mdelos arquitecturaa

From Coulouris, Dollimore, Kindberg and

Blair

Distributed Systems:

Concepts and Design

Edition 5, © Addison-Wesley 2012

Modelos

Architecturales

Modificado DAAP 2015 Instructor’s Guide for Coulouris, Dollimore, Kindberg and Blair, Distributed Systems: Concepts and Design

Edn. 5

© Pearson Education 2012

Modelos de Sistema

• Motivación.

• Modelos Arquitectónicos.

• Arquitectura de Sistema.

• Variaciones en el modelo Cliente-Servidor.

• Modelos Fundamentales: Interacción, Fallo,

Seguridad


Edn. 5


Introducción


Edn. 5


• Los diferentes tipos de SD comparten

propiedades subyacentes y dan lugar a

problemas de diseño comunes.

• Se pueden presentar las propiedades y temas

de diseño comunes mediante modelos

descriptivos.

• Un modelo arquitectónico define:

• Interacciones entre componentes (papeles funcionales y patrones de comunicación entre ellos).

• Cómo están vinculados con la red.

• “Simplifica y abstrae las funciones y roles de los componentes”.

• Ejemplos: cliente-servidor, peer-to-peer.

Introducción (cont)

• Modelo Fundamental, descripción más

formal de las propiedades comunes en todos

los modelos arquitectónicos:

• Modelo de interacción: trata las prestaciones y

dificultad de poner límites temporales en SD

• Modelo de fallos: especifica los fallos que se

pueden producir en procesos y canales de

comunicación. Canales fiables, procesos correctos.

• Modelo de seguridad: discute posibles amenazas a

los procesos y canales de comunicación. Canal

seguro


Edn. 5



• Dificultades y amenazas de los sistemas distribuidos ..

problemas que los desarrolladores de sistemas distribuidos

enfrentan.

• Espectro de los modos de uso:

• Las partes componentes de los sistemas están sujetos a amplia

variaciones por la carga de trabajo - por ejemplo, páginas web con

millones acceso al día.

• Partes del sistema conectados o desconectados en el tiempo -

ejemplo, los móviles incluidos en un sistema.

• Pocas aplicaciones tienen requisitos especiales en ancho de banda

de alta velocidad de comunicación y baja latencia - ejemplo, las

aplicaciones multimedia.


Edn. 5



• Amplia gama de entornos de sistema: Un sistema distribuido

debe acomodar hardware heterogéneo, sistemas operativos y

redes.

Las redes pueden diferir ampliamente en el rendimiento - redes inalámbricas operan

a una fracción de la velocidad de locales redes.

Sistemas de escalas muy diferentes, que van desde decenas de computadoras para

millones de computadoras, que deben ser apoyadas.

• Los problemas internos: los relojes no sincronizados,

actualizaciones de datos contradictorios y muchos modos de fallo

de hardware y software que afectan a los componentes individuales

del sistema.

• Las amenazas externas: Los ataques a la integridad de los datos y

el secreto, ataques de denegación de servicio.


Edn. 5


7

Figure 2.1

Generaciones de los sistemas distribuidos


Edn. 5


Elementos Arquitecturales

Para entender los bloques fundamentales de un sistema

distribuido de construcción, es necesario a considerar

las siguientes preguntas claves:

• ¿Cuáles son las entidades que se comunican en el

sistema distribuido?

• ¿Cómo se comunican, o más específicamente, qué

paradigma de la comunicación se utiliza?

• ¿Que roles (cambiantes) y responsabilidades tienen en

la general arquitectura?

• ¿Cómo se asignan a la infraestructura distribuida

física (como son localizados)?

8


Edn. 5


Instructor’s Guide for Coulouris, Dollimore, Kindberg and Blair, Distributed Systems: Concepts and Design Edn. 5


Figure 2.2

Entidades y paradigmas de comunicación

Elementos Arquitecturales (cont.)

Aspectos de diseño evidentes:

División de responsabilidades: Aplicaciones

Servidores

Otros procesos

Ubicación de los componentes

Implicaciones fundamentales

Prestaciones

Fiabilidad

Seguridad



Elementos Arquitecturales C-S

11

Clásica e históricamente la más importante

Continúa siendo la más utilizada.

Recursos compartidos gestionados por los

servidores.

Servidores pueden ser clientes de otros

servicios.

Ejemplos

Navegador-Servidor Web-Servidor Archivos

Navegador-Buscador-Escaladores (crawlers)





Figure 2.3

Clients invoke individual servers

Server

Client

Client

invocation

result

Serverinvocation

result

Process:Key:

Computer:

Servicios por Múltiples Servidores

13

• Distintos procesos servidor en

máquinas separadas interaccionan

para proveer un servicio

• Dos opciones, el conjunto de objetos

en que está basado el servicio:

Se divide y se distribuye entre los servidores.

Se mantiene copias en varias máquinas.





Figure 2.4a

Peer-to-peer architecture



Figure 2.4b

A service provided by multiple servers

Server

Server

Server

Service

Client

Client

Mas sobre Procesos Peer-to-Peer

• Todos los procesos realizan tareas semejantes.

• Interactúan cooperativamente para realizar una

actividad distribuida como iguales.

• El patrón de comunicación de la aplicación determina la

cantidad de procesos cooperantes.

• El código de los procesos debe mantener la

consistencia de los recursos y la sincronización de las

acciones.

• Ejemplos, cluster de datos, distribución de contenido,

pizarra distribuida.

16

Servidores Proxy y Cachés

• Caché, almacén de datos utilizados recientemente.

• Se encuentra más próximo que los datos originales.

• Pueden estar en cada clientes o en un servidor proxy.

• Se incrementa la disponibilidad y prestaciones del servicio.

• La máquina proxy puede desarrollar otros roles, por ejemplo, cortafuego.





Figure 2.5

Web proxy server

Client

Proxy

Web

server

Web

server

serverClient

Arquitectura Jerárquica

Zonas de Usuarios

Caché’s Institucionales

Caché’s Regionales

Caché Nacional (Raíz)

Servidor Web

INTERNET



Arquitectura Jerárquica Dinámica

INTERNET

Caché’s CReps

Usuarios

Servidores Web



Aspectos de Diseño del Caché Políticas de Reemplazo

Políticas de control de admisión

Prefetching

Mecanismos de coherencia



Yo estudio desde cualquier parte..

Proyecto

SD -AICI

Producto

Casero

Innovador

SD-AICI



Variaciones Modelo Cliente-

Servidor

Código Móvil

• Código se desplaza al cliente y se ejecuta

• Respuesta interactiva no sufre retardos

• Servicio se accede al ejecutar código que

invoca operaciones.

• Para implementar interfaces complejas

• Para simular un modelo “push” sobre la

Web.





Figure 2.6

Web applets

a) client request results in the downloading of applet code

Web

server

ClientWeb

serverApplet

Applet code

Client

b) client interacts with the applet

Variaciones Modelo Cliente-Servidor (cont.I)

Agentes Móviles

• Programa en ejecución que se traslada de una máquina a otra

realizando una tarea.

• Puede realizar solicitudes a los recursos locales de las máquinas

que visita.

• Reduce el coste de comunicación y tiempo de las solicitudes

remotas.

• Constituyen una amenaza potencial a la seguridad de los recursos

de las máquinas que visita.

• Existe el riesgo de que la visita se quede indefinidamente

25

Variaciones Modelo Cliente-Servidor (cont.II)

Computadores de Red

• Descarga su sistema operativo y cualquier aplicación que necesita

el usuario desde un servidor de archivos remoto.

• Las aplicaciones corren localmente.

• Los archivos se gestionan desde un servidor de archivos remoto.

• Los usuarios pueden migrar desde un computador a otro sin

problemas.

• Capacidad del computador de red es limitada, lo que reduce los

costos.

• Si existe disco, se utiliza como un caché.

26

Variaciones Modelo Cliente-Servidor (cont.III)

Clientes ligeros.

• Capa de aplicación que soporta una interfaz basada en

ventanas.

• Las aplicaciones se ejecutan en un computador remoto,

servidor de cómputo

• Servidor de cómputo, máquina multiprocesador.

• Actividades gráficas fuertemente interactivas, tienen

problemas en este esquema.

27

Intercomunicación Espontánea

28

Internet

gateway

PDA

service

Music service

service Discovery

Alarm

Camera

Guests devices

Laptop TV/PC

Hotel wireless

network

Intercomunicación Espontánea (cont.)

Características.

• Fácil conexión: dispositivos en un entorno nuevo, se

reconfigura transparentemente.

• Fácil integración: los servicios disponibles se descubren

automáticamente.

Asuntos por resolver.

• Conectividad limitada: zonas sin cobertura, cambio de

celda, costo involucrado, etc.

• Seguridad y privacidad.

29

Requisitos de Diseño

Arquitecturas Distribuidas

Temas de prestaciones.

Capacidad de respuesta

• Carga y prestaciones del servidor

• Carga y prestaciones de la red

• Retardos de los componentes software

“sistemas con pocas capas de software y pequeñas cantidades de

datos a transferir entre cliente y servidor”

Productividad

• Tareas completadas / tiempo

• En servidor, cliente y red (tasa transferencia)

Balance de carga

• Entre computadores alternativos

• Entre procesos implicados

30



Figure 2.7

Software and hardware service layers in distributed systems

Applications, services

Computer and network hardware

Platform

Operating system

Middleware

Requisitos… (cont.I)

Calidad de servicio

• Se ve afectada por: fiabilidad, seguridad, adaptabilidad y

prestaciones.

• En general, se puede ver como el indicador de aceptabilidad de un

servicio.

• Se recomienda usar QoS (Quality of Service), para referirse a la

capacidad de garantizar tasas de transferencia y límites de tiempo.

• Importante para aplicaciones que mantienen datos críticos en el

tiempo (caudales de sonido o vídeo).

• Disponibilidad de los recursos necesarios en los instantes

adecuados…

32

Uso de caché y replicación. • Ayudan a mejorar las prestaciones

• Ej. Protocolo de caché de Web

a) TTL (Time-To-Live)

b) PER (Poll Each Read)

c) PPA (Poll Periodically Algorithm)

Aspectos de fiabilidad. • Corrección

• Tolerancia a fallos

mediante redundancia, protocolos con reconocimiento y mecanismos de recuperación

Seguridad

•Protección activa y pasiva contra ataques, y

•Mecanismos de seguridad criptográfica.

34 Instructor’s Guide for Coulouris, Dollimore, Kindberg and Blair, Distributed Systems: Concepts and Design Edn. 5


Figure 2.8

Two-tier and three-tier architectures



Figure 2.10

Thin clients and compute servers

Thin Client

Application Process

Network computer or PC Compute server

network



Figure 2.11

The web service architectural pattern

Modelos Fundamentales

En general,

“Un modelo contiene los elementos esenciales para comprender y

razonar sobre el comportamiento del sistema”

Trata cuestiones del sistema como:

• ¿Cuáles son sus entidades principales?

• ¿Cómo interactúan?

Cuáles son las características que afectan su comportamiento

individual y colectivo?

Su objetivo es:

• Explicitar todas las premisas relevantes

• Generalizar respecto a lo que es posible o no, dadas las premisas

anteriores (mediante algoritmos o propiedades)

37

Modelo de Interacción

De interacción, refleja hechos como

• Comunicación se efectúa con retrasos.

• Probablemente retrasos de considerable duración.

• Precisión en la coordinación está limitada por la duración de los

retrasos y la dificultad de mantener un reloj común.

De fallo,

• Define y clasifica los fallos.

• Proporciona la base para el análisis de los efectos potenciales de

los fallos y el diseño de sistemas con tolerancia a fallos.

De seguridad

• Define y clasifica las formas en que se pueden llevar a cabo

ataques al sistema.

• Proporciona la base para el análisis de amenazas.

38



Figure 2.12

Categories of middleware



Figure 2.14

Processes and channels --Modelo de Interacción

process p process q

Communication channel

send

Outgoing message buffer Incoming message buffer

receivem

Los procesos transmiten mensajes de unos a otros para transferir

información y coordinar su actividad.

Cada proceso tiene su propio estado que es privado.

En general no puede predecirse:

• La tasa con que procede cada proceso.

• La temporización de la transmisión de mensajes.

Sistemas Distribuidos

Modelo de Interacción (cont.I) Prestaciones de los canales de comunicación. Latencia: retardo entre el envío de un mensaje y su recepción, incluye

• Tiempo de acceso a la red.

• Tiempo de transmisión.

• Tiempo empleado por los servicios de comunicación del sistema operativo

(origen y destino).

Ancho de banda: cantidad máxima de información que se puede transmitir

en un intervalo de tiempo.

Fluctuación (jitter): variación del tiempo invertido en completar el reparto de

una serie de mensajes.


Modelo de Interacción (cont.II) Relojes y eventos de temporización. Cada reloj posee una deriva diferente (diferencia con respecto a un tiempo

absoluto).

Incluso, sus tasas de deriva son diferentes.

Además, la concordancia final de los relojes está afectada por retardos

variables de los mensajes.

Dos variantes del modelo de interacción, según las

restricciones temporales: Sistemas distribuidos síncronos

Sistemas distribuidos asíncronos


Modelo de Interacción (cont.III) Sistemas distribuidos síncronos. Se establecen límites:

Tiempo de ejecución de cada etapa de un proceso tiene ciertos límites

inferior y superior conocidos.

• Cada mensaje se transmite en tiempo limitado conocido.

• La tasa de deriva de cada reloj tiene un límite conocido.

Es difícil obtener valores realistas y además dar garantías sobre los valores

elegidos.

Es posible utilizar timeouts para detectar fallos de procesos o pérdidas de

mensajes.


Modelo de Interacción (cont.IV) Sistemas distribuidos asíncronos. No existen limitaciones:

• Velocidad de procesamiento.

• Los retardos de transmisión de mensajes.

• Las tasas de deriva del reloj.

Ejemplo: Internet

Mayor dificultad para llegar a acuerdos, aún si se utilizan canales seguros.

Generalmente, se permite realizar otro tipo de tareas durante la espera.

Modelo de Interacción (cont.V) Sistema Distribuido

Síncrono Sistema Distribuido

Asíncrono

Respuesta de los procesos

Timeouts superior e inferior en cada etapa del proceso

Velocidad de proceso muy variable

Tiempo de comunicación

Timeouts de recepción conocidos

Retardos imprevisibles en la transmisión

Error en los relojes

Tasas de deriva locales conocidas

Tasas de deriva imprevisibles


Modelo de Interacción (cont.VI) Ordenamiento de eventos. En un sistema asíncrono los eventos se pueden ver en un orden distinto al

que fueron generados.

Por ejemplo,

• X envía un mensaje con el tema Reunión a Y, Z y A

• Usuarios Y y Z responden con un mensaje Re:Reunión

• El retardo en la transmisión de los mensajes puede hacer que los eventos se

vean en una secuencia distinta a la que se produjeron.



Figure 2.13

Real-time ordering of events

send

receive

send

receive

m1 m2

2

1

3

4X

Y

Z

Physical

time

A

m3

receive receive

send

receive receive receive

t1 t2 t3

receive

receive

m2

m1



Figure 2.15

Omission and arbitrary failures

Class of failure Affects Description

Fail-stop Process Process halts and remains halted. Other processes may detect this state.

Crash Process Process halts and remains halted. Other processes may not be able to detect this state.

Omission Channel A message inserted in an outgoing message buffer never arrives at the other end’s incoming message buffer.

Send-omission Process A process completes a send, but the message is not put in its outgoing message buffer.

Receive-omission Process A message is put in a process’s incoming message buffer, but that process does not receive it.

Arbitrary (Byzantine)

Process or channel

Process/channel exhibits arbitrary behaviour: it may send/transmit arbitrary messages at arbitrary times, commit omissions; a process may stop or take an incorrect step.



Figure 2.11

Timing failures

Class of Failure Affects Description

Clock Process Process’s local clock exceeds the bounds on its rate of drift from real time.

Performance Process Process exceeds the bounds on the interval between two steps.

Performance Channel A message’s transmission takes longer than the stated bound.


Modelo de Seguridad Lograr la seguridad del sistema distribuido: • Asegurando los procesos y canales

• Protegiendo los objetos de acceso no autorizados

Protección de objetos • Los objetos se construyen para ser utilizados en formas diferentes por

usuarios diferentes

• Los derechos de acceso especifican a quién se permite realizar ciertas acciones sobre el objeto

• La autoridad con que se ordena una invocación o se da un resultado se denomina principal

• Un principal puede ser un usuario o un proceso



Figure 2.17

Objects and principals

Network

invocation

result

ClientServer

Principal (user) Principal (server)

ObjectAccess rights



Figure 2.18

The enemy

Communication channel

Copy of m

Process p Process q m

The enemy m’


Modelo de Seguridad (cont.III) Amenazas • A procesos: suplantación de la identidad tanto del cliente como del servidor

• A los canales: vulneración de la privacidad e integridad de la información

sobre la red

Vencer amenazas • Criptografía

• Encriptación

• Autenticación

• Firmas digitales, etc


Modelo de Seguridad (cont.IV) Canales seguros • Cada proceso conoce la identidad del principal en cuya representación se

ejecuta otro proceso.

• Se asegura la privacidad y la integridad de datos

• Cada mensaje incluye un sello temporal, físico o lógico, para prevenir el

reenvío o reordenación

Principal A

Secure channel Process p Process q

Principal B

mdelos arquitecturaa

Documents

Transcript of mdelos arquitecturaa