Сервер

Сервер (от англ. server — обслуживающий) — сетевой компьютер, обрабатывающий запросы от других компьютеров в локальной или глобальной сети. Как правило, сервер выделен из всей группы компьютеров, подключенных к единой сети, работает автономно, без участия человека, за исключением первичной настройки. Также под этим термином подразумевается программное обеспечение, обрабатывающее пользовательские запросы. 

Устройство и функции сервера

Любой сервер представляет собой компьютер, обладающий собственным процессором, оперативной и долговременной памятью. В этом он не отличается от обычного пользовательского ПК. Ключевая разница между ними — в том, что архитектура сервера должна быть адаптирована к обработке пользовательских запросов и большого количества данных.

Функции:

• обязательно иметь высокоскоростное сетевое подключение, чтобы принимать и передавать большой объем данных по локальной или глобальной сети;
• обладать большим объемом долговременной памяти (обычно это несколько жестких дисков) для хранения данных;
• работать под управлением специализированного программного обеспечения, в идеале — специальной операционной системы для серверов;
• быть многократно защищенным от аппаратных и программных сбоев, хакерских атак с помощью резервирования, специального антивирусного ПО.

Техническая (аппаратная) реализация сервера бывает разной. В зависимости от нее он может принадлежать к одному из следующих типов.

Выделенный

Особенность такого сервера заключается в том, что его используют исключительно в служебных целях, а не для решения обычных пользовательских задач. Именно его подразумевают в первую очередь под термином «сервер». Выделенные серверы можно увидеть в центрах обработки данных (ЦОД), серверных комнатах крупных компаний, образовательных и научных учреждений. Внешне они представляют собой плоские системные блоки, которые устанавливаются в специальные стойки, напоминающие шкафы. Это позволяет компактно разместить большое количество серверов, удобно организовать электропитание, охлаждение, защиту.

Выделенный в сети сервер работает под управлением специализированных операционных систем и другого ПО в автономном режиме. Участие человека предполагается только на этапе запуска/наладки, а также замены, ремонта или расширения оборудования. Устройство сервера включает специализированный процессор с большим (до 64) количеством ядер для параллельных вычислений, а также значительные объемы оперативной и долговременной памяти. К каждому такому компьютеру можно подключить клавиатуру и монитор, но обычно он просто подсоединяется к сети и настраивается через общую консоль.

Невыделенный

Это сервер, созданный на базе обычного ПК путем расширения памяти за счет установки нескольких жестких дисков (RAID-массива), покупки постоянного IP-адреса у провайдера и настройки ПО на обработку пользовательских запросов, обеспечение безопасности и резервного копирования данных. При этом пользователь может подключить к нему клавиатуру, мышь, монитор и другие периферийные устройства, чтобы продолжать применять его как обычный ПК: например, для офисной работы, обработки изображений или видео и т.д. Такие серверы не предназначены для больших объемов информации из-за ограниченности ресурсов. Наиболее часто создаются невыделенные серверы для локальных сетей небольших организаций. В то же время функционально они практически не отличаются от выделенных серверов. 

Одноплатный

Это микросервер, реализованный на одной плате со встроенным или подсоединяемым модулем памяти, собственным процессором и сетевым разъемом. Типичным примером может служить популярный одноплатный компьютер Raspberry Pi. Преимущество таких серверов заключается в их низком энергопотреблении и отсутствии шума. Из-за малой вычислительной мощности они используются для сбора информации с датчиков домашних систем безопасности, «умного дома».

Виртуальный

Это программная эмуляция физического (аппаратного). Виртуальная машина, которая обладает теми же функциями, что и аппаратный сервер. Например, позволяет работать с памятью и файлами, настраивать права доступа пользователей, устанавливать и использовать различное программное обеспечение, взаимодействовать с другими виртуальными или физическими серверами. На одной физической платформе бывает установлено несколько виртуальных серверов, при этом их можно полностью разграничить. Это позволяет рационально использовать имеющиеся в распоряжении реальные ресурсы аппаратной платформы, хотя и накладывает ограничения на производительность каждой виртуальной машины.

Для чего нужен сервер

Из-за разнообразия задач в рамках информационного обмена в локальных и глобальных сетях у серверов бывает специализация. Наиболее распространены следующие.

• Хостинг-сервер (веб-сервер) оснащен большим объемом памяти, предназначен для хранения файлов веб-сайтов, беспрерывной обработки пользовательских запросов, авторизации и аутентификации пользователей. 
• DNS-сервер предназначен для хранения доменных имен, по которым пользователь находит нужный сайт.
• Почтовый сервер используют для получения, обработки, отправки электронных писем пользователей, а также их хранения на встроенных накопителях.
• Облачный сервер предоставляет пользователю часть своих ресурсов (например, для хранения файлов, разработки ПО) путем виртуализации (создания виртуальных машин). 
• Файловый сервер — хранилище файлов (текстов, музыки, видеофильмов, ПО), откуда их может скачать пользователь.
• SQL-сервер предназначен для хранения баз данных, позволяет подключенным пользователям изменять, получать и передавать содержащиеся в нем сведения.
• Медиасервер предоставляет пользователям доступ к медиафайлам или обеспечивает их потоковую передачу в реальном времени.
• Прокси-сервер — промежуточный узел (как правило, в другом регионе или стране), через который пользователь может подключиться к интернет-ресурсу — например, чтобы сохранить анонимность или получить доступ к заблокированному контенту.

Существуют и другие узкоспециализированные серверы: для организации голосовой и видеотелефонии, проведения онлайн-игр, обеспечения работы мобильных приложений, управления персоналом на предприятии. Также бывают универсальные серверные устройства, которые не предоставляют услуг самостоятельно, но дают доступ к своим мощностям.

Как работает сервер

Любой серверный компьютер взаимодействует с программным обеспечением подключенных к нему ПК или иных устройств (камер, датчиков). Он принимает и обрабатывает исходящие от них сигналы и выдает ответ. В общем виде принцип работы сервера выглядит так:

• Пользователь подключает компьютер или другое устройство к локальной или глобальной сети (через проводное или беспроводное соединение). При этом его клиент получает свой адрес, по которому к нему может обращаться сервер. 
• Далее сервер начинает «прослушивать» канал, при этом он может пассивно ожидать от пользователя (точнее, его устройства) запрос или самостоятельно отправлять клиенту инициирующий запрос. 

• Пользователь с помощью компьютера, на котором установлен браузер или иная программа (клиент) для общения с сервером (это могут быть также игровые, мобильные приложения), вводит запрос — например, адрес сайта в поисковую строку браузера.
• Сервер принимает запрос, автоматически обрабатывает его в соответствии с предусмотренными в программе правилами и отправляет клиенту (пользовательской программе) ответ. 

В зависимости от запроса пользователя, а также внутренних правил сервера его ответ будет отличаться. Наиболее распространенные варианты:

• выполнение запроса — в ответ на него сервер отображает веб-страницы, передает или загружает файлы, открывает доступ к сервисному приложению, игре;
• игнорирование запроса — сервер никак не реагирует на запрос, если он неверен или пользователь не имеет нужных прав доступа;
• сообщение об ошибке — при введении неверного запроса, а также технических сбоях сервер отображает код конкретной ошибки (например, 404 — отсутствие запрашиваемой страницы, файла).

Варианты реакции сервера на запросы ограничены лишь его настройками. Но обычно используется определенный стандартный набор закодированных ответов. Это сделано для международной унификации работы серверов, ведь часто машины, расположенные, например, в США, обслуживают пользователей из России, Европы, Китая.

Типы серверных архитектур

Классическая архитектура для построения локальной или глобальной (интернет) сети — «клиент — сервер». Она подразумевает четкое разделение входящих в сеть устройств на серверные и пользовательские (клиентские). Последние работают под управлением первых. В такой архитектуре сервер выполняет роль информационного центра, к которому обращаются пользователи. Он же устанавливает правила взаимодействия с пользовательскими устройствами. Клиент-серверную модель используют в работе веб-сайтов и служб связи.

Альтернатива этой модели — децентрализованная архитектура «peer-to-peer» (отсюда другое название — пиринговая). В ней взаимодействие происходит между равноценными устройствами, каждое из которых может играть роль как сервера, так и клиента. Благодаря этому в пиринговой сети нет информационных центров, а количество подключенных устройств потенциально безгранично. Эту модель используют в организации файлообменных сетей (торрентов), торговых интернет-площадок, платежных систем.

Реализация обмена данными между сервером и клиентом

Взаимодействие между сервером и клиентом (пользовательским ПК или иным подключенным устройством) идет на двух уровнях.

Физический

Чтобы сервер и клиент могли взаимодействовать, между ними должен быть открыт физический канал для передачи информации. Для этого выполняют подключение посредством специальных интерфейсов: проводного Ethernet или беспроводных Wi-Fi, Bluetooth, WiBro. По этому каналу сервер и клиент обмениваются физическим носителем информации — электрическим или радиосигналом. Такое физическое соединение бывает:

• непосредственным — когда клиентский компьютер напрямую подключен к серверу (в небольших локальных сетях);
• опосредованным — когда устройство конечного пользователя подключается к серверу опосредованно через другие компьютеры (в масштабных локальных или глобальных сетях).

Логический

На этом уровне осуществляется передача информации, то есть потока данных, закодированных в электрическом или радиосигнале. Обмен информацией между сервером и клиентом происходит посредством специальных наборов правил — сетевых протоколов. С момента активного развития сетевых технологий (примерно с 60-х годов прошлого века) их было разработано множество — часть из них используются и сегодня, например:

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) — с его помощью гипертекст (то есть веб-страницы) передается между компьютерами, которые подключены к одной локальной или глобальной сети;
• FTP (File Transfer Protocol) — для обмена файлами (скачивания или загрузки) между пользовательским устройством и файловым сервером;
• POP3 (Post Office Protocol) — для организации стандартного обмена электронной почтой между пользовательским ПК с установленной на нем почтовой программой и POP-сервером;
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — дополнительный протокол задает правила, по которым осуществляется обмен почтовыми сообщениями: когда выдать ошибку, а когда удовлетворить запрос пользователя;
• TELNET — протокол, который обеспечивает удаленный доступ абонента к любому компьютеру, подключенному к той же сети. Служит для установки и запуска на нем программ, изменения режимов работы в соответствии с правами, которые предоставляет администратор;
• TCP (Transmission Control Protocol) — для пакетной передачи данных в интернете между двумя конечными устройствами (клиентским и серверным ПК);
• IP (Internet Protocol) — протокол межсетевой пакетной передачи данных позволяет объединять локальные сети в одну глобальную (интернет, дословно — «междусеть») и доставлять в ней информацию между любыми устройствами через произвольное число промежуточных узлов.

Протоколы передачи данных бывают разных подвидов. Они могут улучшать или изменять свойства «прародителей». Например, протокол HTTPS — версия HTTP с защитой (шифрованием) соединения для более безопасной передачи данных между интернет-сервером и клиентом. Помимо указанных выше протоколов общего пользования, существуют также узкоспециализированные, разработанные отдельными коммерческими, научными, государственными, военными учреждениями. Это, например, DTN (Delay-tolerant networking — устойчивая к разрывам сеть). Его используют американские оборонные ведомства и НАСА для связи со спутниками и другими космическими аппаратами.

Где используются серверы?

Серверы на ПК или в виде специализированных машин применяют в любой ситуации, где необходимо сетевое взаимодействие нескольких вычислительных устройств. Они нужны коммерческим и государственным организациям, профессиональным сообществам, группам любителей-энтузиастов, вычислительным центрам, научно-исследовательским и образовательным учреждениям. С их помощью происходят:

• поиск, обработка и хранение больших массивов информации;
• математические вычисления и научные исследования;
• общение и другие виды взаимодействия между пользователями (например, игры);
• создание различных видов медиаконтента: текстов, музыки, видеороликов, фильмов;
• разработка системного и прикладного программного обеспечения;
• административная деятельность — управление персоналом, распределение прав доступа;
• обеспечение безопасности охраняемого объекта за счет видеонаблюдения, работы датчиков дыма, движения;
• поддержка работоспособности информационной инфраструктуры организаций, учреждений, государств и межгосударственных объединений и многие другие задачи.

Серверы важны для работы локальных и глобальных сетей. Поэтому к ним предъявляют повышенные требования в плане работоспособности, надежности, безотказности. Серверные устройства, особенно в крупных организациях, действуют беспрерывно в режиме 24/7. Любое отключение нарушает работу сети, а это плохо и для репутации владельцев серверов, и для их клиентов.