PDF de programación - Arquitecturas, paradigmas y aplicaciones de los sistemas distribuidos

Arquitecturas,
paradigmas
y aplicaciones
de los sistemas
distribuidos

Joan Manuel Marquès i Puig
Xavier Vilajosana i Guillén
Pedro A. García López

P07/M2106/02839

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Arquitecturas, paradigmas y aplicaciones de los sistemas distribuidos

Índice

Introducción .............................................................................................. 5

Objetivos ..................................................................................................... 8

1. Conceptos previos de sistemas distribuidos ................................. 9

2. Estilos arquitectónicos de sistemas distribuidos ........................ 13

3. Tipos de arquitecturas de los sistemas distribuidos .................. 14
3.1. Arquitecturas centralizadas ............................................................... 14
3.1.1. Cliente-servidor ...................................................................... 14
3.2. Arquitecturas descentralizadas ......................................................... 19
3.2.1. No estructuradas ..................................................................... 21
3.2.2. Estructuradas ........................................................................... 25
3.3. Paradigma de publicación-suscripción ............................................. 34
3.3.1. Sistemas distribuidos basados en eventos .............................. 37
3.4. Código móvil .................................................................................... 39

4. Aplicaciones de los sistemas distribuidos ..................................... 43
4.1. Sistemas computacionales distribuidos ............................................ 43
4.1.1. Clusters .................................................................................... 43
4.1.2. Grid ......................................................................................... 44
4.1.3. Sistemas computacionales usando recursos

de los extremos de Internet .................................................... 49
4.2. Sistemas de información distribuidos .............................................. 50
4.3. Sistemas distribuidos omnipresentes ................................................ 51

Resumen ...................................................................................................... 54

Actividades ................................................................................................. 57

Solucionari ................................................................................................. 58

Glosario ....................................................................................................... 58

Bibliografía ................................................................................................ 59

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Introducción

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Arquitecturas, paradigmas y aplicaciones de los sistemas distribuidos

Napster

El Napster fue la primera apli-
cación popular de intercambio
de ficheros que seguía el mo-
delo de igual a igual. Permitía
el intercambio de ficheros en
formato MP3 entre usuarios
finales de Internet. Seguía un
modelo de igual a igual no pu-
ro: un índice centralizado y las
canciones repartidas en los or-
denadores de los usuarios que
las aportaban. Una vez lo-
calizada la ubicación de la
canción preguntando al índice,
la bajada de canciones se hacía
directamente entre los ordena-
dores de los usuarios.

Internet es un recurso compartido formado por millones de ordenadores re-
partidos por todo el mundo que están conectados por medio de redes. El nú-
mero de aplicaciones y usuarios conectados a este megasistema informático
no para de crecer. La introducción de la web en 1994 comportó un cambio
radical a Internet. Ésta empezó un proceso de generalización frenético que
todavía dura hoy. Sin embargo, es durante el año 2000 que mucha gente se
da cuenta de que Internet es algo más que correo electrónico, web y servicios
comerciales por web. Con la explosión del fenómeno Napster, una nueva vi-
sión de Internet se hace realidad: la Red es un entorno idóneo para el inter-
cambio y la compartición. Los usuarios conectados dejan de ser simples
elementos pasivos que se conectan y extraen contenidos de Internet, y se
convierten en suministradores de contenidos y de recursos. Y lo que es más
importante, esta compartición se hace a partir de formar comunidades y co-
laborar directamente utilizando los ordenadores de los usuarios. Lo que el
Napster proporcionó al público de Internet no fue sólo una manera fácil de
obtener cualquier canción en formato MP3 sin tener que pagar. Sobre todo,
significó un cambio de mentalidad respecto de qué es, cómo se organiza y
para qué puede servir Internet.

Centrando esta reflexión en torno a los objetivos de este módulo es importan-
te darnos cuenta que tanto el Napster como sus sucesores: Gnutella, KaZaA,
eMule, BitTorrent, etc. apuestan por la descentralización –tanto en la aporta-
ción de contenidos como en la administración del sistema–, la escala –son sis-
temas formados por millones de usuarios repartidos por toda Internet–, la
autonomía –los recursos para que los sistemas funcionen (o como mínimo la
mayor parte de éstos) los aportan los mismos usuarios del sistema–, y la auto-
organización –el sistema se adapta de manera automática a los cambios que
suceden en el sistema (conexiones, desconexiones, fallos, movilidad, etc.). El
modelo de arquitectura que siguen lo denominamos de igual a igual o entre
iguales (peer-to-peer en inglés), y se diferencia muy claramente de la arquitec-
tura web, la gran dominadora de Internet durante la década de los 90, que es
una arquitectura centralizada (en la arquitectura web los nodos servidores
aportan contenidos y recursos; y los nodos clientes acceden a los mismos). An-
tes de empezar a concretar cada una de las arquitecturas que trataremos en este
módulo, haremos un breve repaso de la historia de Internet, y esto nos ayu-
dará a entender las diferentes arquitecturas de sistemas distribuidos que han
dominado en cada momento.

Internet se creó a finales de los sesenta con el objetivo de compartir recur-
sos de procesamiento que estaban esparcidos por todo Estados Unidos y
que hasta aquel momento estaban aislados los unos de los otros. El reto que

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Arquitecturas, paradigmas y aplicaciones de los sistemas distribuidos

Usenet

Usenet es un sistema que,
sin utilizar un control cen-
tralizado, copia ficheros entre
ordenadores.

tenían delante era conseguir integrar las redes existentes en aquel momen-
to, y también las posibles tecnologías futuras, en una única arquitectura de
red que permitiera a todos los nodos tener un papel al mismo nivel (todos
los nodos iguales entre sí). Cualquier ordenador podía enviar paquetes a
cualquier otro. El uso principal que se daba a la red era que diferentes in-
vestigadores colaborasen. Una muestra de este espíritu colaborativo es que
hasta finales de los ochenta no empiezan a aparecer los primeros cortafue-
gos. A pesar de que desde el principio había aplicaciones como el FTP y
Telnet, que por naturaleza son cliente-servidor, dado que todos los nodos
implementaban tanto la parte cliente como la parte servidora, el uso que
se hacía de las mismas era totalmente simétrico. Cualquier nodo podía ha-
cer Telnet o FTP a cualquier otro nodo. Otras aplicaciones de esta primera
época son los mensajes Usenet (Usenet news), que implementaban un con-
trol totalmente descentralizado de los contenidos de los grupos; y el correo
SMTP, en el que cada servidor de correo se conecta directamente con cual-
quier otro para hacer llegar el correo dirigido a este servidor.

A finales de los ochenta y principios de los noventa, las arquitecturas cliente-
servidor se empiezan a imponer como la manera más rápida y económica para
dar soporte a grandes cantidades de usuarios no técnicos. Una de las ventajas de
estas arquitecturas es que también permitían que se utilizaran PC, que eran or-
denadores menos potentes y más económicos.

En el año 1994 se produce la explosión de Internet, que la cambió radicalmen-
te. Millones de personas se incorporan a este medio para enviar correo electró-
nico, leer páginas web y comprar. Internet deja de ser un reducto de científicos
para convertirse en un fenómeno cultural de masas. Una de las principales
consecuencias es que cambia radicalmente su arquitectura: el uso de cortafue-
gos se generaliza; muchos de los usuarios, cada vez que se conectan, utilizan
una dirección IP distinta; muchos de los usuarios se conectan con módems o
utilizando conexiones asimétricas (como la ADSL o el cable). La arquitectura
que se impone en esta nueva etapa es la arquitectura web, basada en el modelo
cliente-servidor. Un tercer concepto también muy importante es que Internet
se convierte en una oportunidad de negocio, hecho que acelera todavía más
este crecimiento. Este carácter comercial de Internet se construye en torno a
la centralización que ofrece la arquitectura cliente-servidor de la web.

A finales de los noventa ya hay mucha gente conectada a Internet. En este mo-
mento se empieza a extender el uso de aplicaciones que necesitan una arqui-
tectura diferente de la que ofrece el modelo cliente-servidor. El primer ejemplo
claro es la mensajería instantánea. Sin embargo, durante el año 2000 la gente
empieza a tomar conciencia de que hay algo que está cambiando. Aparece
Napster y, en poco tiempo, se populariza como manera de intercambiar direc-
tamente ficheros MP3 entre los usuarios finales de Internet. Napster no es sino
el ejemplo más popular de una nueva manera descentralizada y autoorganiza-
da de hacer sistemas distribuidos, que se escalan perfectamente a millones de

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nodos, que intercambian, comparten o almacenan información y usando sólo
los re