Protokolle

3 Das Client-Server-Prinzip

3.1 Das klassische Client-Server-Netz
3.2 Das Peer-To-Peer-Netz
3.3 Ein Beispiel: Chatten
3.4 Geräte, Algorithmen, Schnittstellen

3.1 Das klassische Client-Server-Netz

In einem Computernetz gibt es eine Vielzahl verschiedener Geräte, die miteinander über den Hub Informationen austauschen können. Die Geräte haben gelegentlich sehr unterschiedliche Aufgaben, und entsprechend verschieden ist auch ihr Verhalten im Netz:

Der normale Benutzer wird am häufigsten mit den "Arbeitsstationen" konfrontiert. Das sind die Rechner, an denen gewöhnlich die Datenverarbeitung stattfindet. Diese Maschinen werden gelegentlich auch als "Clients" bezeichnet.
Außerdem gibt es in vielen Netzen einen "Server-Rechner". Dieser steht häufig an einer für gewöhnliche Benutzer unzugänglichen, geschützten Stelle. Die Benutzer können den Server allerdings von ihrer Arbeitsstation aus ansprechen und z.B. auf die jeweils für sie freigegebenen Daten zugreifen.
In manchen Netzen gibt es auch einen Netzwerk-Drucker. Dieser wird von sich aus im Netz in der Regel überhaupt nicht aktiv; er wartet still und brav, bis er einen Druckauftrag gesendet bekommt, den er dann ausführt.

Man teilt nun ganz allgemein die "Geräte" in einem Netz nach dem Grad ihrer Eigeninitiative in zwei Klassen ein:

Ein "Client" (engl. the client = der Kunde) ist ein Gerät, das im Netz aktiv werden kann: es nimmt "von sich aus" (d.h. in der Regel aufgrund von Benutzer-Eingaben!) Kontakt mit anderen Geräten im Netz auf und sendet diesen Arbeitsaufträge.
Ein "Server" (engl. to serve = bedienen) ist ein Gerät, das im Netz seine Dienstleistungen anbietet, dabei aber passiv bleibt, bis es von einem anderen Gerät einen Auftrag bekommt. Es ist sozusagen durch den Auftraggeber fremd-gesteuert.

Der oben angeführte Netzwerk-Drucker ist ein Musterbeispiel für einen Server: er verhält sich zunächst gänzlich passiv und harrt still der Druckaufträge, die da kommen werden. Solange kein Druck-Job kommt, tut er nichts (außer warten); wenn ein Druckauftrag ankommt, nimmt er die Daten entgegen und druckt sie aus. Danach fällt der Netzwerk-Drucker wieder in die passive Haltung zurück und beschränkt sich darauf, seine "Druck-Dienste" anzubieten.

Auch der "Server-Rechner" eines Netzes ist in diesem Sinne ein Server, denn er wird ebenfalls nie "von sich aus" aktiv: er wartet darauf, dass er von den Client-Stationen Auträge bekommt, welche er dann ausführt. So werden in einem Firmennetz zum Beispiel die an den Client-Stationen anfallenden Daten üblicherweise zentral "auf dem Server" gespeichert. Dieser stellt dazu entsprechende "Datei-Verwaltungsdienste" zur Verfügung.

Ganz anders verhält sich die "Arbeitsstation": hier werden Daten erzeugt und bearbeitet. Immer wenn bei diesem Prozess die lokal vorhandenen Fähigkeiten der Arbeitsstation nicht ausreichen, wird ein entsprechender Auftrag an einen passenden Server geschickt:

ist lokal kein Drucker verfügbar, geht der Druck-Auftrag an den Netzwerk-Drucker (d.h. an den Druck-Server);
sollen die Daten zentral gespeichert werden, geht der Speichern-Auftrag an den Server (genauer: an den Datei-Server);
soll eine Seite aus dem Internet abgerufen werden, geht der entsprechende Auftrag an einen passenden Internet-Zugangs-Server (d.h. einen Proxy-Server) usw.

Die Initiative geht dabei stets vom Client aus! Dies genau ist die Client-Server-Rollenverteilung:
der "Kunde"(Client) sagt, was er will, der "Dienstleister" (Server) erbringt (daraufhin) die gewünschte Leistung.

Es folgt eine Liste von üblichen Server-Arten und beschreibt die von diesen angebotenen Dienste:

Server-Art	Angebotener Dienst
File-Server	Speichert Dateien und liefert sie zurück
Web-Server	Liefert HTML-Seiten aus
FTP-Server	Liefert Dateien aus (und nimmt evtl. Dateien an)
Mail-Server	Speichert einkommende Email und liefert sie aus
Proxy-Server	Liefert Internet-Dienste für mehrere Rechner
CDRom-Server	Verwaltet mehrere CD-Laufwerke und liefert Daten
Print-Server	Führt Druckaufträge aus
Chat-Server	Verteilt Online-Nachrichten an die Teilnehmer
DHCP-Server	Teilt neuangemeldeten Rechnern gültige IP-Adressen zu

3.2 Das Peer-To-Peer-Netz

Wenn nun die Kommunikation zwischen Computern immer so abläuft, dass ein "Client" bei einem "Server" einen Dienst anfordert und der entsprechende Server seinerseits aber nur aufgrund dieser Anfrage tätig wird, dann könnte es möglicherweise so erscheinen, als wäre die Kommunikation zwischen zwei gewöhnlichen Arbeitsplatz-Rechnern völlig ausgeschlossen.

Dies ist jedoch eine falsche Folgerung: "Client sein" und "Server sein" sind nämlich eigentlich keine Beschreibungen von Rechnern, sondern viel eher Beschreibungen für ein bestimmtes Verhalten von Programmen, die auf den so bezeichneten Rechnern laufen. Und so wird eben ein Rechner, auf dem vorwiegend "Programme mit Server-Verhalten" laufen, kurz als "Server" bezeichnet; auf einer typischen Arbeitsstation hingegen laufen fast nur "Programme mit Client-Verhalten".

Es gibt jedoch auch Ausnahmen. Ein solcher Fall sind die sogenannten Peer-To-Peer-Netze (engl. the peer = der Ebenbürtige). So bezeichnet man ein Netz aus Rechnern, die alle "gleichartig" sind, d.h. dasselbe Verhalten im Netz zeigen. In einem solchen Netz gibt es keinen ausgezeichneten Server. Trotzdem findet die Kommunikation zwischen den Rechnern nach demselben Client-Server-Prinzip statt! Hierzu laufen nun auf jedem Rechner sowohl Client-artige als auch Server-artige Programme, sodass jeder Rechner gleichzeitig beide Rollen spielen kann, nämlich: als Client Dienste von den anderen Rechnern anfordern und seinerseits als Server den anderen Rechnern Dienste anbieten.

Und wie bietet nun ein Computer in einem solchen Peer-To-Peer-Netz seine Server-Dienste an? Indem er seine lokalen Geräte den anderen Computern zur Verfügung stellt! Unter Windows heißt dieser Vorgang "Freigabe". Solche "freigegebenen" Geräte können dann von den anderen Computern im Netz ebenfalls genutzt werden. Ist zum Beispiel an eine Arbeitsstation ein teurer Laserdrucker angeschlossen, dann kann dieser auch für die anderen Arbeitsstationen verfügbar gemacht werden, indem er "freigegeben" wird. Danach erscheint er in der "Netzwerk-Umgebung" aller Arbeitsstationen dieses Netzes.

Man beachte aber, dass sich durch den Vorgang der Freigabe überhaupt nichts am Gerät "Laserdrucker" geändert hat! Die Freigabe bedeutet lediglich, dass ein Server-Programm gestartet wurde, das die Druckdaten, die eventuell von den anderen Rechnern ankommen, erfolgreich zum lokalen Laserdrucker weiterleiten kann. Funktional wurde der Laserdrucker damit also in die Hülle eines "Software-Gerätes" gesteckt, wodurch er für die anderen Arbeitsstationen verfügbar gemacht wird.

Vor diesem Hintergrund bekommen die Definitionen von "Client" und "Server" aus dem vorigen Abschnitt nachträglich einen ganz anderen Zungenschlag: dort haben wir diese Vokabeln als Beschreibungen von "Geräten mit bestimmtem Verhalten" eingeführt, und vermutlich haben wir dabei zunächst "Gerät" mit "Computer" gleichgesetzt. Nun erscheint der Computer eher als eine Maschine, die sich aus vielen einzelnen Geräten zusammensetzt. Nicht umsonst heißt das zentrale Programm für die Hardware-Einstellungen in der Windows-Systemsteuerung "Geräte-Manager"! Aber was für das Verhalten des Computers im Netz noch viel wichtiger ist als die Hardware, das sind die "Software-Geräte", d.h. die aktiven Programme!

3.3 Ein Beispiel: Chatten

Ein Standard-Beispiel für die Rechner-Kommunikation ist ein Chat-Programm: dieses Programm überträgt meine Eingaben zu allen anderen am Chat Teilnehmenden und zeigt umgekehrt die Eingaben der Anderen auf meinem Bildschirm an. Für den Benutzer sieht es so aus, als finde hier eine direkte Kommunikation zwischen verschiedenen Client-Rechnern statt. Jedoch wird die gesamte Kommunikation über einen Server abgewickelt: dieser repräsentiert den "chat room"! Die folgende Tabelle verdeutlicht das Zusammenspiel zwischen Clients und Server:

Oberfläche	Funktionalität
Ich gehe in den chat room.	Mein Chat-Client nimmt Verbindung mit dem Chat-Server auf und meldet sich/mich an.
Ich sende einen Beitrag ab.	Mein Chat-Client beauftragt den Chat-Server, den Text meines Beitrags an alle aktiven Clients zu übertragen.
Ich empfange einen Beitrag.	Mein Chat-Client erhält vom Chat-Server den Text eines Beitrags eines anderen Teilnehmers übermittelt und zeigt ihn mir an.
Ich verlasse den chat room.	Mein Chat-Client meldet sich/mich beim Chat-Server ab, die Verbindung wird unterbrochen.

Normalerweise verschwindet die rechte Spalte hinter einer benutzer-freundlichen Oberfläche des "chat rooms". Damit Ihnen die Funktionsweise eines Chat deutlich und klar wird, sollen Sie die folgende Aufgabe mit einem ganz einfachen Chat-Programm bearbeiten:

Chat as chat can:

3.4 Geräte, Algorithmen, Schnittstellen

In den vorangegangenen Ausführungen kommt auffallend häufig das Wort "Gerät" vor. Werfen wir noch einmal einen genaueren Blick darauf, was das eigentlich ist:

Ein Gerät ist ein Hilfsmittel, das dazu dient, eine genau spezifizierte Aufgabe zu erledigen. Im Kontext der Informatik handelt es sich dabei stets um die Transformation eines Eingangsdatenstroms in einen Ausgangsdatenstrom. Ein paar Beispiele dazu:

Der Print-Server nimmt als Eingangsdatenstrom die von einem Client geschickten Druck-Daten entgegen, formt sie (wenn nötig) so um, dass sie vom angeschlossenen Drucker verstanden werden und gibt sie schließlich in passende Pakete verpackt an den lokal angeschlossenen Drucker weiter: der Ausgangsdatenstrom besteht hier aus einer Folge von Druckerbefehlen.
Bleiben wir beim Beispiel des Ausdruckens: Der Drucker seinerseits erhält als Eingangsdatenstrom die Druckerbefehle vom Print-Server und erstellt daraus den Ausdruck des Dokuments. Der Ausgangsdatenstrom besteht hier aus der ungleichmäßigen Verteilung von Tinte (bzw. Toner) auf dem Papier!
Der Chat-Server nimmt von einem angeldeten Client einen Chatbeitrag entgegen und sendet diesen an alle Teilnehmer im chat room. Hier wird ein Eingangsdatenstrom (der Chatbeitrag) multipliziert und das Produkt(!) (d.h. der Ausgangsdatenstrom) an alle Teilnehmer verteilt.
Der Chat-Client ist komplizierter. Er hat 2 verschiedene Aufgaben:
1. Wenn der Eingangsdatenstrom ein Chat-Beitrag ist, den ich eingegeben habe, dann wird dieser ungeändert an den Chat-Server geschickt.
2. Wenn der Eingangsdatenstrom ein Chat-Beitrag ist, den der Server sendet, dann wird dieser ungeändert auf meinem Bildschirm dargestellt.
Ein Web-Server bekommt als Eingangsdatenstrom die Web-Adresse einer Internet-Seite, die ein Client anfordert. Der Ausgangsdatenstrom, der zum anfordernden Client zurückgeschickt wird, besteht dann aus einem HTML-Dokument, das diese gewünschte Internet-Seite enthält.

Das folgende Bild veranschaulicht die strukturelle Gemeinsamkeit der obigen Beipiele und stellt damit dar, was ein "Gerät" ist:

Diese Veranschaulichung sollte Ihnen bekannt vorkommen: es ist dasselbe Diagramm, das wir benutzt haben, um den Begriff des Algorithmus darzustellen! Und tatsächlich läßt sich ein Gerät (wie z.B. unser Drucker) auffassen als ein "implementierter Algorithmus". Im Falle eines physischen Geräts ist der Algorithmus sozusagen "in Hardware gegossen" oder "realisiert"; im Falle eines "virtuellen" Software-Geräts wird der Algorithmus durch ein Programm verwirklicht.

Interessanterweise ist es einem Client ziemlich egal, ob der Server aus Hardware oder Software besteht. Wichtig ist lediglich, wie der Eingangsdatenstrom für den Server beschaffen sein muss, damit er die gewünschte Aufgabe erledigt, d.h. den gewünschten Ausgangsdatenstrom erzeugt. Für den Client ist also der Server durch sein Input-Output-Verhalten schon vollständig beschrieben. Die Stellen, an denen die Informationen in ein Gerät hinein- und wieder herausfließen, nennt man die Schnittstellen des Gerätes. Um den Server sinnvoll nutzen zu können, muss der Client nur diese Schnittstellen kennen; wie der Server eigentlich im Detail implementiert ist, muss den Client nicht interessieren. Diesen Sachverhalt nennt man Kapselung:

um die "Innereien" wird eine Hülle gezogen, die die Details der
Implementierung vor den Augen der Benutzer verbirgt;
wichtig für den Benutzer sind nur die Schnittstellen, d.h. die Stellen der
Hülle, an denen Informationen hinein oder heraus fließen.

Die folgende Tabelle enthält eine Übersicht über die Analogie zwischen einem Computer-Gerät und einem durch eine Prozedur dargestellten Algorithmus:

EDV-Gerät	Algorithmus (Prozedur)
Schnittstelle(n)	Deklaration der Prozedur (Prozedurkopf mit Parameterliste)
Eingangsdatenstrom	Werteparameter ("Input-Parameter")
Ausgangsdatenstrom	Variablenparameter ("Output-Parameter")
Interner Aufbau	Implementierung der Prozedur
Gerät aktivieren	Prozedur aufrufen

3.1 Das klassische Client-Server-Netz 3.2 Das Peer-To-Peer-Netz 3.3 Ein Beispiel: Chatten 3.4 Geräte, Algorithmen, Schnittstellen

3.1 Das klassische Client-Server-Netz
3.2 Das Peer-To-Peer-Netz
3.3 Ein Beispiel: Chatten
3.4 Geräte, Algorithmen, Schnittstellen