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Architecture-Archi N tiers – IPI - page 1/25 Architecture Architecture N tiers SOMMAIRE SOMMAIRE 1 APPLICATION / ARCHITECTURE N TIERS 3 Sources 3 Bases 3 Vocabulaire : « tier » = couche 3 Application 4 3 niveaux d’abstraction de base des architectures 1, 2, 3 et N tiers 6 Architecture 1 tiers – Années 70 9 Principe d’une application 1 tiers : informatique centralisée 9 Architecture 1 tier centralisé 10 Architecture 1 tier réparties 10 Comparatif 11 Architecture 2 tiers : client-serveur – Années 80 13 Principe d’une application 2 tiers : l’architecture client-serveur des SGBD-R 13 Avantages et inconvénients 15 Abstraction du réseau par les sockets 16 Architecture 3 tiers : architecture répartie – années 90 17 Principe d’une application 3 tiers 17 Difficultés initiales des architectures 3 tiers 19 Apparition du WEB et généralisation des architectures 3 tiers 19 Vocabulaire : client léger et client lourd 19 Architecture N tiers : architecture distribuée – architecture 3 tiers distribuée 20 Principe d’une application N tiers 20 Application 4 tiers classique : MMVC 22 Répartition de la couche applicative 23 Conclusion 25 Limites du WEB 25 Futur du WEB 25

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Architecture

Architecture N tiers

SOMMAIRE

SOMMAIRE 1

APPLICATION / ARCHITECTURE N TIERS 3

Sources 3

Bases 3Vocabulaire : « tier » = couche 3Application 43 niveaux d’abstraction de base des architectures 1, 2, 3 et N tiers 6

Architecture 1 tiers – Années 70 9Principe d’une application 1 tiers : informatique centralisée 9Architecture 1 tier centralisé 10Architecture 1 tier réparties 10Comparatif 11

Architecture 2 tiers : client-serveur – Années 80 13Principe d’une application 2 tiers : l’architecture client-serveur des SGBD-R 13Avantages et inconvénients 15Abstraction du réseau par les sockets 16

Architecture 3 tiers : architecture répartie – années 90 17Principe d’une application 3 tiers 17Difficultés initiales des architectures 3 tiers 19Apparition du WEB et généralisation des architectures 3 tiers 19Vocabulaire : client léger et client lourd 19

Architecture N tiers : architecture distribuée – architecture 3 tiers distribuée 20Principe d’une application N tiers 20Application 4 tiers classique : MMVC 22Répartition de la couche applicative 23

Conclusion 25Limites du WEB 25Futur du WEB 25

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Edition avril 2019

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APPLICATION / ARCHITECTURE N TIERS

Sources Pour les bases historiques : http://www.info.univ-angers.fr/~gh/internet/ntiers.pdf http://profils.estia.fr/n.couture/ue_info/ACS_2004_04_02/acs.swf Ce poly reprend souvent à l’identique le contenu 2 qui lui même s’inspirait à l’évidence du contenu 1, en actualisant la problématique des architectures distribuées.

Bases

Vocabulaire : « tier » = couche «tier » : mot anglais = étage ou niveau ou couche Pluriel : « tiers ». Attention, « tiers » ce n’est pas le « tiers » français (1/3). La confusion est d’autant plus facile qu’on parle d’architecture 3 tiers ! Et que l’architecture la plus fondamentale est à 3 étages, 3 « tiers ». La confusion vient enfin du fait que le « tiers » anglais devient un concept français. On peut parler en français d’architecture 1 tiers. Retenir : « tiers » = étage, niveau, couche, abstraction.

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Application

Définition basique Application : programme exécutable sur une machine. Un programme est un outil logiciel offrant un ou plusieurs services à l’utilisateur. L’architecture d’un programme peut être une : • architecture simple : une application = un programme exécutable • architecture complexe : une application = plusieurs programme exécutables.

Les 3 étapes de bases d’une architecture simple 1. lire les données (les entrées) : saisie au clavier, lecture dans des fichiers 2. traiter les données 3. restituer les résultats (les sorties) : affichage à l’écran, écriture dans des fichiers

Séparation de l’IHM et des traitements Les traitements doivent être indépendant les lectures et des écritures et particulièrement de l’interface utilisateur (IHM). C’est l’architecture de base d’une application, qu’on va retrouver un peu partout.

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Utilisation de fonction C’est ce que permet l’utilisation de fonctions. Une application c’est : 1. Lire (a) 2. Traiter(entrée : a, sortie : b) 3. Ecrire (b)

Les étapes correspondent à 2 niveaux d’abstraction Ces trois étapes correspondent à deux niveau d’abstraction (ou couches) : • La couche interface utilisateur (IHM ou couche de présentation) • La couche traitement

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3 niveaux d’abstraction de base des architectures 1, 2, 3 et N tiers

3 niveaux d’abstraction Les architectures complexes répartissent classiquement les applications en trois niveaux d'abstraction, ou 3 couches : la couche de présentation, la couche applicative, la couche d’accès aux données :

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La couche présentation : IHM La première couche est la couche de présentation, encore appelée IHM pour Interaction Homme Machine. Cette couche permet l'interaction de l'application avec l'utilisateur : elle gère les saisies au clavier, les actions avec la souris et la présentation des informations à l'écran.

La couche applicative La deuxième couche est la couche applicative. Elle regroupe 2 types de traitements.

Ø Les traitements locaux Ils exécutent les contrôles effectués au niveau du dialogue avec l'IHM. Ils assurent la cohérence des informations entre la couche présentation et les traitements globaux. (JavaScript particulièrement).

Ø Les traitements globaux – la couche métier Ils représentent la couche métier de l'application. On parle parfois de logique métier (ou Business Logic) qui recouvre les traitements des règles internes qui régissent une entreprise donnée.

La couche d’accès aux données La troisième couche est celle des données, ou plus exactement, celle de l'accès aux données. Elle regroupe l'ensemble des mécanismes qui permettent la gestion des informations stockées par l'application.

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MVC L’architecture MVC (Modèle – Vue – Contrôleur) correspond exactement à cette distinction :

• Modèle : couche d’accès aux données. • Vue : couche de présentation. • Contrôleur : couche applicative.

Répartition des couches : les architectures 1, 2, 3 et N tiers Ces trois niveaux peuvent être imbriqués ou répartis de différentes manières entre plusieurs machines physiques. Le découpage et la répartition d'une application permettent de distinguer différentes architectures applicatives : • l'architecture 1 tiers • l'architecture 2 tiers : architecture client-serveur • l'architecture 3 tiers : architecture répartie • les architectures N tiers : architecture distribuée

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Architecture 1 tiers – Années 70

Principe d’une application 1 tiers : informatique centralisée Dans une application un tiers, les trois couches applicatives sont intimement liées et s'exécutent sur le même ordinateur. On ne parle pas ici d'architecture client-serveur, mais d'informatique centralisée. Dans un contexte multi-utilisateurs, on peut rencontrer deux types d'architecture mettant en œuvre des applications un tiers : • des applications sur site central (mainframe) • des applications réparties sur des machines indépendantes communiquant par partage de

fichiers.

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Architecture 1 tier centralisé Dans les années 70 les applications sur site central furent les premières à proposer un accès multi-utilisateurs. Dans ce contexte, les utilisateurs se connectent aux applications exécutées par le serveur central (le mainframe) à l'aide de terminaux incapables de réaliser la moindre tâche. C'est le serveur central qui prend en charge l'intégralité des traitements, y compris l'affichage qui est simplement déporté sur des terminaux passifs. Les 3 couches sont sur le mainframe.

Architecture 1 tier réparties Avec l'arrivée dans l'entreprise des premiers PC en réseau, il est devenu possible de déployer une application un tiers sur plusieurs ordinateurs indépendants. Dans ce contexte, plusieurs utilisateurs se partagent des fichiers de données stockés sur un serveur commun. Le moteur de base de données est exécuté indépendamment sur chaque poste client. Les 3 couches sont sur chaque PC.

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Comparatif

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Architecture 1 tier centralisé

Ø Avantages + Le serveur central (le mainframe) founit des outils de conception, de programmation et d'administration matures et fiables. + La centralisation de la puissance sur une seule et même machine permet une utilisation optimale des ressources.

Ø Inconvénients -- l’interface utilisateur en mode caractère est jugée obsolète par les utilisateurs qui veulent une convergence d’interface entre la bureautique et le SI de l'entreprise.

Architecture 1 tier répartie

Ø Avantages + L'ergonomie des applications mises en œuvre, basée sur celle des outils bureautiques, est très riche.

Ø Inconvénients -- Lors de l'exécution d'une requête, l'intégralité des données nécessaires doit transiter sur le réseau et on arrive vite à saturer ce dernier. -- risque de conflits et donc d’altération des données lors de la consultation ou de la modification simultanée d'un même enregistrement par plusieurs utilisateurs. -- Il la confidentialité des données est difficile à assurer.

Objectif d’une amélioration de l’architecture 1 tier : concilier les avantages des solutions centralisée et répartie, c’est-à-dire concilier la fiabilité des solutions sur site central et l’ergonomie des interfaces utilisateur des PC. C’est ce que va offrir l’architecture 2 tiers : client-serveur.

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Architecture 2 tiers : client-serveur – Années 80

Principe d’une application 2 tiers : l’architecture client-serveur des SGBD-R

Répartition des couches présentation, applicative, accès au données Pour améliorer l’architecture 1 tier, les 3 couches de l’application ont été réparties comme suit : • Gestion locale de la couche présentation : sur les PC (Vue) • Gestion locale de la couche applicative : sur les PC (Contrôleur) • Gestion centralisée de la couche d’accès au données : sur un serveur de données centralisé

(Modèle)

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Architecture client – serveur autour du SGBD-R Cette organisation est associée au développement des SGBD relationnel dont le premier est ORACLE en 1979. Les SGBD-R conduisent à la mise en place d’une architecture client-serveur de données ou « client-serveur de première génération ». C’est une architecture 2 tiers.

Architecture Client - Serveur

CLIENTS : les PC SERVEUR : le SGBD Le client : c’est un programme qui permet entre autres de soumettre des requêtes à un ou plusieurs serveurs. Le serveur : c’est également un programme qui tourne sur un ordinateur dans le seul but de répondre à des requêtes de logiciels tournant sur d'autres ordinateurs. Un serveur n’a pas d’interface utilisateur. Par extension on parle de machine serveur.

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Avantages et inconvénients

Avantages • Interface utilisateur riche • Données centralisées : efficace pour un nombre réduit de clients.

Inconvénients • Le « fat client » : on ne peut pas soulager la charge du poste client qui supporte la grande

majorité des traitements applicatifs. • La mise à jour de l’applicatif coûteuse : doit être faite sur chaque client. • La partageabilité impossible de la couche applicative ou de parties de la couche

applicative. La programmation Java avec machine virtuelle permettait de palier en partie à ces deux dernières limitations.

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Abstraction du réseau par les sockets Entre le client et le serveur circule un flux de données. Ces données sont échangées en utilisant des canaux de communication. Le plus souvent ce sont des « sockets ». Les sockets sont des canaux de communication virtuels fiabilisés permettant la communication point à point entre processus afin de permettre à des processus de communiquer au dessus du protocole IP. Au niveau du développement de l'application, l’utilisation de sockets permet de faire abstraction du transport des données, et donc du réseau.

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Architecture 3 tiers : architecture répartie – années 90

Principe d’une application 3 tiers

Répartition des couches présentation, applicative, accès au données Pour améliorer l’architecture 2 tiers, les 3 couches de l’application deviennent indépendantes et peuvent être réparties sur des machines différentes. • Gestion locale de la couche présentation et des traitement locaux de la couche applicative

: sur le poste client (Vue) • Gestion des traitements globaux de la couche applicative : sur un serveur d’application

(Controleur) • Gestion centralisée de la couche d’accès au données : sur un serveur de données centralisé

(Modèle)

CLIENTS SERVEUR d’APP. SERVEUR de BD

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Précisions Le poste client ne supporte plus l'ensemble des traitements, il est moins sollicité et peut être moins évolué, donc moins coûteux. On parle alors de client léger (ou thin client). C’est souvent le navigateur web qui joue le rôle de client léger. Mais on peut aussi développer une application avec son propre système d’IHM et qui soit un client léger communiquant avec un serveur d’application. Le serveur d’application peut s’exécuter sur la même machine que le serveur de données ou pas. La répartition des serveurs sur différentes machines permet une répartition des charges appelée « loadbalancing ». On peut faire face à une forte montée en charge en renforçant les machines serveur. Avec l’architecture 3 tiers on parle aussi d'architecture répartie.

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Difficultés initiales des architectures 3 tiers Dialogue propriétaire, non standard et donc cher entre les clients et les serveurs.

Apparition du WEB et généralisation des architectures 3 tiers

WEB et standardisation des langages Le serveur W3 constitue la pierre angulaire des architectures 3 tiers modernes.

WEB et standardisation des langages Le W3 a mis en place des standards pour la partie client : HTML, CSS, JavaScript. Cette normalisation a facilité le développement des applications 3-tiers.

Vocabulaire : client léger et client lourd

Client léger Un client léger est une application cliente qui ne gère que la couche présentation et les traitements locaux, et qui délègue les traitement globaux et l’accès aux données à des serveurs. Exemple classique : les applications web, sur les navigateurs, sont des clients légers (HTML et JavaScript) qui délègue au serveur d’application et au serveur de BD les traitements globaux.

Client lourd Un client lourd est une application cliente du serveur d’accès au données mais qui garde en local les traitements globaux.

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Architecture N tiers : architecture distribuée – architecture 3 tiers distribuée

Principe d’une application N tiers

Principes L'architecture N tiers a été pensée pour : • palier aux limitations des architectures 3 tiers • concevoir des applications puissantes et simples à maintenir. Attention, « N tiers » peut faire penser qu’on passe à plus de 3 niveaux d’abstraction (couche IHM, couche applicative, couche d’accès aux données). Il n’en est rien ! L'architecture N tiers qualifie la distribution de la couche applicative entre de multiples services et non la multiplication des couches.

Les composants ''métier'' de la couche applicative sont spécialisés et indépendants. Ils communiquent entre eux et peuvent donc coopérer en étant implantés sur des machines distinctes. Ce type d'architecture permet de distribuer librement la logique applicative, ce qui facilite la répartition de la charge entre tous les niveaux. A noter que l’IHM contient toujours la partie des traitements locaux de la couche applicative.

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Architecture distribuée

A la place d’architecture N tiers, on parle aussi d’architecture distribuée.

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Application 4 tiers classique : MMVC Un modèle classique à 4 tiers consiste à séparer la couche d’accès aux données en deux parties : une couche d’objet métier, le Modèle à proprement parler, et une couche d’accès aux données, le Manager (le sigle MMVC n’est pas standard).

La couche de présentation : V Elle contient les différents types de clients légers (ASP, JSP, PHP) ou lourds (Applet)

La couche applicative : C Elle se situe sur le serveur d’application. Elle contient les traitements représentant les services du métier.

La couche d'objets métier : M Elle se situe sur le serveur d’objets. Elle contient les objets métier c’est-à-dire les objets du domaine, c'est à dire l'ensemble des entités persistantes de l'application. Un objet métier est un concept, une abstraction, ayant un sens pour les acteurs du métier (du domaine de l’application). La couche d’objets métier assure l’indépendance totale entre le client et le type de stockage utilisé (SGBD, XML, etc).

La couche d'accès aux données : dataManager : M Elle se situe sur le serveur d’objets. Elle contient les usines d'objets métier, c'est à dire les classes chargées de créer des objets métier de manière totalement transparente, indépendamment de leur mode de stockage (SGBDR, Objet, Fichiers, ...).

Avantage de cette architecture Elle permet de rendre la couche applicative indépendante de la BD : la couche applicative passe par le dataManager pour accéder aux données.

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Répartition de la couche applicative

Notion de composant Un composant rend un service clairement identifié. Le service rendu est, si possible générique. Les composants peuvent communiquer entre eux tout en étant implanté sur des machines distinctes. Un composant fournit une interface. Un composant peut requérir d’autres interfaces fournies par d’autres composants.

Faire communiquer les composants logiciels entre eux Pour avoir une architecture distribuée, il faut rendre possible la communication des composants entre eux, même dans des environnements hétérogènes. Cela passe par la définition d’interfaces qui permettent d’exécuter les fonctions des composants requis et par l’échange de données via des formats standardisés (XML ou JSON par exemple). De nombreuses technologies ont vues le jour pour cela, dont certaines sont maintenant plus ou moins obsolètes :

• CORBA : Common Object Request Broker Architecture (obsolète)

• DCOM : Distributed Component Object Model (concurrent de CORBA, obsolète)

• Les web services

• API SOAP : Simple Object Access Protocol, API REST : Representational State Transfer

• Les EJB

• Technologies .NET

• Etc.

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Communication entre applications et composant : Middelware et API du middelware

Ø Le midleware (littéralement « élément du milieu ») C’est l'ensemble des couches réseau et couches services qui permettent le dialogue entre les applications réparties. L'objectif du middleware est de fournir aux applications (donc aux client) un accès et une manipulation simplifiés des services disponibles sur le réseau, et qui soit et transparente (de type « boite noire ». C’est une interface de communication de haut niveau.

Ø API du middleware API : Application Programming Interface. Les API du middelware et des applications fournissent des services qui permettent cette communication. Une API définit toujours un protocole de communication pour pouvoir l’utiliser. Par exemple : une application fournit sur son serveur d’application, un service (du code PHP par exemple) permettant d’accéder à des données. Ce service est utilisable simplement par n’importe quelle autre application, que ce soit à partir de ses traitements locaux de la couche applicative (en AJAX par exemple) ou de ses traitements globaux de la couche applicative.

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Conclusion

Limites du WEB

Les limitations graphiques du WEB Le WEB (HTML, CSS, JavaScript) ne permet pas encore de prendre en charge toutes les ergonomies fenêtrées. Les langages type Java et C et dérivés permettent de développer des clients lourds.

La montée en charge : le serveur est fortement sollicité Le serveur W3 constitue la pierre angulaire des architectures 3 tiers modernes. Les problèmes de montée en charge du système se posent à son niveau. Le client est soulagé mais le serveur est fortement sollicité.

Futur du WEB

Le développement graphique WEB Le développement graphique du WEB avec HTML-5 et CSS-3 associé au JavaScript ouvre de nombreuses possibilités : https://www.draw.io

Le développement d’applications côté client Exemple : Angular

La création de langages graphiques dédiés à des clients légers Pourrait apparaître : un langage graphique puissant, simple et standard, indépendant des navigateurs et du HTML (ou pas), permettant de gérer une Vue au sens du MVC, gérant ses traitements de données locales localement, et récupérant ses données globales sur le WEB à partir de serveurs d’applications. La question : pourquoi faire ?