2025.01.06

【2024年最新】基本情報技術者試験対策：クライアントサーバシステムの基礎知識と実践的な活用方法

oufmoui

情報処理技術者試験でよく出題されるクライアントサーバシステムについて、基礎から実践的な活用方法まで詳しく解説します。

システムの構成、特徴、メリット・デメリットを理解し、実務での活用方法も学べる内容となっています。

クライアントサーバシステムの基本概念

クライアントサーバシステムは、クライアントと呼ばれるコンピュータとサーバと呼ばれるコンピュータがネットワークを介して接続され、役割分担を行うことで処理を実行するシステムです。クライアントは、ユーザーからの入力や表示などの処理を担当します。一方、サーバは、データの管理や処理、クライアントからの要求への応答などを担当します。クライアントとサーバは、多くの場合、別々のハードウェア上のコンピュータネットワークを介して通信しますが、クライアントとサーバの両方が同じデバイス上にある場合もあります。

クライアントサーバ処理の仕組み

クライアントサーバ処理では、クライアントがサーバに対して要求を送信し、サーバがその要求に応答するという形で処理が進みます。クライアントとサーバ間の通信は、HTTP/HTTPS（Webサービスの場合）やSQL（データベースクエリの場合）などの要求-応答プロトコルに従います。

例えば、WebブラウザでWebページを閲覧する場合、Webブラウザがクライアントとなり、Webサーバに対してWebページのデータを送信するよう要求します。Webサーバは、その要求に応じてWebページのデータを送信し、Webブラウザは受信したデータを表示します。

銀行の顧客がWebブラウザ（クライアント）でオンラインバンキングサービスにアクセスする場合、クライアントは銀行のWebサーバに要求を送信します。顧客のログイン資格情報はデータベースに保存されている可能性があり、Webサーバはクライアントとしてデータベースサーバにアクセスします。アプリケーションサーバは、銀行のビジネスロジックを適用して返されたデータを解釈し、Webサーバに出力を提供します。最後に、Webサーバは結果をクライアントWebブラウザに返して表示します。この一連のクライアント – サーバメッセージ交換の各ステップで、コンピュータは要求を処理し、データを返します。これが要求 – 応答メッセージングパターンです。

２層クライアントサーバシステム

２層クライアントサーバシステムは、クライアントとサーバの２つの層で構成されるシンプルなシステムです。クライアントは、ユーザーインターフェースやアプリケーションロジックなどを担当し、サーバは、データの管理や処理などを担当します。しかし、システムの規模が大きくなると、クライアントとサーバの処理負荷が大きくなり、パフォーマンスや保守性が低下するという問題がありました。そこで、より複雑なシステムに対応するために、3層クライアントサーバシステムが登場しました。

３層クライアントサーバシステム

３層クライアントサーバシステムは、クライアント、アプリケーションサーバ、データベースサーバの３つの層で構成されるシステムです。

それぞれの層は以下のような役割を担います。
クライアントシステム：プレゼンテーション層を制御します。
アプリケーションサーバ：アプリケーション層を管理します。
サーバシステム：データベース層を監督します。

クライアントは、ユーザーインターフェースを担当し、アプリケーションサーバは、アプリケーションロジックやビジネスロジックなどを担当し、データベースサーバは、データの管理や処理などを担当します。

3層クライアントサーバシステムは、プレゼンテーション層、アプリケーション層、データ層にシステムを分割することで、処理を分担し、各層の独立性を高めています。これにより、スケーラビリティ、保守性、および効率が向上します。また、パフォーマンス、柔軟性、再利用性も向上します。懸念事項を分離することにより、このモデルはリソース管理を最適化し、独立したスケーリングと更新を可能にするため、複雑な分散システムに人気があります。

WebSphere Application Serverは、3層アーキテクチャでアプリケーションロジック層を提供し、クライアントコンポーネントがデータリソースおよびレガシーアプリケーションと対話できるようにします。総称して、3層アーキテクチャは、通常、次の3つの独立したシステムにアプリケーション機能を分散できるようにするプログラミングモデルです。

ローカルワークステーションで実行されているクライアントコンポーネント（ティア1）
リモートサーバーで実行されているプロセス（ティア2）
データベース、リソースマネージャー、およびメインフレームアプリケーションの個別の集合（ティア3）

分散システムにおける通信

分散システムにおけるコミュニケーションは、主にメッセージパッシングによって行われます。メッセージパッシングとは、少なくとも2つのプロセッサ間でメッセージを交換することによって相互作用することです。

プレゼンテーション層、ファンクション層、データベースアクセス層

３層クライアントサーバシステムでは、各層をプレゼンテーション層、ファンクション層、データベースアクセス層と呼ぶこともあります。

プレゼンテーション層: ユーザーインターフェースを担当する層
ファンクション層: アプリケーションロジックやビジネスロジックなどを担当する層
データベースアクセス層: データの管理や処理などを担当する層

ストアドプロシージャ

ストアドプロシージャは、データベースサーバに格納された手続き型のプログラムです。クライアントからストアドプロシージャを実行する要求を送信することで、データベースサーバ側で一連のSQL文などの処理を実行することができます。これにより、クライアントとサーバ間の通信量を削減し、処理効率を向上させることができます。また、データベースサーバ側で処理を集中管理することで、セキュリティや保守性を向上させることもできます。

リモートプロシージャコール（RPC）

RPC (Remote Procedure Call) は、ネットワークを介して他のコンピュータ上のプログラムを呼び出すための技術です。クライアントサーバシステムでは、クライアントがサーバ上のプログラムを呼び出すためにRPCを使用することがあります。RPCを使用することで、クライアントはあたかも自分のコンピュータ上でプログラムを実行しているかのように、サーバ上のプログラムを呼び出すことができます。

シンクライアントシステム

シンクライアントシステムは、クライアント側に最小限の処理能力しか持たないシステムです。クライアントは、ユーザーインターフェースや入力処理などを担当し、ほとんどの処理はサーバ側で実行されます。

シンクライアントシステムの利点としては、クライアント側のハードウェアコストを削減できること、クライアント側の管理が容易になること、セキュリティリスクを低減できることなどが挙げられます。

シンクライアント/サーバアーキテクチャを約1000人の学生と500人のスタッフがいる公立大学で利用するために、現在、合計270台のシンクライアント（学生用222台、スタッフ用48台）を設置しています。また、7台のターミナルサーバーと2台のファイルサーバーも設置しています。

シンクライアントネットワークは、ユーザー側の技術的な問題を最小限に抑え、ウイルス攻撃のリスクを軽減します。これは、サーバ上で集中管理されているためです。

クライアントサーバシステムの利点

クライアントサーバシステムには、以下のような利点があります。

集中管理: データやアプリケーションをサーバで集中管理することで、データの整合性を保ちやすくなる。
セキュリティの向上: サーバでセキュリティ対策を集中管理することで、セキュリティレベルを高めることができる。
保守性の向上: アプリケーションの更新やメンテナンスをサーバ側で行うことができるため、クライアント側の作業が軽減される。
スケーラビリティ: サーバの性能を向上させることで、システム全体の処理能力を向上させることができる。
リソースの共有: サーバのリソースを複数のクライアントで共有することができるため、リソースを効率的に利用できる。

クライアントサーバシステムの欠点

クライアントサーバシステムには、以下のような欠点もあります。

サーバへの依存: サーバがダウンすると、システム全体が利用できなくなる。
ネットワークへの依存: ネットワークの障害が発生すると、システムが利用できなくなる。
セキュリティリスク: サーバが攻撃されると、システム全体が危険にさらされる。
コスト: サーバの構築や運用にコストがかかる。

練習問題

問題1
次のうち、クライアントサーバシステムの説明として正しいものはどれか。
クライアントとサーバがネットワークを介して接続され、役割分担を行うことで処理を実行するシステムである。
クライアントとサーバが同じコンピュータ上で動作し、役割分担を行うことで処理を実行するシステムである。
クライアントとサーバが独立して動作し、必要に応じてデータを交換することで処理を実行するシステムである。
クライアントとサーバが階層構造で接続され、上位のサーバが下位のサーバを制御することで処理を実行するシステムである。

問題2
３層クライアントサーバシステムにおいて、アプリケーションロジックを担当する層はどれか。
プレゼンテーション層
ファンクション層
データベースアクセス層
ネットワーク層

問題3
シンクライアントシステムの特徴として適切なものはどれか。
クライアント側に高い処理能力が必要である。
クライアント側でほとんどの処理を実行する。
サーバ側に高い処理能力が必要である。
サーバ側でほとんどの処理を実行する。

練習問題の解説

問題1
正解は 1 です。クライアントサーバシステムは、クライアントとサーバがネットワークを介して接続され、役割分担を行うことで処理を実行するシステムです。

問題2
正解は 2 です。３層クライアントサーバシステムにおいて、アプリケーションロジックを担当する層はファンクション層です。

問題3
正解は 4 です。シンクライアントシステムの特徴は、サーバ側でほとんどの処理を実行することです。

まとめ

この記事では、基本情報技術者試験の出題内容を踏まえ、クライアントサーバシステムについて解説しました。

クライアントサーバシステムは、クライアントとサーバがネットワークを介して接続され、役割分担を行うことで処理を実行するシステムです。クライアントサーバシステムには、2層クライアントサーバシステムと3層クライアントサーバシステムがあります。3層クライアントサーバシステムは、プレゼンテーション層、ファンクション層、データベースアクセス層の3つの層で構成されます。

クライアントサーバアーキテクチャは、モジュール化を促進し、異なる層の独立した更新とスケーリングを可能にします。これは、現代のソフトウェア開発における重要な利点です。

シンクライアントシステムは、クライアント側に最小限の処理能力しか持たないシステムです。ほとんどの処理はサーバ側で実行されます。

クライアントサーバシステムには、集中管理、セキュリティの向上、保守性の向上、スケーラビリティ、リソースの共有などの利点があります。一方、サーバへの依存、ネットワークへの依存、セキュリティリスク、コストなどの欠点もあります。

クライアントサーバシステムは、現代のコンピュータシステムにおいて重要な役割を担っています。基本情報技術者試験に向けて、クライアントサーバシステムの構成、種類、特徴、利点、欠点などをしっかりと理解しておきましょう。

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