Das Client-Server-Modell ist eine Netzwerkarchitektur, die beschreibt, wie Server Ressourcen gemeinsam nutzen und mit Netzwerkgeräten interagieren. In modernen Unternehmen und Rechenzentren erleichtern viele Server Prozesse wie E-Mail, Drucken, Internetverbindungen, Anwendungshosting und mehr.
Das Client-Server-Modell beschreibt, wie Netzwerkgeräte wie Workstations, Laptops und IoT-Geräte – so genannte Clients – Anfragen an Netzwerkcomputer oder Software stellen, die in der Lage sind, die Anfrage zu erfüllen, so genannte Server.
Obwohl es sich bei Servern in der Vergangenheit um physische Geräte wie Rack-Server handelte, zeigen Trends im Rechenzentrum, dass Administratoren zunehmend virtuelle Server für eine Reihe von Arbeitslasten einsetzen.
In diesem Zusammenhang stellt der Client über ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN), wie z.B. das Internet, eine Verbindung zum Server her. Sobald der Server die Anfrage des Clients erfüllt hat, wird die Verbindung beendet. Da sich mehrere Client-Programme die Dienste desselben Serverprogramms teilen, kann ein spezieller Server, ein so genannter Daemon, aktiviert werden, um auf Client-Anfragen zu warten.
Was sind die Bestandteile eines Client-Server-Modells?
Alle Client-Server-Frameworks enthalten drei Hauptbestandteile: Clients, Server und die Netzwerkgeräte zur Verbindung der beiden Segmente.
Clients
Früher verließen sich Unternehmen auf Computer, die ein einziges Betriebssystem nutzten, aber die heutige IT-Umgebung strebt nach Kompatibilität zwischen Systemen, Geräten, Anwendungen und Produkten.
Da es sich bei den Netzwerk-Clients zunehmend um heterogene Geräte- und Betriebssystemtypen handelt, haben Administratoren die zusätzliche Aufgabe, die Kompatibilität sicherzustellen.
Server
Die zentralen Maschinen, die den Clients IT-Ressourcen zur Verfügung stellen, sind die physischen, virtuellen und Cloud-basierten Server, die in modernen Rechenzentren untergebracht sind. Server sind die zentrale Instanz für mehrere wichtige digitale Prozesse, auf die sich Unternehmen verlassen.
Netzwerkgeräte
Das Framework erfordert physische oder drahtlose Netzwerkgeräte wie Hubs, Switches und Router, um Server, Clients und Ressourcen miteinander zu verbinden.
Wenn die Verbindung zwischen Clients und Servern hergestellt ist, können Administratoren konfigurieren, wie Client-Geräte Anfragen stellen und Server mit der Ausführung bestimmter Aufgaben beauftragen.
Vor- und Nachteile des Client-Server-Modells
Das Client-Server-Prinzip bietet zahlreiche Vorteile:
- Ein einziger Server, auf dem alle erforderlichen Daten an einem einzigen Ort gespeichert sind, erleichtert den Schutz der Daten und die Verwaltung der Benutzerautorisierung und -authentifizierung.
- Ressourcen wie Netzwerksegmente, Server und Computer können ohne nennenswerte Unterbrechungen zu einem Client-Server-Netzwerk hinzugefügt werden.
- Auf Daten kann effizient zugegriffen werden, ohne dass sich Clients und Server in unmittelbarer Nähe befinden müssen.
- Alle Knoten im Client-Server-System sind unabhängig und fordern Daten nur vom Server an, was Upgrades, Ersetzungen und die Verlegung von Knoten erleichtert.
- Daten, die über Client/Server-Protokolle übertragen werden, sind plattformunabhängig.
Nachteile des Client-Server-Modells
Ein wichtiger Nachteil des Client-Server-Modells ist, dass der Server überlastet werden kann, wenn zu viele Clients gleichzeitig Daten vom Server anfordern. Zu viele Anfragen können nicht nur zu einer Überlastung des Netzwerks führen, sondern auch zu einem Ausfall von Diensten.
- Weitere Nachteile des Client-Server-Prinzips:
- Weniger Kontrolle über einige Netzwerkgeräte
- Vorlaufkosten und Kosten für die Implementierung
- Technisches Fachwissen für die laufende Wartung
- Server sind dem Risiko von DoS-Angriffen ausgesetzt
- Clients sind Angriffsvektoren, wenn sie angegriffen werden
Was ist ein Client-Server-Netzwerk?
Ein Client-Server-Netzwerk ist das Medium, über das Clients von einem zentralen Computer aus auf Ressourcen und Dienste zugreifen, und zwar entweder über ein lokales Netzwerk (LAN) oder ein Weitverkehrsnetz (WAN), wie z.B. das Internet. Ein einziger Server, ein so genannter Daemon, kann für den alleinigen Zweck eingesetzt werden, auf Client-Anfragen zu warten, woraufhin die Netzwerkverbindung hergestellt wird, bis die Client-Anfrage erfüllt ist.
Der Netzwerkverkehr wird als Client-zu-Server (Nord-Süd-Verkehr) oder Server-zu-Server (Ost-West-Verkehr) kategorisiert. Zu den beliebten Netzwerkdiensten gehören E-Mail, Dateiaustausch, Drucken und das World Wide Web. Ein großer Vorteil des Client-Server-Netzwerks ist die zentrale Verwaltung von Anwendungen und Daten.
Kategorien von Client-Server-Computing
Es gibt vier Hauptkategorien des Client-Server-Prinzips:
- One-Tier-Architektur: besteht aus einem einfachen Programm, das auf einem einzelnen Computer läuft und keinen Zugriff auf das Netzwerk benötigt. Die Benutzeranfragen verwalten keine Netzwerkprotokolle, daher ist der Code einfach und das Netzwerk wird vom zusätzlichen Datenverkehr entlastet.
- Two-Tier-Architektur: besteht aus dem Client, dem Server und dem Protokoll, das die beiden Ebenen miteinander verbindet. Der Code für die grafische Benutzeroberfläche befindet sich auf dem Client-Host und die Domänenlogik befindet sich auf dem Server-Host. Die Client-Server-GUI ist in Hochsprachen wie C++ und Java geschrieben.
- Three-Tier-Architektur: besteht aus einer Präsentationsschicht, die die Benutzeroberfläche darstellt, der Anwendungsschicht, die die detaillierte Verarbeitung durchführt, und der Datenschicht, die aus einem Datenbankserver besteht, der Informationen speichert.
- N-Tier-Architektur: Unterteilt eine Anwendung in logische Schichten, die Verantwortlichkeiten trennen und Abhängigkeiten verwalten, und physische Schichten, die auf separaten Rechnern laufen, die Skalierbarkeit verbessern und die Latenz durch die zusätzliche Netzwerkkommunikation erhöhen. Die N-Tier-Architektur kann eine geschlossene Schicht sein, bei der eine Schicht nur mit der nächsttieferen Schicht kommunizieren kann, oder eine offene Schicht, bei der eine Schicht mit allen darunter liegenden Schichten kommunizieren kann.
Der Microsoft MySQL Server ist ein gängiges Beispiel für eine dreistufige Architektur, die aus drei Hauptkomponenten besteht: einer Protokollschicht, einer relationalen Engine und einer Speicher-Engine. Auf allen Client-Rechnern, die eine direkte Verbindung zu SQL Server herstellen, muss ein SQL Server-Client installiert sein. Der Client-Server-Laufzeitprozess von Microsoft hilft bei der Verwaltung der meisten grafischen Befehlssätze des Windows-Betriebssystems.
Peer-to-Peer vs. Client-Server
Obwohl das Client-Server-Framework die beliebteste verteilte Architektur ist, ist die am häufigsten genannte Alternative das Peer-to-Peer-Netzwerk (P2P).
Im Gegensatz zur Client-Server-Architektur, die einen zentralisierten Datenfluss von den Servern eines Unternehmens zu den Mitarbeitern, Beteiligten und Kunden bietet, ist ein Peer-to-Peer-Netzwerk dezentralisiert. Die Netzwerkgeräte sind nicht auf einen bestimmten, dedizierten Server ausgerichtet. Stattdessen umfassen P2P-Netzwerke Netzwerkgeräte (Clients), die als Knoten bekannt sind und untereinander Anfragen stellen und bearbeiten.
Da P2P-Netzwerke wie Blockchains dezentral arbeiten, ist die Konnektivität entscheidend für den Betrieb. Im Vergleich zu traditionellen Netzwerken sind die Knoten tendenziell heterogener und teilen weniger Daten über das Netzwerk.
Das Client-Server-Modell ist zwar teurer in der Einrichtung und Wartung, aber die Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit des zentralisierten Rahmens überwiegt durchweg die Nachteile von Peer-to-Peer-Frameworks.
Client-Server-Protokolle
Clients kommunizieren in der Regel mit Servern über die TCP/IP-Protokollsuite. TCP ist ein verbindungsorientiertes Protokoll, d.h. eine Verbindung wird aufgebaut und aufrechterhalten, bis die Anwendungsprogramme auf beiden Seiten den Austausch von Nachrichten beendet haben. Es legt fest, wie die Anwendungsdaten in Pakete zerlegt werden, die von den Netzwerken übertragen werden können, sendet Pakete an die Netzwerkschicht und nimmt Pakete von ihr entgegen, verwaltet die Flusskontrolle und kümmert sich um die erneute Übertragung von verworfenen oder verstümmelten Paketen sowie um die Bestätigung aller ankommenden Pakete. Im Open Systems Interconnection (OSI) Kommunikationsmodell deckt TCP Teile der Schicht 4, der Transportschicht, und Teile der Schicht 5, der Sitzungsschicht, ab.
Im Gegensatz dazu ist IP ein verbindungsloses Protokoll, d.h. es besteht keine kontinuierliche Verbindung zwischen den Endpunkten, die miteinander kommunizieren. Jedes Paket, das das Internet durchläuft, wird als unabhängige Dateneinheit behandelt, die in keinerlei Beziehung zu anderen Dateneinheiten steht.
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