Что такое сервер и как он работает

В современном цифровом мире серверы стали незаменимой частью нашей повседневной жизни, хотя многие из нас могли бы их и не замечать. Они скрыты в далеких центрах обработки данных, находятся в офисах компаний и используются повсеместно для обеспечения надежной и эффективной работы информационных систем.

Эта статья приглашает вас в увлекательное путешествие в мир серверов, где мы рассмотрим их разновидности, функции, местоположение и важность в нашей современной цифровой жизни. Погрузимся в их мир и узнаем, как они обеспечивают работу интернета, хранение данных, обработку информации и обеспечение безопасности в век информационных технологий.

Общие сведения

Сервер (также известный как хост) — это устройство, которое сохраняет данные и предоставляет к ним доступ для множества клиентов. Клиенты, в свою очередь, это пользователи, которые отправляют запросы серверу и получают от него ответы.

Сервер можно разделить на две основные части. Первая часть — это мощный компьютер, который отвечает за хранение и обработку большого объема информации. Вторая часть — это программное обеспечение, установленное на этом компьютере.

Программное обеспечение может различаться в зависимости от задач, которые сервер выполняет. Подробнее о различных типах хостов мы рассмотрим далее.

Отличие от персонального компьютера

Сервер и обычный компьютер отличаются по нескольким основным характеристикам:

1. Отказоустойчивость. Серверы строятся с учетом отказоустойчивости. Они обычно имеют дублированные компоненты, такие как сетевые карты и блоки питания, чтобы обеспечить бесперебойную работу даже при отказе одной из частей.
2. Операционная система. Хосты работают на специализированных серверных операционных системах, которые отличаются от операционных систем, установленных на обычных компьютерах. Например, на сервере может быть установлена Windows Server, а не обычная версия Windows.
3. Цель использования. Обычный компьютер предназначен для решения задач одного или нескольких пользователей, обычно по очереди. Это персональный компьютер (ПК). Хосты, с другой стороны, служат для обслуживания большого числа пользователей одновременно. Их название происходит от английского слова «to serve», что означает «обслуживать» или «служить».
4. Вычислительная мощность. Хосты обладают большей вычислительной мощностью и специальными компонентами, такими как серверные процессоры и оперативная память. Они спроектированы для запуска и поддержки множества процессов, сервисов и приложений одновременно.
5. Хранение данных. Хосты обычно имеют большие объемы накопителей для хранения данных, которые могут вмещать терабайты информации. Это необходимо для обработки большой нагрузки данных от множества пользователей.
6. Программное обеспечение. Серверное программное обеспечение также отличается от программ, установленных на обычных компьютерах. Оно спроектировано для обработки запросов от клиентов и управления хостом.

Как выглядит сервер

Серверы бывают разных видов и имеют разные формы корпусов, включая башенные (tower), стоечные (rack) и блейд (blade).

Blade (Блейд)

Этот тип сервера представляет собой компактный корпус, в который устанавливают только самые необходимые компоненты, такие как системная плата с процессором, контроллер и оперативная память. Blade не функционируют самостоятельно, они собираются в единый блейд-корпус с общими внешними компонентами, включая жесткие диски, блоки питания и системы охлаждения.

Они также устанавливаются в стойки, а размер может варьироваться от четырех до десяти юнитов. Blade помогают сократить объем оборудования без ущерба производительности.

Rack (Стоечный)

Этот тип является наиболее распространенным и устанавливается в специальные вертикальные стойки с полками, называемыми стойками. Эти стойки подразделяются на отсеки или юниты. Размер rack может варьироваться от одного до четырех юнитов.

Чем больше размер хоста, тем больше внутренних компонентов он может вместить, что влечет за собой повышение производительности. Однако из-за близкого размещения компонентов требуется более эффективная система охлаждения.

Tower (Башенный)

Этот тип сервера представляет собой вертикальный корпус, который напоминает башню. Он характеризуется размещением компонентов на значительном расстоянии друг от друга, что способствует более эффективному охлаждению во время работы. Tower могут быть объединены в сеть, но каждый из них функционирует независимо, требуя отдельного монитора, клавиатуры и мыши для управления.

Устройство и основные функции

Сервер — это компьютер, который обладает собственным процессором, оперативной и долговременной памятью, так же, как обычный компьютер. Главное отличие заключается в том, что хост предназначен для обработки пользовательских запросов и больших объемов данных.

Сервер выполняет следующие функции:

• Работает под управлением специализированного программного обеспечения, а иногда и специальной операционной системы для серверов.
• Защищен от аппаратных и программных сбоев, а также от хакерских атак с помощью механизмов резервирования и специального антивирусного ПО.
• Оборудован большим объемом долговременной памяти, часто с несколькими жесткими дисками для хранения данных.
• Должен иметь высокоскоростное сетевое подключение для передачи данных по локальной или глобальной сети.

Существует несколько типов серверов в зависимости от их аппаратной реализации:

1. Невыделенный. Этот сервер создается на базе обычного ПК путем расширения его памяти, установки жестких дисков и настройки специализированного ПО. Пользователь может подключить к нему периферийные устройства и использовать его как обычный компьютер. Эти хосты часто используются в небольших организациях.
2. Виртуальный. Это программное эмуляция физического хоста. Виртуальные машины обладают теми же функциями, что и физические, и позволяют на одной физической платформе запускать несколько виртуальных серверов, разграничивая их ресурсы. Это помогает эффективно использовать аппаратные ресурсы.
3. Выделенный. Используется исключительно для служебных целей, чаще всего в центрах обработки данных и серверных комнатах крупных компаний. Он обычно представляет собой плоский системный блок, устанавливаемый в стойку. Этот сервер работает автономно и требует минимального участия человека.
4. Одноплатный. Это микросервер, который работает на одной плате с собственным процессором и памятью. Они используются, например, для сбора данных с датчиков домашних систем безопасности.

Назначение

Серверы находят применение в различных сценариях, где требуется сетевое взаимодействие между несколькими компьютерами или устройствами. Они используются в коммерческих компаниях, государственных учреждениях, профессиональных сообществах, а также среди энтузиастов, вычислительных центров, исследовательских и образовательных учреждениях.

Роль хостов включает:

• Обеспечение безопасности. Они используются для видеонаблюдения, работы с датчиками дыма и движения, что обеспечивает безопасность охраняемых объектов.
• Поддержка работоспособности информационной инфраструктуры. Серверы играют важную роль в поддержании работоспособности информационных систем организаций и государств.
• Обмен информацией и взаимодействие между пользователями. Например, хосты обеспечивают коммуникацию и игры между пользователями.
• Создание и предоставление медиаконтента. Серверы используются для создания и распространения текстов, музыки, видео и фильмов.
• Математические вычисления и исследования. Они используются для проведения математических расчетов и научных исследований.
• Административная деятельность. Хосты помогают в управлении персоналом, управлении правами доступа и другими административными задачами.
• Поиск, обработка и хранение данных. Серверы позволяют эффективно обрабатывать и хранить большие объемы информации.
• Разработка программного обеспечения. Они играют ключевую роль в разработке системного и прикладного программного обеспечения.

Серверы критически важны для работы как локальных, так и глобальных сетей. Их надежность и работоспособность имеют высший приоритет, особенно в крупных организациях, где они обязаны работать без перерыва (24/7).

Любое отключение хостов может негативно сказаться на репутации владельцев серверов и их клиентов.

Область применения

Серверы играют важную роль в информационном обмене как в локальных, так и в глобальных сетях, и они специализируются в различных задачах.

Вот некоторые из наиболее распространенных типов серверов и их функции:

1. Медиасервер. Медиасервер предоставляет доступ к медиафайлам или обеспечивает их потоковую передачу в реальном времени.
2. Хостинг (веб). Этот хост имеет большой объем памяти и предназначен для хранения файлов веб-сайтов. Он обрабатывает пользовательские запросы, а также осуществляет авторизацию и аутентификацию пользователей.
3. Почтовый. Используется для приема, обработки, отправки и хранения электронных писем пользователей.
4. SQL. Предназначен для хранения баз данных и позволяет пользователям изменять, получать и передавать информацию, хранящуюся в них.
5. Облачный. Предоставляет часть своих ресурсов пользователю через виртуализацию, например, для хранения файлов или разработки программного обеспечения.
6. Файловый. Служит как хранилище для различных типов файлов, таких как текстовые, музыкальные, видеофайлы и программное обеспечение. Пользователи могут скачивать файлы с этого сервера.
7. DNS. DNS-сервер служит для хранения доменных имен, по которым пользователи находят нужные веб-сайты.
8. Прокси. Прокси-сервер является промежуточным узлом, через который пользователи могут подключаться к интернет-ресурсам. Это может использоваться для сохранения анонимности или доступа к заблокированным контентам.

Существуют также другие специализированные серверы для голосовой и видеотелефонии, онлайн-игр, управления персоналом на предприятии и многих других задач. Однако есть и универсальные хосты, которые не предоставляют услуги напрямую, но предоставляют доступ к своим ресурсам для решения различных задач.

Принцип работы

Работа сервера основана на взаимодействии с программным обеспечением, установленным на подключенных к нему компьютерах и других устройствах, таких как камеры или датчики.

Принцип работы сервера можно описать следующим образом:

1. Подключение к сети. Пользователь подключает свой компьютер или другое устройство к локальной или глобальной сети, используя проводное или беспроводное соединение. При этом каждому устройству присваивается уникальный адрес, по которому сервер может обращаться к нему.
2. Обработка запроса. Хост принимает запрос от клиента, автоматически обрабатывает его согласно установленным в программе правилам и генерирует ответ, который отправляет обратно клиенту (пользовательской программе).
3. Прослушивание канала. Хост начинает «слушать» канал связи. Это может означать ожидание запроса от пользователя или активную отправку инициирующего запроса сервером самостоятельно.
4. Пользовательский запрос. Пользователь, используя компьютер с программой-клиентом (например, веб-браузером или приложением для мобильных устройств), вводит запрос. Этот запрос может быть, например, введением веб-сайта в адресную строку браузера.

В зависимости от характера запроса и настроек хоста, его ответ может иметь разные формы:

• Выполнение запроса. Сервер может отображать веб-страницы, передавать или загружать файлы, предоставлять доступ к серверным приложениям или играм.
• Игнорирование запроса. В случае неправильного запроса или отсутствия прав доступа хост может проигнорировать запрос и не предоставить ответ.
• Сообщение об ошибке. При ошибочном запросе или техническом сбое сервер может вернуть код ошибки, такой как «404 — Страница не найдена».

Сервер реагирует на запросы согласно своим настройкам, и часто используется стандартный набор кодированных ответов для обеспечения единообразной работы серверов по всему миру. Это позволяет серверам, расположенным в разных странах, обслуживать пользователей из разных частей мира, соблюдая единые стандарты работы.

Виды

Разнообразие задач, которые серверы выполняют, привело к большому разнообразию видов и типов этого оборудования. Для IT-специалистов важно иметь представление о различных видах серверов и понимать их назначение и особенности.

Почтовые

Почтовый предназначен для хранения и обработки электронной почты. Он выполняет функции по пересылке писем, фильтрации спама, категоризации и сортировки электронных сообщений, а также решает другие задачи, связанные с использованием электронной почты.

Некоторые из наиболее известных почтовых сервисов, которые предоставляют доступ к почтовым хостам, включают в себя:

• Mail;
• Yandex;
• Gmail и многие другие.

Кроме того, хостинг-провайдеры также предоставляют услуги создания электронных ящиков на персональных доменах пользователей.

Web

Web-серверы представляют собой, вероятно, самый распространенный тип, с которыми сталкивается каждый пользователь Интернета. Они содержат в себе текстовый, графический, видео- и другой контент, который составляет основу веб-сайтов.

При посещении веб-сайта пользователь отправляет запрос с помощью своего веб-браузера на персональном компьютере или мобильном устройстве, действуя в роли клиента. Web-сервер отвечает на этот запрос, используя протокол HTTP, и передает клиенту необходимые данные. В результате пользователь видит на экране веб-сайт, с которым он взаимодействует, переходя между страницами, отправляя данные через веб-формы и выполняя другие действия на сайте.

Игровые

Игровые предназначены для обеспечения взаимодействия между игроками, которые играют в одну и ту же игру в режиме мультиплеера и находятся в одном виртуальном мире. Эти хосты используются в популярных играх, таких как:

• World of Tanks;
• Counter-Strike;
• DotA;
• World of Warcraft и многих других.

В случае с такими известными играми, игровые серверы обычно являются мощными устройствами, так как им приходится справляться с большой нагрузкой от множества игроков.

Видеосервер

Видеосерверы, как можно догадаться из их названия, предназначены для хранения и предоставления доступа к видеороликам, таким как фильмы, клипы и другие видеоматериалы. Когда пользователь обращается к видеосерверу с своего устройства, он может смотреть видео без необходимости его скачивания и без затраты собственного дискового пространства. Когда говорят о видеосерверах, обычно первым вспоминают крупнейший ресурс, известный практически каждому — YouTube.

Сервер локальной сети

Сервер локальной сети — это компьютер, к которому доступ ограничен и который обычно используется внутри корпоративной сети на предприятии. Он позволяет сотрудникам, находящимся на разных рабочих местах, одновременно работать с общей информацией, например, с бухгалтерской базой данных.

Этот тип сервера облегчает рабочее взаимодействие, позволяет обсуждать рабочие вопросы, отслеживать выполнение задач и решать другие задачи внутри компании.

FTP

FTP предназначен для хранения файлов и предоставления удаленного доступа к ним с использованием протокола FTP (File Transfer Protocol). В зависимости от целей и масштаба сервера, доступ к файлам может быть организован как через Интернет, так и по локальной сети.

В отличие от веб-сервера, где пользователи взаимодействуют с сервером через веб-браузеры, при работе с FTP удобно использовать специализированные программы для передачи файлов, такие как Filezilla.

DNS

DNS-серверы играют важную роль в сети, облегчая доступ к серверам через доменные имена, которые легче запоминать, чем IP-адреса. Когда пользователь вводит адрес сайта в браузере, DNS автоматически преобразует это доменное имя в соответствующий IP-адрес, что позволяет установить соединение с хостом и загрузить нужную веб-страницу или ресурсы. Таким образом, DNS-серверы служат важным звеном в обеспечении удобства пользователей в Интернете.

VPN

VPN-сервер обеспечивает создание виртуальных частных сетей через общедоступные сети, такие как Интернет. Это позволяет пользователям передавать данные в зашифрованном и безопасном виде, сохраняя их конфиденциальность.

Таким образом, VPN-серверы обеспечивают защиту данных пользователей при использовании общественных сетей.

Прокси

Прокси-сервер выполняет несколько функций, включая кэширование данных из Интернета. Когда пользователь запрашивает информацию, прокси-сервер сохраняет ее на своем локальном диске.

Если этот запрос повторяется, сервер может предоставить данные из своего кэша, что позволяет избежать повторной загрузки информации из Интернета и экономить сетевой трафик.

Типы серверных архитектур

Существуют два основных типа архитектур. Первый — это клиент-серверная архитектура, где хост является центром обработки и предоставления данных, а клиенты обращаются к серверу для получения информации или услуг. Это типичная модель для веб-сайтов и служб связи.

Второй тип — это децентрализованная архитектура, известная как peer-to-peer (пиринговая). Здесь устройства взаимодействуют друг с другом как равноправные участники, и каждое из них может выполнять функции как сервера, так и клиента. Это типично для файлообменных сетей, торрентов, а также для некоторых торговых и платежных систем, где нет центрального хоста, и устройства обмениваются данными напрямую.

Где располагают серверы

Серверы могут быть размещены практически в любом месте, включая офисы компаний. Однако, на практике их чаще всего размещают в специализированных центрах данных.

Размещение хостов в офисе обеспечивает быстрый доступ к нему для обслуживания, настройки и ремонта. Однако это требует соблюдения специальных условий эксплуатации и высоких затрат, так как серверы очень чувствительны к условиям окружающей среды. Неправильные условия могут привести к сбоям и выходу из строя оборудования.

Для надежной работы серверов необходимы следующие условия:

1. Защита оборудования от несанкционированного доступа, поскольку серверы могут содержать конфиденциальные данные.
2. Стабильное электроснабжение и бесперебойное питание с возможностью стабилизации напряжения и обеспечения линейного выпрямления тока.
3. Эффективная вентиляция и система охлаждения, чтобы предотвратить перегрев хостов, которые работают непрерывно.
4. Надежное интернет-соединение с возможностью резервирования через несколько провайдеров для обеспечения непрерывной доступности.

Специализированные центры данных, такие как дата-центры или центры (хранения и) обработки данных (ЦОД или ЦХОД), предоставляют аренду серверов и обеспечивают необходимые условия для их работы. Это позволяет компаниям избежать необходимости самостоятельно поддерживать серверное оборудование и обеспечивать необходимые условия.

Иногда используется комбинированный подход, при котором сервер устанавливается в офисе компании, а также создается его копия в дата-центре. Этот способ является самым затратным, но обеспечивает максимальную надежность системы, так как имеется резервный сервер в дата-центре, готовый к работе в случае сбоя в офисе.

Принципы реализации обмена данными

Обмен данными между сервером и клиентом, будь то компьютер пользователя или другое устройство, происходит на двух различных уровнях.

Физический уровень

На физическом уровне, чтобы сервер и клиент могли обмениваться данными, им необходимо иметь физический канал связи. Этот канал может быть установлен с использованием различных интерфейсов, таких как проводной Ethernet или беспроводные технологии, такие как Wi-Fi, Bluetooth или WiBro.

По этому физическому каналу сервер и клиент обмениваются информацией в форме электрических или радиосигналов.

Физическое соединение между ними может быть двух типов:

1. Непосредственное соединение: Когда клиентский компьютер напрямую подключен к хосту, что часто бывает в небольших локальных сетях.
2. Опосредованное соединение: Когда устройство конечного пользователя подключается к хосту через другие компьютеры или устройства, как это происходит в масштабных локальных сетях или глобальных сетях, где данные могут проходить через несколько промежуточных узлов перед достижением сервера.

Логический уровень

На логическом уровне происходит передача данных между сервером и клиентом с использованием специальных правил, известных как сетевые протоколы. Сетевые протоколы определяют, как данные кодируются в электрических или радиосигналах и как они передаются между устройствами. С развитием сетевых технологий было разработано множество таких протоколов, и некоторые из них используются и по сей день.

Примеры таких протоколов включают:

1. HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). Используется для передачи веб-страниц между компьютерами в сети.
2. TCP (Transmission Control Protocol). Используется для пакетной передачи данных в интернете между клиентскими и серверными ПК.
3. FTP (File Transfer Protocol). Применяется для обмена файлами между пользовательскими устройствами и файловыми серверами.
4. TELNET. Обеспечивает удаленный доступ к компьютерам в сети.
5. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Определяет правила для обмена почтовыми сообщениями.
6. IP (Internet Protocol). Позволяет объединять локальные сети в единую глобальную сеть (интернет) и обеспечивать передачу данных между устройствами через различные промежуточные узлы.
7. POP3 (Post Office Protocol). Используется для стандартного обмена электронной почтой между клиентскими ПК и почтовыми серверами.

Существует также улучшенные и модифицированные версии протоколов. Например, HTTPS представляет собой безопасную версию HTTP с шифрованием для более защищенной передачи данных между сервером и клиентом.

Помимо перечисленных общеиспользуемых протоколов, существуют и узкоспециализированные, разработанные для конкретных целей различными организациями и учреждениями, такие как американские оборонные ведомства и НАСА, которые используют протокол DTN (Delay-tolerant networking) для связи со спутниками и космическими аппаратами, особенно в условиях с большой задержкой сигнала.

Заключение

В статье было рассмотрено множество аспектов, связанных с серверами, и их важное значение в современном мире информационных технологий. Серверы, будучи специализированными компьютерами, отличаются от обычных ПК мощностью, надежностью и специализированным программным обеспечением. Они выполняют разнообразные функции, от хранения данных до обеспечения безопасности, а также обеспечивают сетевое взаимодействие между множеством клиентов.

Однако серверы – это не просто машины, стоящие в удаленных центрах обработки данных. Они имеют разные формы и конфигурации, что позволяет адаптировать их к конкретным потребностям и условиям эксплуатации. Размещение таких вычислительных систем также является важным вопросом, и оно может быть как внутри офисов компаний, так и в специализированных центрах данных, где обеспечиваются необходимые условия для надежной работы.

В современном мире серверы играют ключевую роль в обработке, хранении и обмене данными, и их надежность и производительность имеют решающее значение для бизнеса и технологического развития. Понимание и управление различными типами и разновидностями таких компьютеров, а также выбор наилучшего места для их размещения, являются важными аспектами для эффективной работы в сфере информационных технологий и обеспечения безопасности и доступности данных.