CONCEPTOS DE REDES EN SISTEMAS DISTRIBUIDOS

 

CONCEPTOS DE REDES EN SISTEMAS DISTRIBUIDOS

Redes Computacionales 

Las redes de computadores son sistemas interconectados de dispositivos de cómputo que comparten recursos y datos mediante enlaces de comunicación. Facilitan la transferencia de información y la cooperación entre diferentes equipos, permitiendo la ejecución de tareas distribuidas. Su importancia en los sistemas distribuidos radica en que proporcionan la infraestructura necesaria para que múltiples computadoras trabajen de manera conjunta y eficiente, mejorando la disponibilidad, escalabilidad y redundancia de los servicios. Esto es esencial para aplicaciones modernas como la computación en la nube, el big data y el internet de las cosas (IoT).

COMPONENTES DE UNA RED DE COMPUTADORES

1. Nodos: Los nodos son dispositivos conectados a la red, como computadoras, servidores, impresoras o incluso teléfonos inteligentes. Cada nodo en la red tiene una dirección única que lo identifica.

2. Medios de transmisión: Los medios de transmisión son los canales físicos o inalámbricos a través de los cuales los datos se transmiten de un nodo a otro. Estos pueden incluir cables de red, fibra óptica o conexiones inalámbricas.

3. Protocolos de comunicación: Los protocolos son reglas y estándares que establecen cómo los nodos de la red se comunican entre sí. Estos protocolos definen cómo se empaquetan, transmiten y reciben los datos.

COMPONENTES DE UNA RED DE COMPUTADORES

4. Router y conmutadores: Los routers y conmutadores son dispositivos que dirigen el flujo de datos en la red. Los routers se utilizan para conectar redes separadas, mientras que los conmutadores se utilizan para dirigir el tráfico dentro de una red local.

5. Firewalls y seguridad: Los firewalls son dispositivos o programas que protegen la red contra amenazas externas y controlan el tráfico de datos. La seguridad de la red es una consideración crítica en la estructura de cualquier red.

Modelo OSI 

El Modelo OSI (Open Systems Interconnection) es un marco conceptual estandarizado por la Organización Internacional de Normalización (ISO) que define las funciones de un sistema de telecomunicaciones o de computación en términos de una serie de capas abstractas. Consta de siete capas: 1) Física, 2) Enlace de Datos, 3) Red, 4) Transporte, 5) Sesión, 6) Presentación, y 7) Aplicación. Cada capa tiene funciones específicas y se comunica con las capas adyacentes, facilitando la interoperabilidad y la estandarización de protocolos de comunicación.

PROTOCOLOS EN OSI 

MODO DE OPERACIÓN Y CONMUTACIÓN

El modo de operación de un enlace de comunicación es una característica de un sistema distribuido. Para transmitir datos por un enlace de comunicación se ocupan tres modos:

•  Comunicación simplex: Este modo se presenta cuando los datos viajan en una sola dirección.
• Comunicación half-duplex: Este modo permite que los datos viajen en dos direcciones, una a la vez.
• Comunicación full-duplex: En este modo los datos viajan simultánea- mente en ambas direcciones. 

Conmutación: Proceso de dirigir y transferir datos a través de una red, determinando las rutas y métodos de transmisión. Se clasifica principalmente en:

Conmutación de circuitos (ruta dedicada)

Conmutación de paquetes (rutas dinámicas y fragmentación de datos).

Comunicación simplex: Este modo se presenta cuando los datos viajan en una sola dirección. 

Comunicación half-duplex: Este modo permite que los datos viajen en dos direcciones, una a la vez

Comunicación full-duplex: En este modo los datos viajan simultánea- mente en ambas direcciones

TOPOLOGIA DE REDES 

Topología estrella: Todas los computadores se conectan a una computadora central. Esta topología no permite la comunicación directa entre dos computadores que no sean la central.

Topología en anillo: La red forma un anillo continuo en el cual puede viajar la información.

Topología en bus: Emplea un solo medio llamado bus, al cual todas las computadoras se conectan

Topología en árbol: Existe una computadora principal que sirve como raíz y única salida externa

 Topología irregular: No se respeta un modelo de conexión

Topología de intersección: En esta topología existe la conexión de dos o más tipos de topologías.

Topología completa: Se dan todos los tipos de topologías. 

 PROTOCOLOS MIDDLEWARE

El middleware es una aplicación que lógicamente reside (la mayor parte del tiempo) en la capa de aplicación, pero que contiene muchos protocolos de propósito general que garantizan sus propias capas, independientemente de otras aplicaciones más específicas. Podemos establecer cierta diferencia entre los protocolos de comunicación de alto nivel y los protocolos implementados para establecer diversos servicios middleware. Los protocolos de autenticación no están muy relacionados con alguna aplicación específica, pero pueden estar integrados en un sistema middleware como un servicio general. De igual manera, los protocolos de autorización mediante los cuales se garantiza el acceso a usuarios y procesos autenticados, a los recursos para los que tienen autorización, tienden a ser de naturaleza general e independientes de aplicaciones.

Los protocolos de comunicación middleware soportan servicios de comunicación de alto nivel, existen servicios de comunicación de alto nivel para establecer y sincronizar flujos para transferencia de datos en tiempo real, tales como los necesarios para aplicaciones multimedia, algunos sistemas middleware ofrecen servicios confiables de multidifusión que escalan a miles de destinatarios esparcidos en una red de área amplia.

Algunos de los protocolos de comunicación middleware podrían pertenecer a la capa de transporte, pero es posible que existan razones específicas para mantenerlos a un nivel más alto. Por ejemplo, los servicios de multidifusión que garantizan la escalabilidad pueden implementarse sólo cuando se consideran los requerimientos de la aplicación. En consecuencia, un sistema middleware puede ofrecer diferentes protocolos (ajustables), que a su vez se implementan utilizando diferentes protocolos de transporte, pero ofreciendo una sola interfaz

Al adoptar este método de capas llegaremos a un modelo de referencia adaptado para comunicación. En comparación con el modelo OSI, las capas de sesión y presentación se reemplazaron con una sola capa middleware que contiene protocolos de aplicación independientes. Estos protocolos no pertenecen a las capas más bajas que acabamos de explicar.

RPC 

La llamada de procedimiento remoto (RPC, por sus siglas en inglés Remote Procedure Call) es un mecanismo utilizado en la programación distribuida que permite a un programa en una computadora solicitar la ejecución de un procedimiento o función en una computadora remota como si fuera un procedimiento local. En otras palabras, RPC permite que un programa invoque un procedimiento en una máquina remota sin tener que preocuparse por los detalles de la comunicación entre procesos y sistemas. Esto facilita la construcción de aplicaciones distribuidas, donde los componentes de software pueden colaborar y cooperar entre sí de manera transparente a través de una red.

RPC en Sistemas Distribuidos 

Creación de la Llamada: El cliente llama a un procedimiento remoto utilizando una interfaz de programación de aplicaciones (API) específica de RPC. Esta llamada incluye el nombre del procedimiento a ejecutar y los parámetros necesarios.

Empaquetado de la Llamada: Los parámetros de la llamada se empaquetan en un formato específico del protocolo de comunicación RPC.

Transmisión de la Llamada: La llamada empaquetada se transmite a través de la red al servidor remoto utilizando el protocolo de comunicación especificado. 

Desempaquetado de la Llamada: El servidor remoto recibe la llamada, desempaqueta los parámetros y ejecuta el procedimiento solicitado. 

 RPC en Sistemas Distribuidos 

Ejecución del Procedimiento: El servidor ejecuta el procedimiento utilizando los parámetros proporcionados y calcula el resultado.

Empaquetado del Resultado: El resultado del procedimiento se empaqueta en un formato específico del protocolo de comunicación RPC.

Transmisión del Resultado: El resultado empaquetado se transmite de vuelta al cliente a través de la red. 

Desempaquetado del Resultado: El cliente recibe el resultado, lo desempaqueta y lo devuelve al programa que realizó la llamada original. 

APLICACIONES Y BENEFICIOS EN SISTEMAS DISTRIBUIDOS 

Abstracción de la Complejidad: RPC oculta la complejidad de la comunicación de red, permitiendo a los desarrolladores enfocarse en la lógica de la aplicación sin preocuparse por los detalles de implementación.

Interoperabilidad: Permite la comunicación entre diferentes sistemas y plataformas, facilitando la integración de componentes distribuidos

Reutilización de Código: RPC promueve la reutilización de código al permitir que los procedimientos se llamen desde múltiples ubicaciones sin necesidad de duplicar la implementación.

Escalabilidad: Facilita la escalabilidad de aplicaciones distribuidas al permitir la distribución de carga entre múltiples servidores.

 Fiabilidad: Proporciona mecanismos para la gestión de errores y la recuperación de fallos, mejorando la fiabilidad del sistema en su conjunto.