La coordination de multiples nœuds indépendants pour qu’ils opèrent comme un ensemble unifié est une tâche complexe. Pour y parvenir, les systèmes distribués nécessitent plusieurs composants et principes fondamentaux pour garantir un fonctionnement efficace et fluide du système. Voici les éléments clés qui définissent cette approche

• Capacité d’adaptation
  La capacité d’adaptation fait référence à la faculté du système à gérer l’augmentation des besoins tout en maintenant un niveau de performance optimal. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d’ajouter des nœuds ou des ressources à mesure que la demande augmente, afin que le système puisse gérer davantage de charges de travail et d’utilisateurs sans risque de panne.
  

• Partage des ressources
  Les systèmes distribués partagent le matériel, les logiciels et les données entre plusieurs nœuds. Cela permet d’utiliser différentes ressources plus efficacement sans qu’aucun composant ne subisse de surcharge.
  


• Ouverture
  L’ouverture décrit la facilité avec laquelle un système distribué peut s’intégrer à de nouvelles technologies et s’adapter aux changements. Les systèmes ouverts favorisent la flexibilité en prenant en charge l’interopérabilité et l’extensibilité, ce qui permet aux entreprises de faire évoluer leur infrastructure IT au fil du temps.

• Simultanéité
  La simultanéité est la capacité du système à gérer plusieurs tâches simultanément. En distribuant les opérations entre plusieurs nœuds, un système distribué peut traiter les données de façon efficace, même lorsque plusieurs utilisateurs ou applications réalisent des tâches simultanément.

• Tolérance aux pannes
  La tolérance aux pannes garantit la fiabilité du système, même en cas de pannes matérielles ou logicielles. Les systèmes distribués y parviennent en détectant et en éliminant rapidement les points d’échec uniques, en redistribuant les tâches et en maintenant les fonctionnalités sans compromettre significativement les performances.


• Transparence
  Bien que cela puisse sembler contradictoire, la « transparence » dans les systèmes distribués masque les complexités de l’infrastructure sous-jacente aux utilisateurs et aux applications. Cela signifie que les utilisateurs peuvent interagir avec le système sans avoir besoin de savoir comment les ressources sont distribuées ou gérées, ce qui simplifie leur expérience et garantit la confidentialité des données.

 

Sur le plan de la structure, les systèmes distribués sont l’exact opposé des infrastructures centralisées plus traditionnelles. Les systèmes centralisés (ou « monolithiques ») reposent sur un point de contrôle unique, alors que les systèmes distribués s’appuient sur une approche décentralisée où plusieurs nœuds collaborent pour atteindre des objectifs communs.

Système centralisé 
Un système centralisé est un système où toutes les tâches informatiques, le stockage des données et la prise de décision sont contrôlés par un seul serveur ou nœud central. Les appareils périphériques et les utilisateurs interagissent directement avec ce nœud central, qui sert de concentrateur principal pour toutes les activités. 

• Point de contrôle unique
  La prise de décisions et la gestion des ressources s’effectuent au niveau du nœud central, ce qui établit une hiérarchie nette. 
• Gestion centralisée des données
  Les données sont stockées et traitées dans un seul emplacement, ce qui simplifie l’administration, mais peut créer des goulots d’étranglement. 
• Simplicité de gestion
  Grâce à un point de contrôle unique, les systèmes centralisés sont plus simples à gérer et à coordonner, et conviennent donc particulièrement aux environnements de petite taille ou peu complexes. 
• Vulnérabilités potentielles
  Un point d’échec unique unique peut entraîner des temps d’arrêt ou des interruptions en cas de dysfonctionnement du nœud central. Par ailleurs, une sollicitation importante du nœud central peut provoquer des ralentissements ou une saturation du système. 
• Développement linéaire
  Dans les systèmes centralisés, le développement suit généralement une approche linéaire, les équipes travaillant de manière séquentielle sur les composants. Cela peut ralentir le processus, car les changements sont souvent tributaires de l’achèvement des tâches précédentes. 

Système distribué 
À l’inverse, un système distribué répartit les tâches de calcul, la gestion des données et les prises de décision sur plusieurs nœuds indépendants qui communiquent et collaborent à travers un réseau. 

• Contrôle décentralisé
  Aucun nœud unique ne détient l’autorité sur l’ensemble du système. Au contraire, chaque nœud fonctionne de manière autonome tout en contribuant à la fonctionnalité globale du système. 
• Tolérance aux pannes
  Les systèmes distribués réduisent l’impact des pannes en redistribuant les tâches entre les autres nœuds, ce qui garantit une performance ininterrompue. 
• Amélioration de la capacité d’adaptation
  Ces systèmes peuvent évoluer simplement en y ajoutant de nouveaux nœuds, ils sont donc parfaitement adaptés pour gérer l’accroissement des charges de travail et l’expansion des bases d’utilisateurs. 
• Collaboration entre les nœuds
  Les nœuds d’un système distribué partagent les ressources et les informations, travaillant ensemble pour traiter les données et fournir des services efficacement. 
• Développement modulaire
  les systèmes distribués prennent en charge le développement modulaire. Cela signifie que les équipes peuvent travailler simultanément sur différents composants ou services, ce qui accélère leur vélocité et leur flexibilité. 
• Mises à jour plus fréquentes
  Grâce à leur architecture en modules autonomes, ces systèmes permettent d’effectuer des mises à jour fréquentes et incrémentielles tout au long de l’année et accélèrent le déploiement de nouvelles fonctionnalités et d’améliorations.  
• Options de développement parallèle
  La structure décentralisée permet à plusieurs équipes de développement de travailler en parallèle sur divers éléments, sans risquer de perturber leur travail, ce qui favorise l’agilité et accélère l’innovation.

Selon leur architecture et leurs fonctionnalités, les systèmes distribués peuvent être classés en plusieurs catégories distinctes. Chacune répond à des besoins et à des cas d’utilisation spécifiques : 

• Systèmes client-serveur
  Dans cette architecture traditionnelle, les serveurs ont pour fonction de fournir des ressources ou des services. Les clients, de leur côté, sollicitent ces services et les exploitent pour accomplir leurs tâches, telles que le traitement des données, le stockage ou l’accès aux ressources partagées. Par exemple, pour les applications Web, les navigateurs (les clients) récupèrent le contenu directement auprès des serveurs Web. 
• Réseaux pair-à-pair (P2P)
  Les systèmes pair-à-pair répartissent la charge de travail entre des nœuds qui cumulent les rôles de clients et de serveurs. Cette structure décentralisée élimine la nécessité d’un serveur central, permettant aux nœuds de partager directement les ressources entre eux. Les plateformes de partage de fichiers sont un exemple très connu de cette architecture. 
• Architecture à trois niveaux
  Ce modèle divise le système en trois couches : la couche de présentation (interface utilisateur), la couche d’application (logique métier) et la couche de données (base de données). Chaque couche fonctionne indépendamment, ce qui facilite la gestion de la montée en charge et de la maintenance. De nombreuses applications Web modernes, telles que les plateformes d’e-commerce, utilisent cette architecture. 
• Architecture des microservices
  L’approche des microservices consiste à décomposer les applications en petits services indépendants, chacun étant entièrement responsable d’une fonction spécifique. Ces services communiquent entre eux via des API ou des systèmes de messagerie, ce qui permet de gagner en flexibilité et d’optimiser la capacité d’adaptation du système. Par exemple, les plateformes de streaming en ligne mobilisent des services distincts pour gérer les profils utilisateur, les recommandations, etc. 
• Architecture orientée services (SOA)
  Similaire aux microservices, la SOA organise les fonctionnalités en services distincts. Cependant, la SOA utilise fréquemment un bus de services d’entreprise (ESB) pour faciliter la communication et l’échange entre les composants. Ce type d’architecture est généralement privilégié au sein des grands systèmes d’entreprise. 
• Systèmes pilotés par des événements 
  Les systèmes pilotés par des événements fonctionnent sur la base d’événements qui déclenchent des actions ou des workflows spécifiques à travers le réseau. Les composants y interagissent de manière asynchrone, réagissant en temps réel aux changements ou aux mises à jour. Cette architecture est particulièrement répandue dans les applications de l’Internet des Objets (IoT), où les capteurs détectent des événements et agissent en conséquence. 

L’architecture décentralisée des systèmes distribués leur permet de prendre en charge un très large éventail de cas d’utilisation, dans la quasi-totalité des secteurs d’activité. Vous trouverez ci-dessous quelques-uns des exemples les plus significatifs et leurs applications : 

• Réseaux
  Les réseaux, comme Internet, comptent parmi les exemples de systèmes distribués les plus anciens et les plus répandus. Ils permettent aux ordinateurs de communiquer et de partager des ressources via des réseaux locaux (LAN) ou des réseaux étendus (WAN). Les réseaux pair à pair et les systèmes de messagerie électronique exploitent également le calcul distribué pour assurer un échange de données fluide. 
• Processeurs parallèles
  Les systèmes de traitement parallèles répartissent les tâches de calcul entre plusieurs processeurs pour exécuter des opérations simultanément. Ces systèmes sont utilisés pour des applications hautes performances telles que les simulations scientifiques, les prévisions météorologiques, l’analyse de données et même l’exploration de cryptodonnées. 
• Systèmes distribués en temps réel
  Les systèmes en temps réel sont essentiels dans les secteurs qui dépendent fortement du traitement immédiat, comme les systèmes de réservation aérienne, les plateformes de gestion de trajets pour les services de covoiturage, les systèmes de contrôle automatisé de production industrielle et le suivi logistique. 
• Systèmes distribués de bases de données
  Les bases de données distribuées stockent des données sur plusieurs serveurs ou emplacements physiques. Ce type de système permet de gagner en capacité d’adaptation et en fiabilité en répliquant ou en partitionnant les données. Les bases de données homogènes utilisent une structure cohérente, tandis que les bases de données hétérogènes intègrent plusieurs modèles de données pour une flexibilité accrue. 
• IA distribuée
  L’intelligence artificielle (IA) distribuée exploite la puissance de calcul de plusieurs nœuds pour traiter des ensembles de données à grande échelle et exécuter des tâches de machine learning (ML). Cette approche prend en charge des applications telles que les véhicules autonomes et le traitement du langage naturel (NLP). 
• Réseaux de télécommunication
  Les systèmes de télécommunication modernes, y compris les réseaux cellulaires et VoIP (voix sur IP), utilisent également une architecture distribuée.

Les systèmes distribués présentent de nombreux avantages par rapport aux architectures monolithiques traditionnelles, ce qui en fait des solutions incontournables pour les environnements informatiques modernes. Les avantages clés incluent : 

• Fiabilité
  Les systèmes distribués réduisent le risque d’arrêt du système en éliminant les points d’échec uniques. Si un nœud tombe en panne, les autres peuvent poursuivre leurs opérations sans interruption. 
• Rapidité
  Les tâches distribuées peuvent être exécutées simultanément, ce qui réduit les délais d’exécution. Cela est particulièrement utile pour les applications à fort trafic ou les scénarios nécessitant un traitement en temps réel. 
• Performances
  Les systèmes distribués ont recours au parallélisme pour optimiser les performances. Elles divisent les tâches volumineuses en unités plus petites, ce qui permet à plusieurs nœuds de les traiter simultanément, réduisant ainsi la latence et améliorant le débit du processus. 
• Rentabilité
  Ces systèmes s’appuient sur du matériel standard et des instances cloud à faible coût, l’adaptation des capacités est ainsi moins onéreuse qu’avec les architectures centralisées traditionnelles. Le fait de pouvoir ajouter des nœuds en fonction des besoins permet également de diminuer les coûts d’investissement initiaux. 

Les systèmes distribués présentent des avantages importants, mais ils comportent également des défis, notamment en raison de leur complexité et en termes de coordination. Avant de vous engager dans l’utilisation d’un tel système, il est important de prendre en considération les points suivants : 

• Navigation confuse
  La gestion de nombreux nœuds interconnectés peut rendre difficile la compréhension des interactions entre les différents composants. Utilisez une documentation claire et des outils tels que des cartes ou des tableaux de bord des systèmes distribués pour mieux visualiser l’architecture du système et ses dépendances. 
• Risque de défaillance du réseau
  La communication entre les nœuds nécessite un réseau stable. En cas de problème, le transfert de données et les fonctionnalités du système peuvent être perturbés. Pour y remédier, mettez en place des protocoles de redondance et des mécanismes de basculement fiables. 
• Gestion des coûts opérationnels plus complexe
  Gérer un grand nombre de nœuds et de processus augmente inévitablement les coûts opérationnels. La surveillance, la journalisation, le dépannage, et d’autres tâches similaires exigent du temps et un travail considérables, ce qui génère des coûts. Pour contrebalancer ces dépenses, il est crucial de recourir massivement à l’automatisation, notamment en intégrant des outils de gestion performants. 
• Sécurité
  Les systèmes distribués sont exposés à des risques de cybersécurité accrus en raison de leur surface d’attaque plus vaste et de l’accès partagé aux ressources. Pour protéger les données et les systèmes sensibles, il est essentiel d’adopter des protocoles d’authentification stricts, d’utiliser le chiffrement et de procéder à des audits de sécurité réguliers. 
• Cohérence des données
  Garantir que tous les nœuds disposent de données à jour et synchronisées représente un défi de taille, surtout en cas de panne ou de latences réseau. Il est impératif d’utiliser des bases de données distribuées avec des modèles de cohérence robustes pour garantir la cohérence des données. 

Les systèmes distribués divisent les tâches en composants plus petits répartis sur plusieurs nœuds, qui peuvent ensuite communiquer et collaborer pour atteindre un objectif commun. En général, ce processus suit un ensemble d’étapes spécifiques : 

• Décomposition de la tâche :
  le système commence par décomposer une tâche en sous-tâches plus petites et plus faciles à gérer. 
• Composants décentralisés :
  plusieurs nœuds (ordinateurs physiques ou virtuels) sont répartis sur différents sites. Chaque nœud fonctionne de manière autonome tout en contribuant à la fonctionnalité globale du système. 
• Communication :
  les nœuds échangent des informations à l’aide de protocoles de communication tels que TCP/IP, HTTP ou des files d’attente de messages. Cette interaction garantit que tous les composants sont coordonnés et partagent les données essentielles. 
• Coordination :
  Les systèmes distribués s’appuient sur des mécanismes de coordination pour synchroniser les actions des différents nœuds. Diverses techniques telles que les protocoles de consensus (par exemple, Paxos) et les transactions distribuées permettent de maintenir la cohérence des données et de prévenir les conflits afin que le système fonctionne de façon harmonieuse. 
• Exécution et traitement :
  chaque nœud exécute indépendamment la sous-tâche qui lui est affectée, à l’aide des ressources locales. Une fois la tâche terminée, les résultats sont communiqués à un système de gestion central ou sont agrégés pour générer la sortie finale. 
• Tolérance aux pannes :
  pour gérer les pannes, les systèmes distribués intègrent des stratégies de redondance et de réplication. En cas de défaillance d’un nœud, des nœuds de sauvegarde ou des sources de données répliquées prennent le relais pour garantir un fonctionnement continu. 
• Réassemblage et finalisation :
  une fois toutes les sous-tâches traitées, le système intègre les résultats dans une sortie finale.

Saisir la mécanique d’un système distribué est une chose, être capable de le mettre en œuvre en est une autre. Que vous déployiez un système pour un département restreint ou que vous passiez à une infrastructure globale, les étapes suivantes peuvent vous aider à mener à bien le processus : 

• Évaluez les besoins
  Commencez par évaluer les besoins de votre entreprise, notamment en ce qui concerne la taille et la capacité du réseau, le volume de données, la fréquence des processus et le nombre d’utilisateurs. Prenez également en compte l’exactitude des données, les besoins de disponibilité et la capacité des centres de données existants. 
• Planifiez la portée du déploiement
  Les déploiements distribués vont des petits systèmes locaux aux architectures d’entreprise étendues. Commencez par choisir une option adaptée à vos besoins et assurez-vous que la conception pourra évoluer à mesure que l’entreprise se développe. 
• Exploitez l’orchestration de conteneurs
  Des outils comme Kubernetes simplifient le déploiement, la montée en charge et la gestion des systèmes distribués en automatisant les applications conteneurisées sur l’ensemble des grappes. Cela permet d’obtenir des performances constantes et des opérations rationalisées. 
• Utilisez des bases de données distribuées
  Utilisez des bases de données qui fournissent une couche de données unifiée afin que tous les nœuds puissent accéder aux mêmes données tout en prenant en charge la réplication pour la tolérance aux pannes. Cela garantit la disponibilité des données et contribue à maintenir la cohérence dans l’ensemble du système. Utilisez également des fonctionnalités de sécurité du cloud pour protéger les données dans les environnements distribués. 
• Améliorez l’observabilité
  Les systèmes distribués sont intrinsèquement complexes, leur surveillance est donc essentielle. Mettez en place un traçage distribué pour obtenir une meilleure observabilité et comprendre le fonctionnement du système. Le traçage distribué permet de suivre les demandes sur tous les nœuds, d’identifier les goulots d’étranglement et d’optimiser les performances. L’AIOps peut également vous aider à améliorer la surveillance et la résolution des problèmes dans des environnements distribués complexes.  
• Itération et évolutivité
  Votre système distribué va évoluer au fil du temps. À mesure que la demande augmente, vous pourrez étendre vos déploiements pour passer à des infrastructures plus grandes en ajoutant des ressources, en affinant les configurations et en tirant parti de technologies adaptables.