Kiến trúc Client Server là gì? Cách mô hình máy chủ - máy khách hoạt động

Mỗi lần truy cập website, gửi email hay sử dụng ứng dụng trực tuyến, thiết bị của bạn đều trao đổi dữ liệu với hệ thống máy chủ để nhận kết quả cần thiết. Kiến trúc Client Server tổ chức quá trình giao tiếp đó, phân chia trách nhiệm giữa phía yêu cầu và phía cung cấp dịch vụ. Cùng Viettel IDC tìm hiểu kiến trúc Client Server là gì và cách mô hình được ứng dụng trong thực tế.

Kiến trúc Client Server là gì?

Kiến trúc Client Server là mô hình tổ chức hệ thống theo hai vai trò chính gồm máy khách (client) gửi yêu cầu và máy chủ (server) tiếp nhận, xử lý rồi trả kết quả. Hai bên trao đổi dữ liệu thông qua giao thức thống nhất, giúp người dùng truy cập tài nguyên và sử dụng các dịch vụ như website, email hoặc cơ sở dữ liệu.

Trong mô hình máy khách - máy chủ, một server phục vụ nhiều client, còn mỗi client được kết nối đến nhiều server tùy nhu cầu sử dụng. Client và server là vai trò của phần mềm trong từng kết nối, được triển khai trên cùng một máy hoặc trên các thiết bị khác nhau.

Mô hình Client Server gồm những thành phần nào?

Mô hình Client Server gồm hai thành phần chính là máy khách và máy chủ, kết nối với nhau qua mạng để trao đổi dữ liệu. Mỗi thành phần đảm nhiệm một vai trò riêng và tuân theo giao thức giao tiếp chung.

Client (Máy khách)

Client là phần mềm hoặc thiết bị gửi yêu cầu đến server để sử dụng tài nguyên, dữ liệu hoặc dịch vụ. Phía client tiếp nhận thao tác của người dùng, tạo yêu cầu và xử lý kết quả trả về để hiển thị trên giao diện. Trình duyệt web, ứng dụng email và phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu đều là những ví dụ quen thuộc về client.

Ngoài việc gửi yêu cầu, client còn thực hiện các tác vụ xử lý cục bộ như kiểm tra dữ liệu nhập, cập nhật giao diện hoặc lưu bộ nhớ đệm. Khối lượng công việc được phân chia cho client phụ thuộc vào thiết kế của ứng dụng.

Server (Máy chủ)

Server là phần mềm hoặc hệ thống cung cấp dịch vụ, tiếp nhận yêu cầu từ client và trả về kết quả tương ứng. Máy chủ đảm nhiệm những công việc như xử lý nghiệp vụ, quản lý dữ liệu và kiểm soát quyền truy cập. Tùy chức năng, hệ thống sử dụng web server, application server, database server hoặc mail server.

Sự khác nhau giữa client và server nằm ở vai trò trong từng kết nối. Chẳng hạn, backend đóng vai trò server khi nhận yêu cầu từ trình duyệt, đồng thời đóng vai trò client khi gửi truy vấn đến máy chủ cơ sở dữ liệu.

Mạng và giao thức giao tiếp

Mạng LAN hoặc Internet cung cấp đường truyền để client và server trao đổi dữ liệu. Giao thức quy định cách hai bên gửi, nhận và diễn giải thông tin, giúp yêu cầu được xử lý đúng định dạng.

Giao tiếp giữa client và server sử dụng giao thức phù hợp với từng dịch vụ. Ví dụ, trình duyệt trao đổi với web server qua HTTP hoặc HTTPS, còn ứng dụng kết nối PostgreSQL sử dụng giao thức riêng của hệ quản trị cơ sở dữ liệu.

Kiến trúc client server hoạt động như thế nào?

Kiến trúc Client Server hoạt động theo cơ chế gửi yêu cầu và nhận phản hồi (request-response). Client khởi tạo yêu cầu khi người dùng thực hiện thao tác, còn server xử lý và trả về dữ liệu hoặc thông báo kết quả.

- Bước 1 - Client gửi yêu cầu: Khi người dùng mở trang sản phẩm, trình duyệt gửi yêu cầu đến server qua HTTP hoặc HTTPS để lấy nội dung cần hiển thị.

- Bước 2 - Server tiếp nhận và xử lý: Server xác định tài nguyên được yêu cầu, kiểm tra quyền truy cập nếu cần và thực hiện tác vụ tương ứng. Với trang sản phẩm có nội dung động, phía server truy vấn cơ sở dữ liệu để lấy tên, giá bán và số lượng tồn kho.

- Bước 3 - Server trả phản hồi: Kết quả được gửi về client kèm mã trạng thái thể hiện yêu cầu thành công hay gặp lỗi. Phản hồi chứa nội dung HTML, dữ liệu JSON, hình ảnh hoặc loại tài nguyên mà client yêu cầu.

- Bước 4 - Client xử lý và hiển thị kết quả: Trình duyệt sử dụng dữ liệu nhận được để dựng trang hoặc cập nhật giao diện. Khi người dùng chọn sản phẩm khác hay thay đổi bộ lọc, client tiếp tục gửi yêu cầu tương ứng.

Các kiểu kiến trúc Client Server phổ biến

Kiến trúc Client Server được phân loại theo cách phân chia và triển khai các thành phần giao diện, xử lý nghiệp vụ và dữ liệu. Ba kiểu phổ biến gồm kiến trúc 2 tầng, 3 tầng và nhiều tầng, mỗi kiểu có cách tổ chức và yêu cầu vận hành riêng.

Kiến trúc 2 tầng (2-tier)

Kiến trúc 2 tầng tổ chức ứng dụng thành phía client và phía server, với client kết nối trực tiếp đến server cung cấp dịch vụ. Trong ứng dụng cơ sở dữ liệu, client đảm nhiệm giao diện và phần lớn logic nghiệp vụ, còn database server quản lý dữ liệu và thực thi truy vấn.

Ví dụ, phần mềm quản lý kho cài trên máy nhân viên kết nối trực tiếp đến máy chủ cơ sở dữ liệu để tra cứu hoặc cập nhật hàng hóa. Cách triển khai tương đối đơn giản, phù hợp với ứng dụng nội bộ có phạm vi sử dụng hạn chế. Khi nghiệp vụ thay đổi, doanh nghiệp cần cập nhật phần mềm trên các máy khách liên quan.

Kiến trúc 3 tầng (3-tier)

Kiến trúc 3 tầng tách ứng dụng thành tầng giao diện, tầng xử lý nghiệp vụ và tầng dữ liệu. Tầng ứng dụng tiếp nhận yêu cầu từ client, thực hiện nghiệp vụ và trao đổi với cơ sở dữ liệu để trả kết quả.

- Tầng giao diện (Presentation tier): Tiếp nhận thao tác của người dùng và hiển thị thông tin trên trình duyệt hoặc ứng dụng.

- Tầng ứng dụng (Application tier): Kiểm tra dữ liệu, xử lý nghiệp vụ và kiểm soát quyền thực hiện các thao tác.

- Tầng dữ liệu (Data tier): Lưu trữ, truy xuất và cập nhật dữ liệu theo yêu cầu từ tầng ứng dụng.

Với website bán hàng, trình duyệt hiển thị sản phẩm, tầng ứng dụng xử lý đặt hàng và tầng dữ liệu lưu thông tin đơn hàng. Cách phân chia giúp doanh nghiệp cập nhật nghiệp vụ tại tầng ứng dụng và mở rộng tài nguyên cho từng tầng theo nhu cầu, đồng thời tăng khối lượng cấu hình và giám sát.

Kiến trúc nhiều tầng (N-tier)

Kiến trúc N-tier tổ chức ứng dụng thành nhiều tầng có trách nhiệm và ranh giới triển khai rõ ràng. Chẳng hạn, hệ thống tách thành bốn tầng gồm giao diện người dùng, web server, application server và database server.

Trong trường hợp này, web server tiếp nhận yêu cầu và phục vụ nội dung tĩnh, application server xử lý nghiệp vụ, còn database server quản lý dữ liệu. Việc tách tầng hỗ trợ phân bổ tài nguyên và quản lý từng phần độc lập hơn, phù hợp với hệ thống có nhiều chức năng hoặc yêu cầu vận hành phức tạp. Đổi lại, đội ngũ kỹ thuật phải quản lý thêm các kết nối giữa các tầng, độ trễ và chi phí hạ tầng.

Ví dụ về mô hình Client Server

Truy cập website là ví dụ quen thuộc về mô hình Client Server, với trình duyệt và máy chủ phối hợp để đưa nội dung đến người dùng. Mỗi khi bạn mở một trang tin tức, trình duyệt gửi yêu cầu lấy dữ liệu rồi sử dụng phản hồi từ máy chủ để hiển thị bài viết và hình ảnh.

- Client: Trình duyệt trên máy tính hoặc điện thoại như Google Chrome, Safari, Cốc Cốc.

- Server: Máy chủ web tiếp nhận yêu cầu và cung cấp nội dung của website.

- Cách hoạt động: Khi bạn truy cập một trang tin tức trên Chrome, trình duyệt gửi yêu cầu qua HTTPS đến máy chủ của website. Server trả về nội dung HTML và các tài nguyên liên quan để trình duyệt hiển thị bài viết, hình ảnh và giao diện.

Bên cạnh truy cập website, nhiều dịch vụ khác cũng ứng dụng mô hình Client Server như:

- Email: Outlook gửi yêu cầu đến máy chủ thư để chuyển email hoặc đồng bộ hộp thư.

- Ngân hàng điện tử: Ứng dụng ngân hàng kết nối với máy chủ để tra cứu số dư và xử lý giao dịch.

- Game trực tuyến: Phần mềm trò chơi trao đổi dữ liệu với máy chủ để cập nhật và đồng bộ diễn biến trận đấu.

- Cơ sở dữ liệu: DBeaver gửi truy vấn đến PostgreSQL và nhận kết quả để hiển thị cho người dùng.

Ưu điểm và nhược điểm của mô hình Client Server

Mô hình Client Server giúp tổ chức việc cung cấp dịch vụ và quản lý tài nguyên tập trung ở phía máy chủ. Hiệu quả vận hành phụ thuộc vào cách phân bổ công việc, năng lực hạ tầng và phương án dự phòng của hệ thống.

Ưu điểm

- Quản lý dữ liệu tập trung: Dữ liệu dùng chung được quản lý ở phía server, giúp thống nhất thông tin và thuận tiện cho việc sao lưu, cập nhật.

- Kiểm soát quyền truy cập: Máy chủ xác thực tài khoản và phân quyền theo vai trò, giúp quản trị viên kiểm soát người được xem hoặc chỉnh sửa dữ liệu.

- Chia sẻ tài nguyên: Nhiều client cùng sử dụng dịch vụ và dữ liệu do server cung cấp, hỗ trợ phối hợp công việc giữa các thiết bị và người dùng.

- Thuận tiện bảo trì dịch vụ: Những thay đổi được thực hiện ở phía server sẽ phục vụ các client đang kết nối, miễn là giao diện giao tiếp vẫn tương thích.

- Hỗ trợ mở rộng hệ thống: Doanh nghiệp nâng cấp tài nguyên hoặc bổ sung máy chủ để đáp ứng lượng yêu cầu tăng lên, tùy theo thiết kế ứng dụng.

Nhược điểm

- Phụ thuộc vào máy chủ: Khi thành phần server thiết yếu gặp sự cố và thiếu dự phòng, các client bị gián đoạn truy cập dịch vụ.

- Nguy cơ quá tải: Lượng yêu cầu vượt khả năng xử lý của máy chủ hoặc cơ sở dữ liệu khiến phản hồi chậm, phát sinh lỗi hoặc mất kết nối.

- Phụ thuộc chất lượng đường truyền: Độ trễ cao, mất gói hoặc gián đoạn mạng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình trao đổi dữ liệu giữa client và server.

- Tốn chi phí vận hành: Hệ thống cần ngân sách cho máy chủ, đường truyền, sao lưu, giám sát và nhân sự quản trị.

- Yêu cầu bảo vệ dữ liệu tập trung: Máy chủ lưu trữ nhiều dữ liệu và phục vụ nhiều tài khoản nên sự cố bảo mật tại đây có phạm vi ảnh hưởng lớn.

Mô hình mạng Client Server và P2P khác nhau như thế nào?

Mô hình mạng Client Server và P2P khác nhau chủ yếu ở cách phân chia vai trò và chia sẻ tài nguyên giữa các thiết bị. Trong Client Server, máy khách gửi yêu cầu đến máy chủ để sử dụng dữ liệu hoặc dịch vụ, còn P2P (Peer-to-Peer), hay mạng ngang hàng, cho phép mỗi nút vừa sử dụng vừa cung cấp tài nguyên cho các nút khác.

Mô hình Client-server và MVC khác gì nhau?

MVC là viết tắt của Model - View - Controller, gồm ba thành phần đảm nhiệm dữ liệu và nghiệp vụ, giao diện hiển thị và xử lý tương tác. Mô hình Client-server và MVC đều được sử dụng trong thiết kế ứng dụng, nhưng giải quyết những khía cạnh khác nhau của hệ thống. 

Client-server xác định vai trò của bên gửi yêu cầu và bên cung cấp dịch vụ, còn MVC phân chia ứng dụng thành Model, View và Controller để tổ chức dữ liệu, giao diện và luồng xử lý. Hai mô hình được kết hợp để vừa tổ chức giao tiếp giữa máy khách với máy chủ, vừa giúp mã nguồn ứng dụng dễ quản lý và bảo trì.

Kết luận

Hiểu kiến trúc Client Server là gì giúp bạn xác định vai trò của từng thành phần và cách dữ liệu được trao đổi trong hệ thống. Từ nền tảng đó, bạn sẽ dễ dàng phân biệt các kiểu kiến trúc, đối chiếu với P2P và hiểu cách kết hợp MVC khi phát triển ứng dụng.