PDF de programación - Arquitectura de aplicaciones web

Arquitectura de
aplicaciones web

Leandro Navarro Moldes

P07/M2106/02842

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Índice

Arquitectura de aplicaciones web

Introducción ............................................................................................

Objetivos ...................................................................................................

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1. Características de la demanda de páginas web ........................... 7

2. Organización de las aplicaciones en servidores web ................. 15
2.1. Organización del servidor web ......................................................... 15
2.2. Organización de las aplicaciones web .............................................. 17
2.3. Interfaz común de pasarela (common gateway interface, CGI) .......... 17
2.3.1. FastCGI ................................................................................... 18
2.4. Servlet Java ........................................................................................ 19
2.4.1. La API de servlets ..................................................................... 20
2.5. Resumen y comparación .................................................................. 22

3. Servidores proxy-cache web ............................................................... 23

4. Contenidos distribuidos .................................................................... 28
4.1. Redes de distribución de contenidos ................................................ 29

5. Computación orientada a servicios ................................................ 33
5.1. Computación bajo demanda ............................................................ 34

Resumen .................................................................................................... 35

Actividades ............................................................................................... 37

Ejercicios de autoevaluación ............................................................... 37

Solucionario ............................................................................................. 38

Glosario ..................................................................................................... 38

Bibliografía .............................................................................................. 39

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Introducción

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Arquitectura de aplicaciones web

En este módulo didáctico se van a tratar las formas de organizar aplicaciones
web y de cómo hacer que puedan funcionar pese a estar sujetas al comporta-
miento caótico e imprevisible de Internet.

Primero se caracteriza la demanda de estos servicios y cómo medirla en la prác-
tica. Después, se describen las formas de construir y la evolución de los servicios
web (cgi, servlets, servidores de aplicaciones y servidores web), y se analizan los
casos de distintos servidores web; para acabar hablando de formas distribuidas
de servicio: servidores intermediarios proxy-cache, redes de distribución de con-
tenidos, aplicaciones orientadas a servicios y computación bajo demanda.

La forma de adquirir los conocimientos pasa por realizar los pequeños experi-
mentos que se ofrecen en el apartado de actividades y en la web de la asignatura,
y que ayudan tanto a concretar las ideas centrales como a tener experiencias pro-
pias y personales de los fenómenos, técnicas y herramientas que se describen.

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Arquitectura de aplicaciones web

Objetivos

Los objetivos de este módulo didáctico son los siguientes:

1. Conocer las características de la demanda que debe satisfacer un servidor

web.

2. Conocer las distintas maneras de organizar una aplicación web y los mo-

delos que existen, según los distintos criterios.

3. Conocer las características y el funcionamiento de cada modelo.

4. Poder elegir la mejor opción en cada situación y valorar las implicaciones

del montaje que hay que realizar.

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1. Características de la demanda de páginas web

El tráfico de web es el responsable de un buen porcentaje del tráfico de Inter-
net. Esta tendencia ha ido creciendo gradualmente desde que apareció la web
(protocolo HTTP), y hoy día el tráfico HTTP predomina respecto del resto de
los protocolos, y hay una gran población de usuarios “navegantes” que pue-
den generar una cantidad inmensa de peticiones si el contenido es interesan-
te. La organización de un servicio web conectado a Internet requiere tener en
cuenta las características de la demanda que pueda tener que atender.

Figura 1

Arrecifes de coral
y tráfico en Internet

La organización CAIDA
(www.caida.org) se dedica al
análisis del tráfico en Internet y
ha desarrollado una herrami-
enta denominada Coral Reef
que toma trazas del tráfico de
un enlace. Con ésta, en 1998
hicieron un estudio de tráfico
por protocolos en el núcleo de
la red del proveedor MCI.
El artículo que lo describe se
presentó en la conferencia Inet
98, y se titulaba “The nature of
the beast: recent traffic measu-
rements from an Internet
backbone“.
Las gráficas adjuntas se han
obtenido de estas medidas.

Volumen de tráfico en escala logarítmica de flujos, paquetes y bytes intercambiados durante veinticuatro horas en un enlace
del núcleo de la red de MCI/Worlcom (1998), organizado por el protocolo.

Figura 2

Porcentaje de tráfico en bytes de cada protocolo respecto al total medido. Puede apreciarse mejor que en la figura 1, en escala
logarítimica, que el porcentaje de tráfico web domina el resto (73% del total).

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Por otro lado, la web (HTTP) es un servicio muy reclamado por todo tipo de
organizaciones para publicar información, como puede verse en la tendencia
de crecimiento del número de servidores web en Internet, que ha sido expo-
nencial, tal y como muestra la figura 3.

Figura 3

La cronología de Internet

Un calendario de los eventos
relacionados con Internet
desde 1957 hasta hoy lo podéis
ver en la dirección siguiente:
http://www.zakon.org/robert/
internet/timeline/

Crecimiento del número de sitios web durante los últimos seis años.

La popularidad de los servidores web también es muy variable. Un mismo sitio
web puede recibir muy pocas visitas durante mucho tiempo y, de repente, reci-
bir veces más peticiones de las que puede servir: es un tráfico a ráfagas.

Figura 4

Evolución del tráfico entrante y saliente de un sitio web típico durante una semana. Podéis
observar la gran variación horaria y la reducción de tráfico durante el fin de semana.

Un servidor puede recibir avalanchas repentinas de tráfico. Por ejemplo, por
las estadísticas del siguiente servidor web sabemos que, después de ser anun-
ciado en la páginas de noticias slashdot.org, sufrió un exceso de visitas tan alto
que el servidor se bloqueó:

Figura 5

Flash crowd

Un cuento de ciencia ficción de
varias Larry Niven (1973) pre-
dijo que una consecuencia de
un mecanismo de teletrans-
porte barato sería que grandes
multitudes se materializarían
instantáneamente en los luga-
res con noticias interesantes.
Treinta años después, el térmi-
no se usa en Internet para des-
cribir los picos de tráfico web
cuando un determinado sitio
se hace popular de repente y
se visita de manera masiva.
También se conoce como efec-
to “slashdot” o efecto “/.”, que
se da cuando un sitio web re-
sulta inaccesible a causa de las
numerosas visitas que recibe
cuando aparece en un
artículo del sitio web de notici-
as slashdot.org (en castellano,
barrapunto.com).

Peticiones web por hora, servidas por por http://counter.li.org durante tres días. Puede verse que
mientras que el número habitual de operaciones (peticiones web) estaba por debajo de 500, subió
rápidamente a unas 2.500, lo cual provocó el fallo del sistema. Después de reconfigurarlo, estuvo
soportando durante unas doce horas en torno a 3.000 peticiones/hora para bajar posteriormente a
valores normales. La historia completa está en la dirección: http://counter.li.org/slashdot/

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Arquitectura de aplicaciones web

Un servidor web puede tener miles de documentos y, sin embargo, recibir la
mayoría de las peticiones por un único documento. En muchos casos, la po-
pularidad relativa entre distintos sitios web o entre diferentes páginas de un
cierto sitio se rige por la ley de Zipf (George Kingsley Zipf, 1902-1950) que
dice:

La frecuencia de suceso de un evento concreto (P) como función del
rango (i) cuando el rango es determinado por la frecuencia de suceso
es una función potencial Pi ~1/ia, con el exponente a cercano a la
unidad.

El ejemplo más famoso es la frecuencia de palabras en inglés. En 423 artículos
de la revista Time (245.412 palabras), the es la que más aparece (15.861), of está
en segundo lugar (7.239 veces), to en tercer lugar (6.331 veces), y con el resto
forman una ley potencial con un exponente cercano a 1.

Una distribución de popularidad Zipf forma una línea recta cuando se dibuja
en una gráfica con dos ejes en escala logarítmica, que resulta más fácil de ver
y comparar que la gráfica en escala lineal, tal y como puede verse en la figura
siguiente:

Figura 5

Una distribución de popularidad (casos ordenados por popularidad en el eje x, valor de popularidad en el eje y) que sigue la ley
de Zipf a escala lineal queda “enganchada a los ejes”: muy pocos casos tienen mucha popularidad y muchos casos tienen muy
poca. Por este motivo, se suele representar en escalas logarítmicas (gráfica doble logarítmica: los dos ejes en escala logarítmica).

Muchos estudios muestran que las visitas de páginas web siguen una distribu-
ción de Zipf. La figura siguiente muestra las visitas en www.sun.com durante
un mes de 1996. La página principal recibió prácticamente 1 millón de visitas,
mientras que la página de la posición 10.000 de popularidad sólo recibió una
visita aquel mes. La gráfica de visitas sigue la curva de Zipf excep