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 para garantizar que el sistema funcione de manera eficiente y sin problemas. A continuación, se presentan los elementos clave que definen este enfoque:

• Escalabilidad
  La escalabilidad se refiere a la capacidad del sistema para adaptarse al crecimiento sin poner en riesgo el rendimiento. Esto se logra mediante la adición de nodos o recursos adicionales a medida que aumenta la demanda, lo que permite al sistema manejar cantidades de trabajo más grandes y un número creciente de usuarios sin fallar.
  

• Intercambio de recursos
  Los sistemas distribuidos comparten hardware, software y datos en varios nodos. De esta manera, se pueden utilizar varios recursos de manera más eficaz y eso garantiza que ningún componente se vea sobrecargado.
  


• 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 gracias al respaldo de la interoperabilidad y la extensibilidad, lo que permite a las organizaciones evolucionar su infraestructura de TI a lo largo del tiempo.

• Concurrencia
  La concurrencia es la capacidad del sistema para manejar varias tareas de manera simultánea. Al distribuir las operaciones en varios nodos, un sistema distribuido es capaz de procesar de manera eficiente, incluso cuando diferentes usuarios o aplicaciones realizan tareas que se superponen.

• Tolerancia a fallos
  La tolerancia a fallos garantiza la confiabilidad del sistema, incluso ante fallos de hardware o software. Los sistemas distribuidos logran esto mediante la detección y eliminación rápidas de puntos únicos de fallo, la redistribución de tareas y el mantenimiento de la funcionalidad sin reducir de forma significativa el rendimiento.


• Transparencia
  Aunque pueda parecer contradictorio, la “transparencia” en los sistemas distribuidos oculta las complejidades de la infraestructura subyacente de 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 datos.

 

En términos de estructura, los sistemas distribuidos son el polo opuesto a las infraestructuras centralizadas más tradicionales. Si bien 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 lograr objetivos comunes.

Sistema centralizado 
Un sistema centralizado es aquel en el que todas las tareas de computación, el almacenamiento de datos y la toma de decisiones están controladas por un único servidor o nodo central. Los dispositivos periféricos o los usuarios interactúan directamente con este nodo central, que sirve como el centro primario para todas las actividades. 

• Punto único de control
  Toda la toma de decisiones y la gestión de recursos se producen en el nodo central, lo que crea una jerarquía clara. 
• Gestión centralizada de datos
  Los datos se almacenan y procesan en una sola ubicación, lo que simplifica la administración, pero puede crear cuellos de botella. 
• Simplicidad en la gestión
  Con un punto de control único, los sistemas centralizados son más fáciles de gestionar y coordinar, lo que los hace adecuados para entornos a pequeña escala o menos complejos. 
• Vulnerabilidades potenciales
  Un punto único de fallo puede provocar tiempo de inactividad o interrupciones si el nodo central encuentra problemas. Además, la alta demanda en el nodo central puede causar retrasos o congestión. 
• Desarrollo lineal
  En sistemas centralizados, el desarrollo suele seguir un enfoque lineal, con equipos trabajando de forma secuencial en 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 de computación, la gestión de datos y la toma de decisiones en varios nodos independientes que se comunican y colaboran a través de una red. 

• Control descentralizado
  Ningún nodo tiene autoridad sobre todo el sistema. En cambio, 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 si agregan más nodos, lo que los hace adecuados para manejar mayores cantidades de trabajo y expandir las bases de usuarios. 
• Colaboración entre nodos
  Los nodos en un sistema distribuido comparten recursos e información, trabajando juntos para procesar datos y ofrecer servicios de manera eficiente. 
• Desarrollo modular
  Los sistemas distribuidos respaldan el desarrollo modular, en el que los equipos pueden trabajar simultáneamente en diferentes componentes o servicios, lo que aumenta la velocidad y la flexibilidad de desarrollo. 
• Actualizaciones más frecuentes
  Debido a su arquitectura modular, los sistemas distribuidos pueden implementar actualizaciones frecuentes e incrementales durante todo el año, lo que permite una implementación más rápida de nuevas características y mejoras.  
• Competencias de desarrollo paralelo
  La estructura descentralizada de los sistemas distribuidos permite que varios equipos de desarrollo trabajen codo con codo en diferentes componentes sin causar interrupciones en todo el sistema, lo que promueve la agilidad y la innovación más rápida.

Los sistemas distribuidos se pueden clasificar en varios tipos según 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. Los ejemplos incluyen aplicaciones web en las que los navegadores (clientes) recuperan contenido de los servidores web. 
• Redes entre pares (P2P)
  Los sistemas entre pares distribuyen cantidades de trabajo entre nodos que actúan como clientes y servidores. Esta estructura descentralizada elimina la necesidad de un servidor central, lo que permite que los nodos compartan recursos directamente. Las plataformas de intercambio de archivos son un ejemplo conocido 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 el escalamiento y el mantenimiento sean más manejables. Muchas aplicaciones web modernas, como las plataformas de comercio electrónico, utilizan esta arquitectura. 
• Arquitectura de microservicios
  Los microservicios dividen las aplicaciones en servicios pequeños e independientes, cada uno 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. Los ejemplos incluyen plataformas de transmisión en línea, en las que distintos servicios gestionan perfiles, recomendaciones, etc. 
• Arquitectura orientada a servicios (SOA)
  Al igual que los microservicios, la SOA organiza las funcionalidades en servicios. Sin embargo, con frecuencia, la SOA utiliza un bus de servicios empresariales (ESB) para facilitar la comunicación entre los componentes. Esta arquitectura se suele encontrar en sistemas empresariales grandes. 
• Sistemas impulsados por eventos 
  Los sistemas impulsados por eventos funcionan en función de eventos que desencadenan acciones o flujos de trabajo específicos en toda la red. Los componentes interactúan de forma asíncrona, en respuesta a cambios o actualizaciones en tiempo real. Esta arquitectura es común en las aplicaciones de Internet de las cosas (IoT), en las que los sensores detectan eventos y actúan en consecuencia. 

La arquitectura descentralizada en los sistemas distribuidos les permite admitir una amplia variedad de casos de uso en prácticamente todas las industrias. A continuación, se presentan algunos de los ejemplos más destacados de sistemas distribuidos y sus aplicaciones: 

• Redes
  Las redes, como Internet, se encuentran entre los primeros y más amplios ejemplos de sistemas distribuidos. Permiten que las computadoras se comuniquen y compartan recursos a través de redes de área local (LAN) o redes de área amplia (WAN). Las redes entre pares y los sistemas de correo electrónico también aprovechan la computación distribuida para permitir un intercambio de datos fluido. 
• 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 fundamentales en industrias que dependen en gran medida del procesamiento inmediato, como los sistemas de reserva de aerolíneas, las plataformas de despacho de viajes compartidos, los sistemas automatizados de control de fabricación y el rastreo de la logística. 
• Sistemas distribuidos de base de datos
  Las bases de datos distribuidas almacenan datos en varios servidores o ubicaciones físicas. Mejoran la escalabilidad y la confiabilidad mediante la replicación o partición de datos. Las bases de datos homogéneas utilizan una estructura coherente, mientras que las bases de datos 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 (ML). Este enfoque admite aplicaciones como vehículos autónomos y procesamiento del lenguaje natural (NLP). 
• Redes de telecomunicaciones
  Los sistemas de telecomunicaciones modernos, incluidas las redes celulares y VoIP (voz sobre IP), también utilizan una arquitectura distribuida.

Los sistemas distribuidos ofrecen varias ventajas sobre las arquitecturas monolíticas tradicionales, lo que los hace indispensables para entornos informáticos modernos. Estas son algunas de las ventajas principales: 

• Confiabilidad
  Los sistemas distribuidos minimizan el riesgo de tiempo de inactividad a través de la eliminación de puntos únicos de fallo. Si un nodo se bloquea, otros pueden continuar las operaciones sin interrupciones. 
• Velocidad
  Las tareas distribuidas se pueden ejecutar simultáneamente, lo que lleva a tiempos de finalización más rápidos. En particular, esto es útil para aplicaciones o situaciones de alto tráfico que requieren procesamiento en tiempo real. 
• Rendimiento
  Los sistemas distribuidos usan el paralelismo para optimizar el rendimiento. Dividen tareas grandes en unidades más pequeñas, lo que permite que varios nodos las procesen de manera simultánea; eso reduce la latencia y mejora el rendimiento en el proceso. 
• Rentabilidad
  Estos sistemas aprovechan el hardware de productos básicos de bajo costo y las instancias basadas en la nube, lo que los hace más asequibles de escalar en comparación con los sistemas centralizados tradicionales. La capacidad de agregar nodos según sea necesario también reduce los costos de inversión inicial. 

Si bien los sistemas distribuidos proporcionan beneficios significativos, también presentan un conjunto de desafíos debido a su complejidad y la necesidad de una coordinación eficaz. Cuando consideres trabajar dentro de 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. Emplea documentación y herramientas claras, como mapas de sistemas distribuidos o paneles de operaciones, para visualizar mejor la arquitectura del sistema y sus dependencias. 
• Riesgo de fallo de red
  La comunicación entre nodos depende de una red estable; si se produce un problema, la transferencia de datos y la funcionalidad del sistema pueden interrumpirse. Aborda esto mediante la implementación de protocolos de redundancia y mecanismos de conmutación por error confiables. 
• Gestión difícil de los gastos generales
  La gestión de una gran cantidad de nodos y procesos aumenta los gastos generales operativos. El monitoreo, el registro, la solución de problemas, etc., tienen su propio costo en términos de tiempo y esfuerzo. Contrarresta estos gastos empleando ampliamente la automatización, en concreto dentro de las herramientas de gestión. 
• Seguridad
  Los sistemas distribuidos se enfrentan a mayores riesgos de ciberseguridad debido a su gran superficie de ataque y acceso a recursos compartidos. Protege los datos y sistemas confidenciales mediante la adopción de protocolos de autenticación estrictos, el cifrado y las auditorías de seguridad regulares. 
• Coherencia de los datos
  Garantizar que todos los nodos tengan datos actualizados y sincronizados puede ser un desafío, en especial durante fallos o retrasos en la red. Asegura la coherencia de los datos mediante el empleo de bases de datos distribuidas con modelos sólidos de coherencia. 

Los sistemas distribuidos funcionan dividiendo las tareas en componentes más pequeños que se distribuyen en varios nodos, que luego pueden comunicarse y colaborar mientras trabajan para lograr un propósito común. Por lo general, este proceso sigue un conjunto específico de pasos: 

• Descomposición de tareas:
  El sistema comienza dividiendo una tarea en tareas secundarias más pequeñas y manejables. 
• Componentes descentralizados:
  Se distribuyen varios nodos, ya sean computadoras físicas o máquinas virtuales, en diferentes ubicaciones. Cada nodo funciona de forma autónoma y, al mismo tiempo, contribuye a la funcionalidad general del sistema. 
• Comunicación:
  Los nodos intercambian información mediante protocolos de comunicación como colas de TCP/IP, HTTP o mensajes. Esta interacción garantiza que todos los componentes permanezcan coordinados y puedan compartir datos esenciales. 
• Coordinación:
  Los sistemas distribuidos dependen de mecanismos de coordinación para sincronizar acciones entre nodos. Las técnicas como los protocolos de consenso (por ejemplo, Paxos) y las transacciones distribuidas ayudan a mantener la coherencia de los datos y evitar conflictos para que el sistema pueda funcionar en armonía. 
• Ejecución y procesamiento:
  Cada nodo realiza su tarea secundaria asignada de forma independiente utilizando recursos locales. Una vez completados, los resultados se comunican de nuevo a un sistema de gestión central o se agregan de otro modo en el resultado final. 
• Tolerancia a fallos:
  Para manejar fallos, los sistemas distribuidos incorporan estrategias de redundancia y replicación. Si un nodo falla, los nodos de respaldo o las fuentes de datos replicadas se hacen cargo para garantizar el funcionamiento continuo. 
• Reensamblaje y finalización:
  Después de procesar todas las tareas secundarias, el sistema integra los resultados en un resultado final.

Comprender cómo funciona un sistema distribuido no es lo mismo que saber cómo implementarlo. Ya sea que se implemente un sistema para un departamento pequeño o se escale a una infraestructura global, los siguientes pasos pueden ayudar a guiar el proceso: 

• Evalúa los requisitos
  Comienza por evaluar las necesidades de tu organización, incluidos el tamaño y la capacidad de la red, el volumen de datos, la frecuencia de los procesos y el recuento de usuarios. Además, considera la fidelidad de los datos, los requisitos de disponibilidad y la capacidad de los centros de datos existentes. 
• Planifica el alcance de la implementación
  Las implementaciones distribuidas pueden abarcar desde pequeños sistemas locales hasta arquitecturas empresariales a gran escala. Comienza con una categoría adecuada en función de tus necesidades actuales y asegúrate de que el diseño pueda evolucionar a medida que la organización crezca. 
• Aprovecha la orquestación de contenedores
  Herramientas como Kubernetes simplifican la implementación, el escalamiento y la gestión de sistemas distribuidos mediante la automatización de aplicaciones en contenedores en todos los clústeres. Esto promueve un rendimiento coherente y operaciones optimizadas. 
• Implementa bases de datos distribuidas
  Utiliza bases de datos que proporcionen una capa de datos unificada, que permiten que todos los nodos accedan a los mismos datos y, al mismo tiempo, admiten la replicación para la tolerancia a fallos. Esto garantiza la disponibilidad de los datos y ayuda a mantener la coherencia en todo el sistema. Además, emplea la seguridad en la nube para ayudar a proteger los datos en entornos distribuidos. 
• Mejora la observabilidad
  Los sistemas distribuidos son intrínsecamente complejos, lo que hace que el monitoreo sea fundamental. Implementa el rastreo distribuido para obtener observabilidad y conocimientos sobre las operaciones del sistema. El rastreo distribuido hace un seguimiento de las solicitudes en todos los nodos, identifica los cuellos de botella y garantiza la optimización del rendimiento. AIOps también puede ayudar a mejorar el monitoreo y la resolución de problemas en entornos distribuidos complejos.  
• Itera y escala
  Espera que tu sistema distribuido evolucione con el tiempo. A medida que aumenten las demandas, realiza la transición de implementaciones más pequeñas hacia infraestructuras más grandes mediante la adición de recursos, el perfeccionamiento de las configuraciones y el aprovechamiento de tecnologías escalables.