Bases de Datos Distribuidas: Arquitectura Cliente/Servidor

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1 Bases de Datos Distribuidas: Arquitectura Cliente/Servidor Instituto Tecnológico Superior de los Ríos Ing. en Sistemas Computacionales 30 de enero de 2012 Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 1/51

2 Contenido 1 Introducción Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 2/51

3 Introducción Con la llegada de las redes de computadoras en los primeros años de los 70s, la industria de las computadoras y comunicaciones empezaron a convergir Las leyes de Moore han predecido que la velocidad de los procesadores es del doble cada 18 meses. Para el año 2047 sería de un billón de veces más rápido comparado con 1997 Las computadoras estarían en todas partes, incluyendo el cuerpo humano y en casí todas las herramientas de trabajo y todas estarían interconectadas El modelo cliente servidor surgió con la convergencia de las computadoras y las comunicaciones Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 3/51

4 Introducción Una arquitectura es un conjunto de definiciones, reglas y términos que se emplean para construir un producto La arquitectura Cliente/Servidor es un tipo de cómputo distribuido y cómputo cooperativo Las partes que intervienen en esta arquitectura son el cliente (generador de peticiones), el servidor (ofrece el servicio) y el elemento que enlaza es la red de cómputo Los actores establecen una comunicación entre pares, o sea de igual a igual, dado que los clientes de una aplicación pueden actuar como servidores de otra Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 4/51

5 Cliente/Servidor: Propiedades Clientes y Servidores son Procesos separados Pueden Correr en la misma o en diferente máquina Cada Proceso oculta su información interna Cada proceso puede implementar su propio conjunto de reglas del negocio Los procesos se comunican con protocolos peer to peer Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 5/51

6 Ventajas de la Arquitectura Cliente/Servidor Permite un mejor aprovechamiento de la capacidad de cómputo (reparte el trabajo) Reduce el tráfico en la red (viajan solicitudes) Opera bajo sistemas abiertos Permite el uso de interfaces gráficas versátiles Escalable Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 6/51

7 Desventajas de la Arquitectura Cliente/Servidor Difícil de construir Puede llegar a ser menos estable Susceptible a cargar la red Falta de especialistas Difícil de depurar (debugging) Difícil de probar Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 7/51

8 Definiendo los Componentes C/S Servidor: Conjunto de software y hardware que responde a los requerimientos de un cliente Tipos de Servidores Servidor de archivos Servidor de bases de datos Servidor de comunicaciones Servidor de impresión Servidor de terminal Servidor de aplicaciones, de imágenes, etc. Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 8/51

9 Definiendo los Componentes C/S Cliente. Conjunto de software y hardware que involucra los servicios de uno o varios servidores El Cliente oculta al servidor y la red Detecta e intercepta peticiones de la aplicación y puede redireccionarla Dedicado a la sesión del usuario (inicia... termina) El método más común por el cual solicita los servicios a un servidor es por medio de RPCs 1 1 Un RPC es un procedimiento que se ejecuta en otra máquina diferente a la que hizo la invocación. Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 9/51

10 Definiendo los Componentes C/S Red de Cómputo: Conjunto de software y hardware que enlaza a los clientes con los servidores. Se clasifican en los siguientes tipos: Redes de área local (LAN) Redes de área metropolitana (MAN) Redes de área amplia (WAN) Tecnologías que se pueden aplicar: Ethernet ( Mbps), Token Ring (4 o 16 Mbps), FDDI (100 Mbps), CDDI (100 Mbps), ATM ( Mbps), Frame Relay (2.048 Mbps) Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 10/51

11 Atributos de la Comunicación El cliente debe localizar e iniciar la comunicación con el servidor (o servidores) El modelo ejecuta el programa en el servidor y sólo se mandan los resultados de I/O (tráfico = datos leídos o escritos) Estilo transaccional y cooperativo Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 11/51

12 Ejemplos Cliente-servidor telnet FTP NFS X Window System World Wide Web... Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 12/51

13 Contenido 1 Introducción Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 13/51

14 Paradigma Cliente-Servidor Patrón arquitectónico para el desarrollo de sistemas distribuidos Distribuye una aplicación entre 2 o más componentes especializados cuya ejecución se distribuye entre 1 o más equipos Define dos tipos de entidades diferenciadas (asimétricas) que se responsabilizan de acciones diferentes: clientes y servidores Especifica 2 tipos de procesos con roles diferenciados Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 14/51

15 Paradigma Cliente-Servidor Define un modelo de interacción basado en el concepto de servicio implementado sobre un diálogo petición-respuesta Cliente inicia el diálogo mediante el envío de peticiones Servidor presta el servicio y responde las peticiones recibidas Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 15/51

16 Paradigma Cliente-Servidor Especifica el modo en que se sincronizan los procesos Cliente (parte activa) demanda servicios a los servidores se asume que cada petición deberá obtener respuesta diseñado para soportar la interacción con el usuario final Servidor (parte pasiva) espera las peticiones de los clientes procesa esas peticiones y envía una respuesta diseño orientado a maximizar la eficiencia Posibilidad de aplicar el patrón cliente-servidor en múltiples niveles de abstracción dentro de un mismo sistema distribuidos Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 16/51

17 Contenido 1 Introducción Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 17/51

18 Una aplicación cliente servidor se basa en el modelo de solicitud-respuesta El caso más simple corresponde a la situación en la cual una aplicación (el cliente) solicita un recurso y otra (el servidor) la atiende para brindarle el servicio de ser posible Modelo Simple de interacción Cliente-Servidor Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 18/51

19 Un ejemplo de aplicación cliente servidor corresponde a los denominados Sitios de Conversación (Chat) Modelo cliente servidor para un Chat Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 19/51

20 Procesos básicos que se ejecutan durante la operación del Chat: Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 20/51

21 Bajo este esquema cada vez que el servidor recibe un nuevo texto, dado que se produce un cambio en el pizarrón, se envían a los clientes activos los cambios y en consecuencia todos pueden leer lo que los demás escriben de manera local en sus terminales, incluyendo sus propios textos. Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 21/51

22 Es lógico esperar que si el servidor se apaga o se desconecta de la red, entonces los clientes perderán contacto y para reanudarlo requieren que la rutina vuelva a comenzar Este es uno de los cuellos de botella típicos de los sistemas cliente-servidor, cuando falla la aplicación servidora o bien el enlace de red, el sistema estero falla, a pesar que los clientes estén arriba Esto se debe a que la aplicación es fuertemente dependiente de la parte servidora Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 22/51

23 Las aplicaciones de esta clase se conforman al menos de tres partes: El servidor El Enlace El Cliente Elementos básicos de un Sistema Cliente Servidor Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 23/51

24 Cuando en el sistema opera un solo servidor y un solo cliente se dice que tenemos una Aplicación Cliente Servidor Simple Este modelo se puede desarrollar incluso en una misma estación de trabajo En particular es el caso de una DBMS que se ejecuta en una máquina y en la misma máquina se ejecuta un programa que interactúa con el DBMS realizando una o varias tareas En éste ejemplo podemos identificar como servidor al DBMS y como cliente a la aplicación del usuario Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 24/51

25 a) Características de los clientes Componente del sistema que interactúa con el usuario No comparte sus recursos con otros clientes (en general) No tiene restricciones especiales respecto a rendimiento, fiabilidad y escalabilidad no requiere equipos de altas prestaciones fallo en un cliente no afecta al resto del sistema Debe dar soporte a restricciones relativas a ergonomía (facilidad de uso) y seguridad (evitar comprometer los demás componentes) Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 25/51

26 b) Características de los servidores Componente del sistema que presta servicios al cliente Gestiona y comparte sus recursos con los clientes que sirve Suele tener restricciones especiales respecto a redimiento, fiabilidad, escalabilidad y seguridad capacidad suficiente para atender múltiple clientes fallos en el servidor son críticos e invalidan el sistema el núm. de clientes (peticiones) puede ser muy variable y aumentar si se requiere evitar comprometer la seguridad de los recursos o datos gestionados y de los clientes Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 26/51

27 c) Características del middleware Componente del sistema que da unidad y abstrae las peculiaridades de las plataformas (hardware y S.O.) de clientes y servidor Gestiona los aspecto de bajo nivel para ofrecer un interfaz común y coherente para el desarrollo de clientes y servidores Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 27/51

28 c) Características del middleware (cont... ) Misiones principales soporte al envío/recepción de mensajes adaptación del formato de la información intercambiada (marshaling/aplanamiento) localización y acceso transparente a recursos/servicios: nombrado, direccionamiento soporte al paradigma de abstracción: stubs/skeletons en RPC, RMI, CORBA, etc otros servicios: seguridad, replicación, control concurrencia,... Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 28/51

29 c) Características del middleware (cont... ) Combina e integra servicios de bajo nivel (S.O.): seguridad, autorización/permisos, ficheros distribuidos,... servicios de red: librerías, pila de transporte TCP/IP,... servicios específico (abstracción)s: acceso a datos, portmapper, ORB,... Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 29/51

30 c) Características del middleware (cont... ) Aproximaciones (de menor a mayor nivel de abstracción) middleware de paso de mensajes: interfaz de sockets (esquema petición-respuesta) middleware de invocación de métodos remota: RPC (llamadas a funciones) middleware de objetos distribuidos: RMI, CORBA (interacción entre objetos) Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 30/51

31 Contenido 1 Introducción Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 31/51

32 Esquema abstracto de aplicaciones distribuidas genéricas (capas) corresponde con las funciones típicas en un sistema Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 32/51

33 Esquema abstracto de aplicaciones distribuidas genéricas (capas) corresponde con las funciones típicas en un sistema Capa de presentación (interfaz de usuario) interacciona con el usuario, presenta los datos y recibe las entadas Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 32/51

34 Esquema abstracto de aplicaciones distribuidas genéricas (capas) corresponde con las funciones típicas en un sistema Capa de presentación (interfaz de usuario) interacciona con el usuario, presenta los datos y recibe las entadas Capa de aplicación/negocio (lógica de aplicación) responsable de las tareas propias de la aplicación concreta aplica las reglas de negocio sobre los datos y las entradas de usuario Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 32/51

35 Esquema abstracto de aplicaciones distribuidas genéricas (capas) corresponde con las funciones típicas en un sistema Capa de presentación (interfaz de usuario) interacciona con el usuario, presenta los datos y recibe las entadas Capa de aplicación/negocio (lógica de aplicación) responsable de las tareas propias de la aplicación concreta aplica las reglas de negocio sobre los datos y las entradas de usuario Capa de datos (almacenamiento y acceso a datos) responsable de la gestión y almacenamiento permanente de los datos Cada tipo de sistema cliente-servidor distribuye esas capas de modo distinto entre los componentes cliente y servidor Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 32/51

36 Clasificación dependiendo de las responsabilidades asignadas al cliente Cliente ligero (thin client) No implementa ningún aspecto de la lógica de aplicación Simplemente actúa como intermediario entre usuario y servidor recoge entradas y las envía al servidor presenta datos y resultados del servidor Mínimos requisitos respecto a recursos hardware Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 33/51

37 Cliente ligero (thin client, cont... ) Aumenta la complejidad del servidor (mayores responsabilidades) Ejemplo: clientes basados en navegadores web (JSP, ASP,... ) capa de presentación repartida entre servidor (genera HTML al vuelo ) y cliente (navegador) En últimos años surgen clientes ligeros ricos (tecnologías AJAX) clientes basados en navegadores web + soporte de interacciones complejas (javascript, carga XML asíncrono,... ) Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 34/51

38 Cliente pesado (fat client) Implementa la mayor parte de la lógica de aplicación Realiza procesamiento sobre datos de usuario antes de comunicar con servidor Requiere equipos con capacidad de proceso y/o almacenamiento de datos Servidor sencillo (responsabilidades mínimas, gestión datos) Ejemplo: aplicación cliente contra servidor de base de datos Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 35/51

39 Cliente híbrido Implementación de lógica de aplicación repartida entre cliente y servidor Ejemplo: aplicación cliente contra servidor de base de datos con procedimientos almacenados Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 36/51

40 Clasificacón en función de la ubicación física de las distintas funcionalidades Ejemplo Modelo tradicional: 2-tier (cliente-servidor en 2 niveles) Servidores de Archivos Servidores de Bases de datos con store procedures Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 37/51

41 Modelo tradicional: 2-tier (cliente-servidor en 2 niveles, cont... ) Un cliente se localiza en un sitio físico bien definido y lo mismo sucede con el servidor Un único servidor atiende a múltiples clientes Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 38/51

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43 Modelo tradicional: 2-tier (cliente-servidor en 2 niveles, cont... ) Problemas escasa escalabilidad en servidores de lógica de negocio compleja o con grandes bases de datos (difícil replicación, etc) rigidez: modificaciones en la lógica de aplicación suponen grandes cambios en la totalidad de clientes difícil evolución del servidor Limitación principal: alto acoplamiento/dependencia del cliente respecto del servidor Clientes ligeros, pesados o híbridos Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 40/51

44 Ejemplo Modelo 3-tier (cliente-servidor en 3 niveles) Servidor de aplicaciones web Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 41/51

45 Modelo 3-tier (cliente-servidor en 3 niveles, cont... ) Extensión del modelo tradicional que pretende aumentar el desacoplamiento entre servidor y clientes Introduce un nivel intermedio (separa servidor en 2 componentes) cliente dedicado casi exclusivamente a interfaz de usuario servidor comparte con nivel intermedio la lógica de la aplicación el reparto preciso depende del modelo concreto seguido En este modelo se separa la lógica de la aplicación de la interfase ubicada en el lado del cliente y del DBMS situado en el lado del servidor Clientes ligeros o híbridos Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 42/51

46 Modelo 3-tier (cliente-servidor en 3 niveles, cont... ) Este modelo se aplica en los siguientes casos: Cuando se ofrecen muchos servicios en el lado del server Si las aplicaciones que se ejecutan en el server se operan con diferentes lenguajes (tipo intérprete) Se manejan sistemas de BD heterogéneos Hay muchas transacciones por unidad de tiempo Hay muchos usuarios conectados simultáneamente Existe mucha comunicación entre las aplicaciones Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 43/51

47 Modelos n-tier ó multi-tier (cliente-servidor en n niveles) Generalización del modelo 3-tier (añade nuevas capas) La lógica de aplicación se reparte en diferentes capas/niveles ubicadas entre el cliente y los datos Las capas intermedias se proporcionan servicios entre si cada nivel se comunica sólo con los niveles contiguos a través de interfaces bien definidos Estructura típica en sistemas basados en componentes distribuidos (objetos distribuidos) Clientes ligeros o híbridos Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 44/51

48 Modelos n-tier ó multi-tier (cliente-servidor en n niveles, cont... ) Se utiliza principalmente cuando: La operación se realiza mediante la colaboración de varios servidores de software en el lado del server o bien los clientes acceden a varios servicios según sea su necesidad Se tiene una arquitectura compleja compuesta por varios servicios serializados que de manera conjunta resulten algunos problemas específicos Ejemplos de esta arquitectura: Sistemas de acceso a BD mediante interfases WEB Sistemas que utilizan Proxies y Firewalls Sistemas de manejo remoto de archivos con derecho a ejecución Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 45/51

49 Modelos n-tier ó multi-tier (cliente-servidor en n niveles, cont... ) Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 46/51

50 Beneficios de las arquitecturas multinivel Elementos críticos de la lógica de negocio ubicados en nivel medio más cercanos a la capa de datos eficiencia de acceso sólo los datos realmente necesarios llegan al cliente Mayor flexibilidad y modularidad Escalabilidad: facilita añadir recursos para soportar mayor núm. de clientes Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 47/51

51 Beneficios de las arquitecturas multinivel (cont... ) Extensibilidad: facilita añadir nuevas funcionalidades al sistema sin afectar a los clientes existentes Seguridad: facilidad para propagar autenticación y permisos a través de las distintas capas Facilidades de desarrollo y administración: reusabilidad de componentes aislamiento frente a cambios en otras capas independencia frente a cambios en base de datos Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 48/51

52 Desventajas de las arquitecturas multinivel Complejidad: mayor núm. de elementos hardware y software a definir, gestionar y mantener interacciones complejas entre componentes dificultad para detectar, asilar y coregir fallos Coste de comunicaciones: mayor latencia y consumo de ancho de banda (atravesar capas distribuidas por la red) Coste de mantenimiento: al crecer las capas aumenta el coste de instalación y mantenimiento Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 49/51

53 2-capas no pueden crecer 3-capas crean niveles de servicio y minimizan el tráfico de la red Multi-capas no tienen ĺımite de crecimiento Se recomienda un sistema cliente/servidor de 3-capas cuando: Se tienen muchas clases o aplicaciones Las aplicaciones están en distintos lenguajes Existen 2 diferentes SMBD Se planean modificar o mejorar las aplicaciones Alta sobrecarga de transacciones o usuarios Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 50/51

54 Habilidades para desarrollar aplicaciones Cliente/Servidor Diseño de Bases de Datos Procesamiento de transacciones Diseño de interfaces gráficas Experiencia en sistemas de comunicación Experiencia en Internet Objetos distribuidos e infraestructura de componentes Bases de Datos Distribuidas:Arquitectura Cliente/Servidor 51/51

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