Архитектура "клиент-сервер"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Архитектура "клиент-сервер"



1. АРХИТЕКТУРА WEB-СЛУЖБ

Распределенным называется приложение, отдельные компоненты которого работают на разных компьютерах и используют разные сетевые средства, но взаимодействуют так, что приложение выглядит как единое целое, как будто все его компоненты расположены на одной машине.

Простейшая архитектура распределенного приложения, называемая архитектурой клиент-сервер, предполагает, что приложение состоит из двух частей: серверной части, оказывающей услуги, и клиентской части, пользующейся услугой.

В web-приложении, построенном по архитектуре клиент-сервер, услуги оказывает web-сервер, а клиентом служит браузер, или текстовый редактор, подключенный к Интернету, или другое клиентское приложение, связанное с web-сервером как показано на рис. 1.

Рисунок 1. - Архитектура "клиент-сервер":

В архитектуре клиент-сервер очень важно правильно разделить работу между клиентом и сервером.

Клиент может быть:

- "тонким" (только отображать результаты запроса, это удобно для организации клиента, его можно разместить на простейшем дешевом компьютере, не нужно сложного программного обеспечения, в большинстве случаев достаточно обыкновенного браузера, но тогда сервер становится "толстым" - ему приходится выполнять все запросы к источнику данных и всю обработку этих данных, он может не справится с нагрузкой, его трудно модернизировать, обновлять, неудобно наращивать его мощность);

- "толстым" (выполнять всю обработку результатов запроса, а сервер "тонким", только рассылающим необработанные данные клиентам, так организован классический обмен информацией по WWW между "толстыми" браузерами и "тонкими" web-серверами, в этом случае для клиента требуется мощный дорогостоящий компьютер, а в случае смены алгоритма обработки данных или обнаружения ошибок придется обновлять программное обеспечение на всех клиентских машинах).

Для того чтобы избавиться от этих недостатков архитектуры клиент-сервер, программы, которые обрабатывают данные, выделяют в отдельный, промежуточный (middleware) слой программного обеспечения. Этот слой может работать на той же машине, что и серверный слой, работать на другой машине или даже на нескольких машинах. Распределенное приложение становится трехслойным.

Количество слоев можно увеличивать, но важнее установить надежную и быструю связь между всеми компонентами распределенного приложения. Чаще всего компоненты распределенного приложения работают на разных платформах: клиентская часть разработана для Microsoft Windows, Apple Macintosh или Linux, серверная часть - для Solaris, Linux, Free BSD, AIX, HP UX, для других UNIX или для мейнфреймов. Более того, сейчас наблюдается явная тенденция создавать приложения, независимые от какой бы то ни было платформы. В данной работе для разработки web-сервиса будет использоваться язык программирования PHP и протокол обмена структурированными сообщениями SOAP. В качестве локального HTTP-сервера будет использоваться Apache.



2. БАЗОВЫЕ СВЕДЕНИЯ О WEB-СЕРВИСАХ

Принципы, лежащие в основе web-сервисов достаточно просты. Они ничего не добавляют нового в мир распределенных вычислений и Интернета:

1) Лицо, ответственное за web-сервис, определяет формат запросов к своему web-сервису и его ответов;

2) Любой компьютер в сети делает запрос к web-сервису;

3) web-сервис обрабатывает запрос, выполняет какое-либо действие, а затем отправляет ответ.

Этим действием может быть, например вывод котировки акций, вывод цены на определенный продукт, сохранение записи в календаре встреч, перевод текста с одного языка на другой, или проверка номера кредитной карточки.

Основные понятия.

Причина интереса к web-сервисами, в том, что в их основе лежат стандарты, открытые протоколы обмена и передачи данных.

До этого многие компании разрабатывали свои собственные закрытые стандарты и форматы. А сейчас для работы нужно знать всего лишь простой язык XML (eXtensible Markup Language), который передается по протоколу HTTP. Это значит, что информация о работе web-сервисов доступна для всех, и web-разработчики, которые по роду профессии знакомы с этими технологиями, могут начать экспериментировать с web-сервисами уже сегодня.

XML (eXtensible Markup Language - расширяемый язык разметки) - рекомендованный Консорциумом Всемирной паутины язык разметки. Спецификация XML описывает XML-документы и частично описывает поведение XML-процессоров (программ, читающих XML-документы и обеспечивающих доступ к их содержимому). XML разрабатывался как язык с простым формальным синтаксисом, удобный для создания и обработки документов программами и одновременно удобный для чтения и создания документов человеком, с подчёркиванием нацеленности на использование в Интернете. Язык называется расширяемым, поскольку он не фиксирует разметку, используемую в документах: разработчик волен создать разметку в соответствии с потребностями к конкретной области, будучи ограниченным лишь синтаксическими правилами языка. Сочетание простого формального синтаксиса, удобства для человека, расширяемости, а также базирование на Юникод для представления содержания документов привело к широкому использованию как собственно XML, так и множества производных специализированных языков на базе XML в самых разнообразных программных средствах.

Разница между web-сервисами и другими технологиями, с которыми разработчикам приходилось сталкиваться (например, DCOM, именованные каналы - named pipes, RMI) в том, что web-сервисы основаны на открытых стандартах, ими легко овладеть, и эти стандарты широко поддерживаются на всех платформах Unix и Windows.

Web Services - это услуги, предоставляемые по WWW с использованием той или иной реализации языка XML, протокола HTTP или других web-протоколов. Есть множество определений этого понятия. Каждая фирма, разрабатывающая web Services, дает свое определение web-услуг.

Web Service - это приложение, идентифицируемое строкой URL, интерфейсы и связи которого могут определяться, описываться и отыскиваться документами XML. Оно взаимодействует напрямую с другими приложениями по межсетевым протоколам с помощью сообщений, записанных на языке XML.

По этому определению web Service - это не всякая услуга, оказываемая посредством web-технологии. Пересылка файлов, даже XML-документов, к ней не относится. Обычными web-услугами пользуются независимые приложения: браузеры, связанные с web-сервером только на время оказания услуги. В отличие от них услуги, названные "Web Services", предоставляются, как правило, в рамках распределенного приложения. Можно сказать, что обычные web-услуги предоставляются клиенту-человеку, a web Services - это услуги, оказываемые клиенту-программе. Как правило, web Service применяется как компонент распределенной информационной системы, разбросанной по компьютерам с разной архитектурой и разными средствами сетевой связи.

Для удобства предоставления web-услуг необходим эффективный протокол пересылки информации, основанный на XML. Все началось с очень простого протокола XML-RPC, оформленного как реализация языка XML. Рассмотрим его подробнее.

Протокол SOAP.

SOAP (от англ. Simple Object Access Protocol - простой протокол доступа к объектам, вплоть до спецификации 1.2) - протокол обмена структурированными сообщениями в распределённой вычислительной среде. Первоначально SOAP предназначался в основном для реализации удалённого вызова процедур. Сейчас протокол используется для обмена произвольными сообщениями в формате XML, а не только для вызова процедур. Официальная спецификация последней версии 1.2 протокола никак не расшифровывает название SOAP. SOAP является расширением протокола XML-RPC.

SOAP может использоваться с любым протоколом прикладного уровня: SMTP, FTP, HTTP, HTTPS и др. Однако его взаимодействие с каждым из этих протоколов имеет свои особенности, которые должны быть определены отдельно. Чаще всего SOAP используется поверх HTTP.

Важнейший элемент SOAP - SOAP-послание. Оно представляет собой документ XML, не содержащий типы документа и инструкции по его обработке.

Корневой элемент посылаемого документа XML <Envelope> содержит необязательный заголовок <Header> и обязательное тело <Body>. Схема SOAP - послания приведена ниже.



Элемент <Header>, если он есть в послании, записывается первым в теле элемента <Envelope>. Кроме атрибутов xmlns, в нем может быть атрибут actor, указывающий адресом URI конкретный SOAP сервер, которому предназначено послание.

Если SOAP-сервер, обрабатывая поступившее к нему SOAP-послание, заметит ошибку, то он прекратит обработку и отправит клиенту SOAP - послание, в тело которого запишет один элемент <Fault> с сообщением об ошибке.

В теле сообщения, записанном в теле элемента <Fault> могут быть следующие элементы <faultcode>, <faultstring>, <faultactor>, <detail>.

Элемент <faultcode> - сообщение, показывающее тип ошибки. Оно предназначено для программы, обрабатывающей ошибки. Элемент <faultstring> представляет собой словесное описание типа ошибки, предназначенное для человека. Элемент <faultactor> указывает адрес сервера, заметившего ошибку.

Элемент <detail> содержит подробное описание ошибок, встреченных в теле <Body> послания, но не в его заголовке. Если при обработке тела ошибки не обнаружены, то этот элемент отсутствует.

В SOAP имеется 4 вида ошибок:

1) versionMismatch - пространство имен неопознано. Может быть, оно устарело или его имя написано неправильно;

2) MustUnderstand - блок заголовка, помеченный атрибутом mustUnderstand со значением 1, не отвечает своему синтаксису, определенному в схеме документа;

3) client - документ XML, содержащий послание, неправильно сформирован и по этой причине сервер не может его обработать;

4) Server - сервер не может обработать правильно записанное послание по своим внутренним причинам.

В SOAP-посланиях передаются данные различных типов: даты, числа, строки, символы, массивы, структуры. В табл. приведен список типов данных, поддерживаемых SOAP.

Табл. - Простые типы данных SOAP:

Название	Назначение
string	Строки
boolean	Логические значения
float, double, decimal	Вещественные числа
binary	Бинарные числа
byte, short, int, integer, long, none Positive Integer, Negative Integer, Non Negative Integer, unsigned Byte, unsigned Short, unsigned Int, unsigned Long	Целые числа
date, time	Дата и время

В состав SOAP - послания также могут входить определения массивов и структур. В SOAP для объявления массивов используется идентификатор Array, он не определяет ни количество элементов, ни их тип.



Для определения массива в схеме, которая описывает данные SOAP-послания, сначала указывается название элемента с типом массив.

Структуры определяются гораздо проще массивов. Поля структуры записываются как элементы XML, вложенные в структуру. Они различаются по именам своих элементов XML.

Все имена, разумеется, должны быть различны. Фрагмент кода, отвечающий за определение структуры приведен ниже:

Типы полей структуры могут быть какими угодно, в частности, снова структурами или массивами.

Язык программирования PHP.

PHP (англ. Hypertext Preprocessor) - скриптовый язык программирования общего назначения, интенсивно применяемый для разработки web-приложений. В настоящее время поддерживается подавляющим большинством провайдеров и является одним из лидеров среди языков программирования, применяющихся для создания динамических web-сайтов.

В области программирования для сети Интернет PHP - один из популярных сценарных языков (наряду с JSP, Perl и языками, используемыми в ASP.NET) благодаря своей простоте, скорости выполнения, богатой функциональности, кросс-платформ и распространению исходных кодов на основе лицензии PHP.

Популярность в области построения web-сайтов определяется наличием большого набора встроенных средств для разработки web-приложений. Основные из них:

- автоматическое извлечение POST и GET-параметров, а также переменных окружения web-сервера в предопределённые массивы;

- взаимодействие с большим количеством различных систем управления базами данных (MySQL, MySQLi, SQLite, PostgreSQL, Oracle (OCI8), Oracle, Microsoft SQL Server, Sybase, ODBC, mSQL, IBM DB2, Cloudscape и Apache Derby, Informix, Ovrimos SQL, Lotus Notes, DB++, DBM, dBase, DBX, FrontBase, FilePro, Ingres II, SESAM, Firebird / InterBase, Paradox File Access, MaxDB, Интерфейс PDO);

- автоматизированная отправка HTTP-заголовков;

- работа с HTTP-авторизацией;

- работа с cookies и сессиями;

- работа с локальными и удалёнными файлами, сокетами;

Синтаксис PHP подобен синтаксису языка Си. Некоторые элементы, такие как ассоциативные массивы и цикл foreach, заимствованы из Perl.

Для работы программы не требуется описывать какие-либо переменные, используемые модули и т. п.

Любая программа может начинаться непосредственно с оператора PHP.

Фрагмент кода, реализующего простейшую программу на PHP, приведен ниже:

PHP исполняет код, находящийся внутри ограничителей, таких как <?php?>. Всё, что находится вне ограничителей, выводится без изменений. В основном это используется для вставки PHP-кода в HTML-документ.

PHP является языком программирования с динамической типизацией, не требующим указания типа при объявлении переменных, равно как и самого объявления переменных. Преобразования между скалярными типами зачастую осуществляются неявно без дополнительных усилий (впрочем, PHP предоставляет широкие возможности и для явного преобразования типов).

К скалярным типам данных относятся:

- целый тип (integer);

- вещественный тип данных (float, double);

- логический тип (boolean);

- строковый тип (string);

- специальный тип NULL.

К не скалярным типам относятся:

- «ресурс» (resource);

- массив (array);

- объект (object).

Существует несколько реализаций поддержки протокола SOAP в PHP, среди них стоит отметить Pear SOAP, NuSOAP, eZ SOAP. В данном проекте будет использована реализация поддержки SOAP в PHP, использующая стандартные классы SoapClient() и SoapServer().

Язык WSDL.

В ряде случаев после создания web-службы ее состав и возможности следует описать, после чего описание зарегистрировать в реестре web-служб (например, UDDI) или сохранить на сервере web-службы.

Для описания web-служб в настоящее время используется язык WSDL. WSDL поддерживает консорциум W3C. WSDL - еще одна реализация XML.

Корневым элементом документа XML - описания WSDL - служит элемент <definitions>. В этом элементе необязательным атрибутом name можно дать имя описанию.

Кроме того, в нем размещаются используемых в описании пространства имен (например, xsd, xsi).

Пространство имен документа WSDL обычно получает префикс tns (target namespace), идентификатор которого определяется атрибутом targetNamespace.

В корневой элемент <definitions> вкладываются элементы шести основных и двух дополнительных типов.

Все элементы необязательны, их может быть любое количество, за исключением элемента <types>, который может встретиться в документе только один раз. У каждого элемента есть имя, определяемое обязательным атрибутом name. Элементы ссылаются друг на друга с помощью этих имен.

Элементы, вкладываемые в корневой элемент <definitions>:

- <types> - определяет сложные типы, используемые web-службой, с помощью языка XSD. Этот элемент не нужен, если web-служба применяет только простые типы, описанные в языке XSD;

- <message> - описывает каждое SOAP-послание: запрос, ответ, пересылку документов. В этот элемент вкладываются элементы <part>, описывающие неделимые с точки зрения WSDL части послания;

- <portType> - описывает интерфейс web-службы, называемый в языке WSDL пунктом назначения (endpoint) или портом (port) прибытия послания. Он описывается как набор web-услуг, называемых в языке WSDL операциями.

Операции описываются вложенными элементами <operation>, описывающими каждую отдельную услугу. Услуга описывается действиями, которые разбиты на четыре вида:

1) "получение послания";

2) "отправка ответа";

3) "отправка послания - получение ответа";

4) "получение послания - отправка ответа".

Получение и отправка, в свою очередь, описываются вложенными элементами:

- <input> и <output>, а сообщение об ошибке - элементом <fauit>;

- <serviceType> - перечисляет вложенными элементами <portType> набор портов, связанных с одной web-службой. Один и тот же порт может быть связан с несколькими службами;

- <binding> - описывает конкретный формат пересылки послания: протоколы, такие как SOAP или HTTP, способы упаковки послания, тип его содержимого: HTML, XML или другой MIME-тип послания;

- <service> - указывает местоположение web-службы как один или несколько портов. Каждый порт описывается вложенным элементом <port>, содержащим адрес интерфейса web-службы.

3. ПРАКТИЧЕСКИЙ ПРИМЕР SOAP WEB-СЛУЖБЫ НА PHP

Для создания SOAP web-службы на PHP прежде всего необходимо провести установку и настройку PHP, а также локального HTTP-сервера. В данном проекте был использован пакет XAMP, позволяющий провести быструю установку HTTP-сервера Apache и PHP.

Отдельно необходимо внести правки в конфигурационные файлы Apache и PHP.

В конфигурационном файле HTTP-сервера Apache httpd.conf необходимо найти приведенный ниже фрагмент кода:

Далее необходимо закомментировать строку “Deny from all”, с помощью символа #.

Для запуска PHP-скриптов на локальном сервере необходимо хранить их в корневой директории сервера Apache, по умолчанию, папка htdocs в корневой папке Apache.

Для изменения корневой директории сайта необходимо внести изменения в файл httpd.conf в строку, приведенную ниже:

Для подключения поддержки PHP в файл httpd.conf необходимо внести следующие строки:

Для запуска HTTP-сервера Apache можно использовать консольные команды, либо контрольную панель XAMMP, позволяющую управлять состоянием Apache, а также проводить его конфигурацию.

Вид данной утилиты приведен на рисунке 2.

Рисунок 2. - Утилита XAMMP Control Panel:



Для создания SOAP web-службы необходимо написать PHP документы, реализующие клиентскую и серверную стороны приложения, а также WSDL-страницу, для описания web-сервиса.

Создадим web-службу, которая предоставляет одну web-услугу, возвращающую клиенту результат выполнения арифметической операции над двумя числами. Входными элементами являются два числа, задаваемые клиентом, а также символьная переменная, определяющая арифметическую операцию.

Клиентская сторона реализована двумя PHP-документами. В файле form.php при помощи элемента <form> описана форма, в которую пользователь вводит данные. В свойствах формы прописан метод POST, применяемый для извлечения информации из формы и передачи ее в PHP-файл. В данном случае происходит передача введенных пользователем данных в afqk code.php. Элементы <input> описывают текстовые поля для ввода данных и кнопку, при нажатии которой происходит передача данных в файл code.php.

Фрагмент кода, реализующий файл form.php, приведен ниже:

В файле code.php создается экземпляр класса клиента и происходит получение введенных пользователем данных и их отсылка в SOAP послании серверу. Фрагмент кода, реализующий создание экземпляра класса клиента приведен ниже:



В данном фрагменте создается экземпляр $client класса SoapClient, выполняющий SOAP-послание в соответствие с конфигурационным файлом cacl.wsdl.

В файле code.php также выполняется присвоение переменным $a, $b, $action значений членов ассоциативного массива $_POST, хранящего полученные из form.php данные.

Фрагмент кода, реализующий данные операции приведен ниже:

Далее выполняется запрос к серверу, содержащий значения переменных $a, $b, $action:

Где getCalcEntry() - описанная в WSDL-файле операция.

В данной web-службе роль серверной части играет файл calc-server.php.

В данном файле происходит объявление и вызов функции getCalcEntry.

Данная функция проверяет значение переменной $action, и в соответствии с ним выполняет операцию над переменными $a и $b, записывая результат в переменную $c. В данном фрагменте метод addFunction() предоставляет доступ к функции getCalcentry удаленному клиенту. Метод handle() выполянет обработку SOAP-запроса, вызов необходимых функций и посылку SOAP-ответа. Фрагмент кода, реализующий данную функцию, приведен ниже:



Важную роль в работе данной SOAP web-службы играет файл описания calc.wsdl.

В данном файле определены основные параметры SOAP-посланий. Фрагмент кода, отвечающий за реализацию этого, приведен ниже:

В данном фрагменте элементы <message> getCalcRequest и getCalcResponse - SOAP-запрос и SOAP-ответ соответственно. В вложенных в <message> элементах определены имена передаваемых переменных и их типы. Следует заметить, что возможна передача строк (тип string), которые будут преобразованы в числа неявно, благодаря динамической типизации в PHP. Также важным элементом WSDL-файла является описание интерфейса web-службы, выполняемое элементом <portType>.



В данном фрагменте элемент <operation> описывает конкретную услугу getCalcEntry, состоящую из двух действий:

- первое действие getCalcRequest представляет отправку послания;

- второе действие getCalcResponse - получение ответа.

Для успешной работы web-сервиса на локальном сервере необходимо:

1) Создать отдельную директорию для распределенного приложения в корневой директории сервера Apache. Поместить в нее файлы form.php, code.php, calc-server.php и calc.wsdl;

2) Запустить Apache, используя консоль либо контрольную панель XAMMP;

3) В адресной строке браузера ввести адрес клиента web-сервиса;

4) Ввести данные в текстовые поля и нажать кнопку Calculate;

5) В результате во вкладке браузера откроется PHP-страница с выведенным результатом вычислений.

Рисунок 3. - Результат работы модифицированной web-службы:



Для того, чтобы более подробно рассмотреть работу SOAP, модифицируем код файла code.php таким образом, что в браузер вместе с результатом вычисления будут выводиться листинги последних SOAP-посланий - запроса и ответа.

Фрагмент кода, выполняющий данные функции приведен ниже:

программирование web сервер

Данный фрагмент содержит стандартные системные методы класса:

Возвращающие текст SOAP-посланий. При рассмотрении полученных таким образом SOAP-посланий, явно виден обмен данными между клиентом и сервером. В случае запроса данные содержатся в приведенном ниже фрагменте кода. Данный фрагмент содержит тело SOAP-конверта, в которое вложен элемент <ns1:getCalcEntry>, описывающий web-услугу.



В него вложены элементы, хранящие значения передаваемых переменных и их типы данных. Серверу передаются значения чисел 5 и 3, а также символ выполняемой над ними операции вычитания.

Аналогичный фрагмент кода для ответа приведен ниже:

В данном фрагменте кода видно передаваемое клиенту значение результата вычитания - 2.

Размещено на Allbest.ru

...