Coordinar varios nodos independientes para que funcionen como un todo unificado no es una tarea sencilla. Para lograrlo, los sistemas distribuidos se basan en varios componentes y principios fundamentales con el fin de garantizar que el sistema funcione de forma eficiente y sin problemas. A continuación se muestran los elementos clave que definen este enfoque:

• Escalabilidad
  La escalabilidad se refiere a la capacidad del sistema para adaptarse al crecimiento sin comprometer el rendimiento. Esto se consigue añadiendo nodos o recursos adicionales a medida que aumenta la demanda, lo que permite al sistema gestionar cargas de trabajo más grandes y un número cada vez mayor de usuarios sin fallar.
  

• Uso compartido de recursos
  Los sistemas distribuidos comparten hardware, software y datos entre varios nodos. De esta forma, se pueden utilizar varios recursos de forma más eficaz, lo que garantiza que no se sobrecargue ningún componente.
  


• Apertura
  La apertura describe la facilidad con la que un sistema distribuido puede integrarse con nuevas tecnologías y adaptarse a los cambios. Los sistemas abiertos promueven la flexibilidad al admitir la interoperabilidad y la extensibilidad, lo que ayuda a las organizaciones a desarrollar su infraestructura de TI con el tiempo.

• Concurrencia
  La concurrencia es la capacidad del sistema para gestionar varias tareas a la vez. Al distribuir las operaciones entre varios nodos, un sistema distribuido es capaz de un procesamiento eficiente, incluso cuando diferentes usuarios o aplicaciones realizan tareas superpuestas.

• Tolerancia a fallos
  La tolerancia a fallos garantiza la fiabilidad del sistema, incluso en caso de fallos de hardware o software. Los sistemas distribuidos lo consiguen detectando y eliminando rápidamente los puntos únicos de fallo, redistribuyendo las tareas y manteniendo la funcionalidad sin reducir significativamente el rendimiento.


• Transparencia
  Aunque puede parecer contradictorio, la transparencia en los sistemas distribuidos oculta las complejidades de la infraestructura subyacente a los usuarios y las aplicaciones. Esto significa que los usuarios pueden interactuar con el sistema sin necesidad de saber cómo se distribuyen o gestionan los recursos, lo que simplifica su experiencia y garantiza la privacidad de los datos.

 

En términos de estructura, los sistemas distribuidos son lo opuesto a las infraestructuras centralizadas más tradicionales. Mientras que los sistemas centralizados (o monolíticos) dependen de un único punto de control, los sistemas distribuidos aprovechan un enfoque descentralizado en el que varios nodos colaboran para alcanzar objetivos comunes.

Sistema centralizado 
Un sistema centralizado es aquel en el que un único servidor o nodo central controla todas las tareas informáticas, el almacenamiento de datos y la toma de decisiones. Los dispositivos periféricos o los usuarios interactúan directamente con el nodo central, que sirve como núcleo principal de todas las actividades. 

• Punto único de control
  Toda la toma de decisiones y la gestión de recursos se realizan en el nodo central, lo que crea una jerarquía clara. 
• Gestión de datos centralizada
  Los datos se almacenan y procesan en una sola ubicación, lo que simplifica la administración pero puede generar cuellos de botella. 
• Simplicidad en la gestión
  Con un único punto de control, los sistemas centralizados son más fáciles de gestionar y coordinar, lo que los hace adecuados para entornos a pequeña escala o menos complejos. 
• Posibles vulnerabilidades
  Un punto único de fallo puede provocar tiempos de inactividad o interrupciones si el nodo central detecta problemas. Además, una alta demanda en el nodo central puede provocar retrasos o congestión. 
• Desarrollo lineal
  En sistemas centralizados, el desarrollo suele seguir un enfoque lineal, con equipos que trabajan secuencialmente en los componentes. Esto puede ralentizar el proceso, ya que los cambios a menudo dependen de la finalización de tareas anteriores. 

Sistema distribuido 
Por el contrario, un sistema distribuido distribuye las tareas informáticas, la gestión de datos y la toma de decisiones a través de varios nodos independientes que se comunican y colaboran a través de una red. 

• Control descentralizado
  Ningún nodo tiene autoridad sobre todo el sistema. En vez de eso, cada nodo funciona de forma autónoma y contribuye a la funcionalidad general del sistema. 
• Tolerancia a fallos
  Los sistemas distribuidos minimizan el impacto de los fallos mediante la redistribución de tareas entre otros nodos, lo que garantiza un rendimiento ininterrumpido. 
• Escalabilidad mejorada
  Estos sistemas pueden crecer añadiendo más nodos, lo que los hace adecuados para gestionar el aumento de la cantidad de trabajo y el crecimiento de las bases de usuarios. 
• Colaboración entre nodos
  Los nodos de un sistema distribuido comparten recursos e información, y trabajan conjuntamente para procesar datos y prestar servicios de forma eficiente. 
• Desarrollo modular
  Los sistemas distribuidos admiten el desarrollo modular, según el cual los equipos pueden trabajar simultáneamente en diferentes componentes o servicios, lo que aumenta la velocidad y flexibilidad del desarrollo. 
• Actualizaciones más frecuentes
  Debido a su arquitectura modular, los sistemas distribuidos pueden implementar actualizaciones incrementales frecuentes a lo largo del año, lo que permite una implementación más rápida de nuevas funciones y mejoras.  
• Capacidades de desarrollo en paralelo
  La estructura descentralizada de los sistemas distribuidos permite que varios equipos de desarrollo colaboren en diferentes componentes sin causar interrupciones en todo el sistema, lo que fomenta la agilidad y acelera la innovación.

Los sistemas distribuidos se pueden clasificar en varios tipos en función de su arquitectura y funcionalidad. Cada tipo aborda necesidades y casos de uso específicos: 

• Sistemas cliente-servidor
  En esta arquitectura tradicional, los servidores proporcionan recursos o servicios que los clientes pueden solicitar y utilizar para tareas como el procesamiento de datos, el almacenamiento o el acceso a recursos compartidos. Entre los ejemplos se incluyen aplicaciones web en las que los navegadores (clientes) recuperan contenido de los servidores web. 
• Redes entre iguales (P2P)
  Los sistemas entre iguales distribuyen las cargas de trabajo entre nodos que actúan como clientes y servidores. Esta estructura descentralizada elimina la necesidad de un servidor central, lo que permite a los nodos compartir recursos directamente. Las plataformas de uso compartido de archivos son un conocido ejemplo de esta arquitectura. 
• Arquitectura de tres niveles
  Este modelo divide el sistema en tres capas: la capa de presentación (interfaz de usuario), la capa de aplicación (lógica empresarial) y la capa de datos (base de datos). Cada capa funciona de forma independiente, lo que hace que la escalabilidad y el mantenimiento sean más fáciles de gestionar. Muchas aplicaciones web modernas, como las plataformas de comercio electrónico, utilizan esta arquitectura. 
• Arquitectura de microservicios
  Los microservicios dividen las aplicaciones en pequeños servicios independientes, cada uno de los cuales es responsable de una función específica. Estos servicios se comunican entre sí a través de API o sistemas de mensajería, lo que ofrece flexibilidad y escalabilidad. Algunos ejemplos son las plataformas de streaming en línea, en las que distintos servicios gestionan perfiles, recomendaciones, etc. 
• Arquitectura orientada a los servicios (SOA)
  Similar a los microservicios, esta arquitectura organiza las funcionalidades en servicios. Sin embargo, a menudo utiliza un bus de servicios empresariales para facilitar la comunicación entre los componentes. Esta arquitectura se encuentra normalmente en sistemas de grandes empresas. 
• Sistemas controlados por eventos 
  Los sistemas controlados por eventos dependen de eventos que activan acciones o flujos de trabajo específicos en toda la red. Los componentes interactúan de forma asíncrona, respondiendo a cambios o actualizaciones en tiempo real. Esta arquitectura es común en las aplicaciones del Internet de las cosas (IoT), donde los sensores detectan eventos y actúan en consecuencia. 

La arquitectura descentralizada de los sistemas distribuidos les permite dar soporte a una amplia gama de casos de uso en prácticamente todos los sectores. A continuación se muestran algunos de los ejemplos más destacados de sistemas distribuidos y sus aplicaciones: 

• Redes
  Las redes, como Internet, se encuentran entre los primeros y más extendidos ejemplos de sistemas distribuidos. Permiten que los equipos se comuniquen y compartan recursos a través de redes de área local (LAN) o redes de área amplia (WAN). Las redes entre iguales y los sistemas de correo electrónico también aprovechan la informática distribuida para optimizar el intercambio de datos. 
• Procesadores paralelos
  Los sistemas de procesamiento paralelo dividen las tareas computacionales entre varios procesadores para ejecutar operaciones simultáneamente. Estos sistemas se utilizan para aplicaciones de alto rendimiento, como simulaciones científicas, pronósticos meteorológicos, análisis de datos e incluso minería de criptomonedas. 
• Sistemas distribuidos en tiempo real
  Los sistemas en tiempo real son esenciales en los sectores que dependen en gran medida del procesamiento inmediato, como los sistemas de reserva de líneas aéreas, las plataformas de alquiler de coches con conductor, los sistemas de control de fabricación automatizados y el seguimiento logístico. 
• Sistemas de bases de datos distribuidas
  Las bases de datos distribuidas almacenan datos en varios servidores o ubicaciones físicas. Mejoran la escalabilidad y la fiabilidad mediante la replicación o la partición de los datos. Las bases de datos homogéneas utilizan una estructura coherente, mientras que las heterogéneas integran varios modelos de datos para aumentar la flexibilidad. 
• IA distribuida
  La inteligencia artificial (IA) distribuida aprovecha la potencia computacional de varios nodos para procesar conjuntos de datos a gran escala y ejecutar tareas de aprendizaje automático. Este enfoque es adecuado para vehículos autónomos y procesamiento de lenguaje natural. 
• Redes de telecomunicaciones
  Los modernos sistemas de telecomunicaciones, incluidas las redes móviles y VoIP (voz sobre IP), utilizan igualmente una arquitectura distribuida.

Los sistemas distribuidos ofrecen varias ventajas con respecto a las arquitecturas monolíticas tradicionales, por lo que son indispensables en los entornos informáticos modernos. Sus principales ventajas son las siguientes: 

• Fiabilidad
  Los sistemas distribuidos minimizan el riesgo de tiempo de inactividad al eliminar los puntos únicos de fallo. Si un nodo falla, otros pueden continuar las operaciones sin interrupciones. 
• Velocidad
  Las tareas distribuidas se pueden ejecutar simultáneamente, lo que se traduce en tiempos de finalización más rápidos. Esto resulta especialmente útil para aplicaciones de alto tráfico o escenarios que requieren procesamiento en tiempo real. 
• Rendimiento
  Los sistemas distribuidos utilizan el paralelismo para optimizar el rendimiento. Dividen las tareas grandes en unidades más pequeñas para que varios nodos las procesen simultáneamente, lo que reduce la latencia y mejora el rendimiento del proceso. 
• Rentabilidad
  Estos sistemas utilizan hardware básico de bajo coste e instancias en la nube, lo que hace que su escalabilidad sea más asequible en comparación con los sistemas centralizados tradicionales. La capacidad de añadir nodos según sea necesario también reduce los costes de inversión inicial. 

Aunque los sistemas distribuidos ofrecen ventajas significativas, también presentan una serie de desafíos debido a su complejidad y a la necesidad de una coordinación eficaz. Cuando consideres trabajar en un sistema distribuido, asegúrate de tener en cuenta lo siguiente: 

• Navegación confusa
  La complejidad de gestionar numerosos nodos interconectados puede dificultar la comprensión de cómo interactúan los diferentes componentes. Utiliza documentación y herramientas claras, como mapas de sistemas distribuidos o paneles de información, para visualizar mejor la arquitectura del sistema y sus dependencias. 
• Riesgo de fallo de la red
  La comunicación entre nodos depende de una red estable; cualquier problema que se produzca podría interrumpir la transferencia de datos y la funcionalidad del sistema. Para evitarlo, implementa protocolos de redundancia y mecanismos de conmutación por error fiables. 
• Dificultad para gestionar los gastos generales
  La gestión de un gran número de nodos y procesos aumenta los gastos operativos. Tareas como la monitorización, el registro o la solución de problemas, entre otras, tienen su propio coste en términos de tiempo y esfuerzo. Contrarresta estos gastos ampliando el uso de la automatización, específicamente en lo que respecta a las herramientas de gestión. 
• Seguridad
  Los sistemas distribuidos están expuestos a mayores riesgos de ciberseguridad debido a su gran superficie de ataque y al acceso a recursos compartidos. Protege los datos y sistemas confidenciales adoptando protocolos estrictos de autenticación y cifrado, y realiza auditorías de seguridad periódicas. 
• Coherencia de los datos
  Garantizar que todos los nodos tengan datos actualizados y sincronizados puede ser complicado, especialmente en caso de fallo o retraso en la red. Garantiza la coherencia de los datos utilizando bases de datos distribuidas con modelos de coherencia sólidos. 

Los sistemas distribuidos funcionan dividiendo las tareas en componentes más pequeños que se distribuyen entre varios nodos que se comunican y colaboran para lograr un propósito común. Normalmente, este proceso sigue un conjunto específico de pasos: 

• Descomposición de tareas:
  El sistema comienza dividiendo las tareas en subtareas más pequeñas y manejables. 
• Descentralización de los componentes:
  Se distribuyen varios nodos, ya sean equipos físicos o máquinas virtuales, en diferentes ubicaciones. Cada nodo funciona de forma autónoma y contribuye a la funcionalidad general del sistema. 
• Comunicación:
  Los nodos intercambian información mediante protocolos de comunicación como TCP/IP, HTTP o colas de mensajes. Esta interacción garantiza que todos los componentes estén coordinados y puedan compartir datos esenciales. 
• Coordinación:
  Los sistemas distribuidos se basan en mecanismos de coordinación para sincronizar acciones entre nodos. Técnicas como los protocolos de consenso (por ejemplo: Paxos) y las transacciones distribuidas ayudan a mantener la coherencia de los datos y a evitar conflictos para que el sistema pueda funcionar en armonía. 
• Ejecución y procesamiento:
  Cada nodo realiza su subtarea asignada de forma independiente utilizando recursos locales. Al completarlas, los resultados se comunican de nuevo a un sistema de gestión central o se agregan de otro modo a la salida final. 
• Tolerancia a fallos:
  Para gestionar los fallos, los sistemas distribuidos aplican estrategias de redundancia y replicación. Si un nodo falla, los nodos de respaldo o las fuentes de datos replicadas asumen el control para evitar interrupciones. 
• Reensamblaje y finalización:
  Una vez procesadas todas las subtareas, el sistema integra los resultados en una salida final.

Entender cómo funciona un sistema distribuido no es lo mismo que saber implementarlo. Tanto si se implementa un sistema para un departamento pequeño como si se amplía a una infraestructura global, los siguientes pasos pueden guiar el proceso: 

• Evaluar los requisitos
  Comienza realizando una evaluación de las necesidades de tu organización que incluya el tamaño y la capacidad de la red, el volumen de datos, la frecuencia de los procesos y el número de usuarios. Además, ten en cuenta la fidelidad de los datos, los requisitos de disponibilidad y la capacidad de los centros de datos existentes. 
• Planificar el ámbito de implementación
  Las implementaciones distribuidas pueden abarcar desde pequeños sistemas locales hasta arquitecturas empresariales a gran escala. Comienza por una categoría adecuada en función de tus necesidades actuales y asegúrate de que el diseño pueda adaptarse al crecimiento de la organización. 
• Utilizar la organización de contenedores
  Herramientas como Kubernetes simplifican la implementación, la escalabilidad y la gestión de sistemas distribuidos a través de la automatización de las aplicaciones basadas en contenedores en todos los clústeres. Esto fomenta un rendimiento uniforme y unas operaciones optimizadas. 
• Implementar bases de datos distribuidas
  Utiliza bases de datos que proporcionen una capa de datos unificada para que todos los nodos accedan a los mismos datos y, al mismo tiempo, admitan la replicación con fines de tolerancia a fallos. Esto garantiza la disponibilidad de los datos y ayuda a mantener la coherencia en todo el sistema. Además, utiliza la seguridad en la nube para proteger los datos en entornos distribuidos. 
• Mejorar la observabilidad
  Los sistemas distribuidos son inherentemente complejos, por lo que la monitorización es esencial. Utiliza el rastreo distribuido para mejorar la observabilidad y obtener información sobre las operaciones del sistema. El rastreo distribuido hace un seguimiento de las solicitudes entre nodos, identifica cuellos de botella y garantiza la optimización del rendimiento. AIOps también puede ayudar a mejorar la monitorización y la resolución de problemas en entornos distribuidos complejos.  
• Iterar y escalar
  Lo lógico es que tu sistema distribuido evolucione con el tiempo; a medida que aumenten las demandas, pasa de implementaciones más pequeños a infraestructuras más grandes agregando recursos, ajustando las configuraciones y aprovechando tecnologías escalables.