Customer Relationship Management) или с ERP-системами (Enterprise Resource Planning), сохраняя в корпоративных системах сведения о посетителях сайта и предоставляя потенциальным клиентам сведения об имеющейся продукции для осуществления заказов.
Поскольку современный Интернет – это не столько средство демонстрации присутствия компании на рынке или инструмент маркетинга, сколько инструмент ведения бизнеса, достаточно важными становятся задачи реализации организации через Интернет таких взаимоотношений с клиентами, как продажа товаров и услуг. И здесь довольно важными становятся решения для электронной коммерции типа «предприятие-клиент» ( B2C – business-to-consumer). Не менее важными становятся и задачи интеграции Веб-приложений c данными и приложениями партнеров с целью реализации схемы «предприятие-предприятие» ( B2B – business-to-business), позволяющей заключать торговые сделки между предприятиями, обмениваться каталогами товаров, проводить аукционы, создавать электронные торговые площадки.
Следующим шагом эволюции Веб-приложений, помимо доступа к корпоративным данным и данным партнеров, стало получение доступа к корпоративным приложениям. Для решения этой задачи интеграции Веб-приложений с внутренними информационными системами предприятий и с приложениями, обеспечивающими взаимодействие с клиентами и партнерами, используются специальные решения, называемые корпоративными порталами.
Нередко частью портального решения являются средства управления информационным наполнением Веб-сайта – ведь объем данных, доступных пользователям с помощью сайтов крупных компаний и порталов, сейчас таков, что управление этими данными «вручную» не представляется возможным.
Обобщая вышесказанное можно выделить основные особенности веб-архитектуры [19, 20]:
Схематически такую архитектуру (в трехзвенном варианте) можно представить, как показано на рис. 5.9.
5.1.8. Сервис-ориентированная архитектура
Сервис-ориентированная архитектура (SOA, service-oriented architecture) – модульный подход к разработке программного обеспечения, основанный на использовании сервисов (служб) со стандартизированными интерфейсами [21].
OASIS (Организация по распространению открытых стандартов структурированной информации) определяет SOA следующим образом ( OASIS Reference Model for Service Oriented Architecture V 1.0): Сервисно-ориентированная архитектура – это парадигма организации и использования распределенных информационных ресурсов таких как: приложения и данные, находящихся в сфере ответственности разных владельцев, для достижения желаемых результатов потребителем, которым может быть: конечный пользователь или другое приложение.
В основе SOA лежат принципы многократного использования функциональных элементов ИТ, ликвидации дублирования функциональности в ПО, унификации типовых операционных процессов, обеспечения перевода операционной модели компании на централизованные процессы и функциональную организацию на основе промышленной платформы интеграции.
Компоненты программы могут быть распределены по разным узлам сети, и предлагаются как независимые, слабо связанные, заменяемые сервисы-приложения. Программные комплексы, разработанные в соответствии с SOA, часто реализуются как набор веб-сервисов, интегрированных при помощи известных стандартных протоколов (SOAP, WSDL, и т. п.)
Интерфейс компонентов SОА-программы предоставляет инкапсуляцию деталей реализации конкретного компонента (ОС, платформы, языка программирования, вендора, и т. п.) от остальных компонентов. Таким образом, SOA предоставляет гибкий и элегантный способ комбинирования и многократного использования компонентов для построения сложных распределенных программных комплексов.
SOA хорошо зарекомендовала себя для построения крупных корпоративных программных приложений. Целый ряд разработчиков и интеграторов предлагают инструменты и решения на основе SOA (например, платформы IBM WebSphere, Oracle/BEA Aqualogic, Microsoft Windows Communication Foundation, SAP NetWeaver, ИВК Юпитер, TIBCO, Diasoft).
Основными целями применения SOA для крупных информационных систем, уровня предприятия, и выше являются [21]:
Архитектура не привязана к какой-то определенной технологии. Она может быть реализована с использованием широкого спектра технологий, включая такие технологии как REST, RPC, DCOM, CORBA или веб-сервисы. SOA может быть реализована, используя один из этих протоколов и, например, может использовать, дополнительно, механизм файловой системы, для обмена данными.
Главное, что отличает SOA, это использование независимых сервисов, с четко определенными интерфейсами, которые, для выполнения своих задач, могут быть вызваны неким стандартным способом, при условии, что сервисы заранее ничего не знают о приложении, которое их вызовет, а приложение не знает, каким образом сервисы выполняют свою задачу.
SOA также может рассматриваться как стиль архитектуры информационных систем, который позволяет создавать приложения, построенные путем комбинации слабосвязанных и взаимодействующих сервисов. Эти сервисы взаимодействуют на основе какого-либо строго определенного платформо-независимого и языково-независимого интерфейса (например, WSDL). Определение интерфейса скрывает языково-зависимую реализацию сервиса.
SOA может поддерживать интеграцию и консолидацию операций в составе сложных систем, однако SOA не определяет и не предоставляет методологий или фреймворков для документирования сервисов.
Языки высокого уровня, такие как BPEL, или спецификации, такие как WS-CDL и WS-Coordination, расширяют концепцию сервиса, предоставляя метод оркестрации, для объединения мелких сервисов в более обширные бизнес-сервисы, которые, в свою очередь, могут быть включены в состав технологических процессов и бизнес-процессов, реализованных в виде составных приложений или порталов.
5.1.9. Ключевые термины
1. Архитектура Web приложений¶
Web-приложение – клиент-серверное приложение, в котором клиент взаимодействует с веб-сервером при помощи браузера.
1.1. Разделение между Internet и WWW¶
1.1.1. Что такое Internet?¶
Инфраструктура, которая позволяет передавать любые типы данных между сетями и устройствами, подключенными к ней.
Частичная карта Интернета
Эта инфраструктура поддерживается сетевыми протоколами – алгоритмами, которые реализуют различные сервисы по передачи данных.
Существует несколько стеков сетевых протоколов, основные: OSI и ICP/IP. Рассмотрим на примере ICP/IP.
Стэк TCP/IP (представлены не все протоколы)
Из этого множества протоколов и уровней, в Web’e нас больше всего интересуют протоколы прикладного уровня (приложений). В частности: HTTP, FTP, DNS, SSH, P2P. Но для полноты понимания немного затронем и другие уровни.
1.1.2. Что такое WWW?¶
World Wide Web – распределённая система взаимосвязанных, посредством гиперссылок, документов и их ресурсов, располагающихся на машинах подключенных к Internet. Эта система посредством протоколов серверного и клиентского ПО обеспечивает доступ к этим вазимосвязанным документам.
Распределённая – означает, что физически, документы и их ресурсы могут располагаться на разных серверах.
Связанность документов и ресурсов посредством гиперссылок
Историческая справка – изначально, WWW разрабатывалась как система ссылок в научном сообществе.
1.1.3. Различия¶
Internet – это инфраструктура.
WWW – это сервис.
1.2. Клиент-серверная архитектура¶
Клиент-серверная архитектура – означет, что приложение исполняется одновременно на двух машинах: на клиенте и на сервере.
Web-сервера работают (как правило) на серверах в датацентрах. Их задача заключается в хранении (или генерации) и отдачи документов, то есть отвечать на запросы.
Схема клиент-серверной модели
1.3. Типы Web-документов (MIME-типы)¶
MIME-типы – типы данных, которые могут быть переданы, посредством сети Интернет, в Web. Нужны для того, чтобы браузер знал как обрабатывать тот или иной документ.
Расширения файлов играют второстепенную роль.
Документы могут быть:
1.3.1. Сокращенный перечень MIME-типов¶
URL (Uniform Resource Locator) – определитель местонахождения ресурса, документа. Другими словами – адрес.
Структура у него следующая:
Протокол – с помощью какого протокола загружать.
Параметры – список определённых значений, которые передаются вместе с запросом.
Якорь – определённое место в самом документе (Web-страничке).
1.4.1. Абсолютные и относительные URL¶
Абсолютный – полный и точный адрес.
Относительный – адрес, который высчитывается браузером в зависимости от текущего адреса.
1.4.2. Правила разрешения URL¶
Рассмотрим на примере – жирным выделено, какая часть добавляется браузером при обработке относительных адресов:
ИТ База знаний
Полезно
— Онлайн генератор устойчивых паролей
— Онлайн калькулятор подсетей
— Руководство администратора FreePBX на русском языке
— Руководство администратора Cisco UCM/CME на русском языке
— Руководство администратора по Linux/Unix
Навигация
Серверные решения
Телефония
FreePBX и Asterisk
Настройка программных телефонов
Корпоративные сети
Протоколы и стандарты
Как работает WEB. Клиент-серверная модель и архитектура веб-приложения
В предыдущем материале мы рассмотрели, как работает Интернет на базовом уровне, включая взаимодействие между клиентом (вашим компьютером) и сервером (другим компьютером, который отвечает на запросы клиента о веб-сайтах).
В этой же части рассмотрим, как устроены клиент, сервер и веб-приложение, что мы можем удобно серфить в Интернете.
Онлайн курс по Linux
Мы собрали концентрат самых востребованных знаний, которые позволят тебе начать карьеру администратора Linux, расширить текущие знания и сделать уверенный шаг к DevOps
Модель клиент-сервер
Эта идея взаимодействия клиента и сервера по сети называется моделью «клиент-сервер». Это делает возможным просмотр веб-сайтов (например, сайт wiki.merionet.ru) и взаимодействие с веб-приложением (как Gmail).
Базовая конфигурация веб-приложения
Существует сотни способов настройки веб-приложения. При этом большинство из них следуют одной и той же базовой структуре: клиент, сервер, база данных.
Клиент
Структура: Макет и содержимое веб-страницы определяются с помощью HTML (обычно HTML 5, если речь идет о современных веб-приложениях, но это другая история.)
HTML означает язык гипертекстовой разметки (Hypertext Markup Language). Он позволяет описать основную физическую структуру документа с помощью HTML-тэгов. Каждый HTML-тэг описывает определенный элемент документа.
Веб-браузер использует эти HTML-тэги для определения способа отображения документа.
Стили для указанной выше HTML-страницы можно задать следующим образом:
Взаимодействие с пользователем: Наконец, для реализации механизма взаимодействия с пользователем, на сцену выходит JavaScript.
Например, если вы хотите что-то сделать, когда пользователь нажимает кнопку, вы можете сделать что-то подобное:
Например, если пользователь публикует комментарий в потоке, может потребоваться сохранить этот комментарий в базе данных, чтобы весь материал был структурирован и собран в одном месте. Таким образом, вы отправляете запрос на сервер с новым комментарием и идентификатором пользователя, а сервер прослушивает эти запросы и обрабатывает их соответствующим образом.
Сервер
Сервер в веб-приложении прослушивает запросы, поступающие от клиента. При настройке HTTP-сервера он должен прослушивать конкретный номер порта. Номер порта всегда связан с IP-адресом компьютера.
Вы можете рассматривать порты как отдельные каналы на каждом компьютере, которые можно использовать для выполнения различных задач: один порт может быть использован для серфинга на wiki.merionet.ru, в то время как через другой получаете электронную почту. Это возможно, поскольку каждое из приложений (веб-браузер и клиент электронной почты) использует разные номера портов.
После настройки HTTP-сервера для прослушивания определенного порта сервер ожидает клиентские запросов, поступающие на этот порт, выполняет все действия, указанные в запросе, и отправляет все запрошенные данные через HTTP-ответ.
База данных
Например, при создании сайта в социальных сетях можно использовать базу данных для хранения сведений о пользователях, публикациях и комментариях. Когда посетитель запрашивает страницу, данные, вставленные на страницу, поступают из базы данных сайта, что позволяет нам воспринимать взаимодействие пользователей в реальном времени как должное на таких сайтах, как Facebook или в таких приложениях, как Gmail.
Как масштабировать простое веб-приложение
Чтобы выполнить масштабирование в соответствии с этими большими объемами, можно распределить входящий трафик между группой внутренних серверов.
Здесь все становится интересно. Имеется несколько серверов, каждый из которых имеет собственный IP-адрес. Итак, как сервер доменных имен (DNS) определяет, на какой экземпляр вашего приложения отправить трафик?
Подсистема балансировки нагрузки действует как гаишник, который маршрутизирует клиентские запросы по серверам как можно быстрее и эффективнее, насколько это возможно.
Поскольку вы не можете транслировать IP-адреса всех экземпляров сервера, вы создаете виртуальный IP-адрес, который транслируется клиентам. Этот виртуальный IP-адрес указывает на подсистему балансировки нагрузки. Таким образом, когда DNS ищет ваш сайт, он указывает на балансировщик нагрузки. Затем подсистема балансировки нагрузки перескакивает для распределения трафика на различные внутренние серверы в реальном времени.
Возможно, вам интересно, как подсистема балансировки нагрузки узнаёт, на какой сервер следует отправлять трафик. Ответ: алгоритмы.
Один популярный алгоритм, Round Robin, включает равномерное распределение входящих запросов по ферме серверов (все доступные серверы). Вы обычно выбираете такой подход, если все ваши серверы имеют одинаковую скорость обработки и память.
С помощью другого алгоритма, Least Connections, следующий запрос отправляется на сервер с наименьшим количеством активных соединений.
Существует гораздо больше алгоритмов, которые вы можете реализовать, в зависимости от ваших потребностей.
Теперь поток трафика выглядит следующим образом:
Службы
Итак, мы решили проблему трафика, создав пулы серверов и балансировщик нагрузки для управления ими.
Но одной репликация серверов может быть недостаточно для обслуживания приложения по мере его роста. По мере добавления дополнительных функциональных возможностей в приложение необходимо поддерживать тот же монолитный сервер, пока он продолжает расти. Для решения этой проблемы нам нужен способ разобщить функциональные возможности сервера.
Здесь и появляется идея служб. Служба является просто другим сервером, за исключением того, что она взаимодействует только с другими серверами, в отличие от традиционного веб-сервера, который взаимодействует с клиентами.
Каждая служба имеет автономную единицу функциональности, такую как авторизация пользователей или предоставление функции поиска. Службы позволяют разбить один веб-сервер на несколько служб, каждая из которых выполняет отдельные функции.
Основное преимущество разделения одного сервера на множество сервисов заключается в том, что он позволяет масштабировать сервисы полностью независимо.
Другое преимущество здесь заключается в том, что он позволяет командам внутри компании работать независимо над конкретной услугой, а не иметь 10, 100 или даже 1000 инженеров, работающих на одном монолитном сервере, который быстро становится кошмаром для менеджера проекта.
Краткое примечание: эта концепция балансировщиков нагрузки и пулов внутренних серверов и служб становится очень сложной, поскольку вы масштабируете все больше и больше серверов в вашем приложении. Это особенно сложно с такими вещами, как, например, сохранение сеанса, обработка отправки нескольких запросов от клиента на один и тот же сервер в течение сеанса, развертывания решения для балансировки нагрузки. Такие продвинутые темы не будет затрагивать в данном материале.
Сети доставки контента (Conten Delivery Network – CDN)
Компании с большим объемом распределенного трафика могут платить CDN-компаниям за доставку контента конечным пользователям с помощью серверов CDN. CDN имеет тысячи серверов, расположенных в стратегических географических точках по всему миру.
Давайте сравним, как веб-сайт работает с CDN и без него.
Как мы уже говорили в разделе 1, для типичного веб-сайта доменное имя URL преобразуется в IP-адрес сервера хоста.
Однако если клиент использует CDN, доменное имя URL преобразуется в IP-адрес пограничного сервера, принадлежащего CDN. Затем CDN доставляет веб-контент пользователям клиента, не затрагивая серверы клиента.
CDN может сделать это, сохраняя копии часто используемых элементов, таких как HTML, CSS, загрузки программного обеспечения и медиаобъектов с серверов клиентов.
