Descifrando Sistemas Distribuidos: Guía Completa con Estrategias de Monitorización

Los sistemas distribuidos permiten implementar proyectos de forma más eficiente y a un menor costo, pero requieren de procesamientos complejos por el hecho de que se usan diversos nodos para procesar una o varias tareas con un mayor rendimiento en distintos sitios de la red. Para comprender esta complejidad, veamos primero sus fundamentos.

Los Fundamentos de Sistemas Distribuidos

¿Qué son los sistemas distribuidos?

Un sistema distribuido es un entorno informático en que conviven múltiples dispositivos, coordinando sus esfuerzos para completar una tarea de forma mucho más eficiente que si se realizara con solo un dispositivo. Esto ofrece muchas ventajas en comparación con los entornos informáticos tradicionales, tales como mayor escalabilidad, mejoras en la fiabilidad y menos riesgos al evitar un único punto vulnerable a fallas o ataques cibernéticos.
En la arquitectura moderna los sistemas distribuidos cobran mayor relevancia al poder distribuir la carga de‌ trabajo entre varias computadoras, servidores, dispositivos en Edge Computing, etc. (nodos), para que las tareas se ejecuten de manera confiable y más rápida, sobre todo en estos tiempos en los que existe una alta demanda de disponibilidad continua, velocidad y alto rendimiento de parte de los usuarios y las infraestructuras se extienden más allá de la organización (no solo en otras geografías, sino también en Internet de las Cosas, Edge Computing, etc.).

Tipos y Ejemplo de sistemas distribuidos:

Existen varios modelos y arquitecturas de sistemas distribuidos:

• Sistemas cliente/servidor: Son el tipo más tradicional y sencillo de sistema distribuido, en el que varios ordenadores conectados en red interactúan con un servidor central para almacenar datos, procesarlos o realizar cualquier otro objetivo común.
• Redes de telefonía móvil: Son un tipo avanzado de sistema distribuido que comparte cargas de trabajo entre terminales, sistemas de conmutación y dispositivos basados en Internet.
• Redes peer-to-peer (igual a igual): Distribuyen cargas de trabajo entre cientos o miles de ordenadores que ejecutan el mismo software.
• Instancias de servidor virtual basadas en la nube: Son actualmente las formas más comunes de sistemas distribuidos en la empresa, ya que transfieren cargas de trabajo a decenas de instancias de servidor virtual basadas en la nube que se crean según sea necesario y se terminan cuando la tarea se ha completado.

Podemos ver ejemplos de sistemas distribuidos en una red de computadoras dentro de la misma organización, los sistemas‌ de‍ almacenamiento en sitio local o en la nube y los sistemas de bases de datos distribuidas en un consorcio empresarial. También, varios sistemas pueden interactuar entre sí, no solo desde la organización sino con otras empresas, como podemos ver en el siguiente ejemplo:

Desde casa, uno puede comprar un producto (cliente en casa) e inicia el proceso con el servidor de la distribuidora y éste a su vez con el servidor del proveedor para abastecer el producto, conectándose también a la red del banco para realizar la transacción financiera (conectándose al mainframe regional del banco, para después conectarse con el mainframe principal del banco). O bien, en la tienda, el cliente paga en la terminal de la caja del supermercado, que a su vez conecta con el servidor del negocio y a la red del banco para registrar y confirmar la transacción financiera. Como bien puede verse, existen varios nodos (terminales, computadoras, dispositivos, etc.) que se conectan e interactúan. Para comprender cómo es posible lograr una sintonía en los sistemas distribuidos, veamos cómo colaboran los nodos entre sí.

Colaboración entre Nodos: La Sinfonía de la Distribución

• Cómo interactúan los nodos en sistemas distribuidos: los sistemas distribuidos usan un software específico para poder comunicarse y compartir recursos entre diferentes máquinas o dispositivos, además de orquestar las actividades o tareas. Para ello, se usan de protocolos y‍ algoritmos para coordinar ​las acciones y el intercambio de datos. Siguiendo el ejemplo anterior, la computadora o la caja de la tienda son el cliente a partir del cual se solicita un servicio a ​un servidor (servidor del negocio), el cual a su vez solicita el servicio de la red del banco, el cual lleva a cabo la tarea de registrar el pago y devuelve los resultados al cliente (la caja de la tienda) de que el pago ha sido exitoso.
• Los desafíos más comunes: son el poder coordinar tareas de los nodos interconectados, garantizar la consistencia de los datos que se intercambian entre los nodos y administrar la seguridad y privacidad de los nodos y los datos que viajan en ​un entorno distribuido.
• Para mantener la coherencia en los sistemas distribuidos, se requieren servicios de comunicación o mensajería asincrónica, sistemas de‌ archivos distribuidos para almacenamiento ‍compartido y plataformas de‌ gestión de nodos y/o clústeres para administrar los recursos.

Diseñando para la escalabilidad: Principios clave

• Importancia de la escalabilidad en entornos distribuidos: La escalabilidad es la capacidad de crecer a medida que aumenta el tamaño de la carga de trabajo, lo que se consigue añadiendo unidades de procesamiento o nodos adicionales a la red según sea necesario.
• Principios de diseño para fomentar la escalabilidad: La escalabilidad se ha vuelto vital para soportar una mayor demanda de agilidad y eficiencia por parte de los usuarios, además del creciente volumen de datos. Se debe combinar el diseño arquitectónico, actualizaciones de hardware y software para garantizar el rendimiento y la confiabilidad, con base en:
  • Escalabilidad horizontal: Agregando más nodos (servidores) al conjunto de recursos existente, lo que permite que el sistema maneje mayores cargas de trabajo distribuyendo la carga entre múltiples servidores.
  • Balanceo de carga: Para lograr escalabilidad técnica, se distribuyen las solicitudes entrantes de manera uniforme entre varios servidores, de manera que ningún servidor se vea abrumado.
  • Escalado automatizado: Mediante algoritmos y herramientas para ajustar dinámica y automáticamente los recursos según la demanda. Esto ayuda a mantener el rendimiento durante los picos de tráfico y reducir costos durante períodos de baja demanda. Las plataformas en la nube suelen ofrecer funciones de escalamiento automático.
  • Almacenamiento en caché: Mediante almacenamiento de datos a los que se accede con frecuencia o resultados de respuestas anteriores, mejorando la capacidad de respuesta y reduciendo la latencia de la red en lugar de realizar solicitudes repetidas a la base de datos.
  • Escalabilidad geográfica: Agregando nuevos nodos en un espacio físico sin afectar el tiempo de comunicación entre nodos, lo cual garantiza que los sistemas distribuidos puedan manejar el tráfico global de manera eficiente.
  • Escalabilidad administrativa: Gestionando nuevos nodos agregados al sistema, lo que minimiza la sobrecarga administrativa.

El rastreo o monitorización distribuida es un método para monitorizar aplicaciones construidas sobre una arquitectura de microservicios que se despliegan habitualmente en sistemas distribuidos. El seguimiento supervisa el proceso paso a paso, ayudando a los desarrolladores a descubrir errores, cuellos de botella, latencia u otros problemas con la aplicación. La importancia de la monitorización en sistemas distribuidos radica en que se puede rastrear múltiples aplicaciones y procesos simultáneamente a través de numerosos nodos y entornos informáticos concurrentes, que se han vuelto el común en las arquitecturas de los sistemas de la actualidad (en sitio, en la nube o ambientes híbridos), que también demandan estabilidad y confiabilidad en sus servicios.

Diseñando para la escalabilidad: Principios clave

Para optimizar la administración de sistemas IT y lograr la eficiencia en la entrega de los servicios de TI, es indispensable la monitorización de sistemas adecuada, ya que los datos en los sistemas de monitorización y logs permiten detectar posibles problemas como también analizar incidencias para no sólo reaccionar sino ser más proactivos.

Herramientas esenciales y mejores prácticas

Una herramienta esencial es un sistema de monitorización centrado en procesos, memoria, almacenamiento y conexiones red, con los objetivos de:

• Aprovechar al máximo los recursos de hardware de una empresa.
• Notificar posibles problemas.
• Prevenir incidencias y detectar problemas.
• Reducir costos y tiempos de implementación de sistemas.
• Mejorar la experiencia de los usuarios y la satisfacción en atención al cliente.

Además del sistema de monitorización, se deben implementar las mejores prácticas es establecer un protocolo de resolución de incidencias, que marcará una gran diferencia a la hora de resolver problemas o simplemente reaccionar, con base en:

• Predicción y prevención. Las herramientas de monitoreo adecuadas no solo permiten actuar a tiempo sino también analizar para prevenir problemas que impacten en los servicios de TI.
• Personalizar alertas e informes que realmente se necesitan y que te permitan la mejor visualización del estado y desempeño de la red y los equipos.
• Apoyarse en la automatización, aprovechando las herramientas que cuentan con algunas reglas predefinidas.
• Documentar cambios (y su seguimiento) en las herramientas de monitoreo de sistemas, que faciliten su interpretación y auditoría (quién y cuándo realizó cambios).

Por último, se recomienda elegir la herramienta adecuada de acuerdo con el entorno de TI y madurez de la organización, los procesos críticos del negocio y su dispersión geográfica.

Resiliencia Empresarial: Monitorización Proactiva

Acceder en tiempo real para conocer el estado de los sistemas y activos informáticos críticos para la empresa permite detectar el origen de los incidentes. Sin embargo, la resiliencia mediante la monitorización proactiva se logra a partir de protocolos de actuación para resolver problemas en forma eficaz cuando se tiene claro qué y cómo hacer, además de contar con datos para emprender acciones proactivas y alertas frente a llenado de discos duros, límites en el uso de memoria y posibles vulnerabilidades al acceso a discos, etc., antes de que se conviertan en un posible problema, ahorrando también costos y tiempos del staff de TI para resolver incidentes. Veamos algunos casos de estudio que destacan la resolución rápida de problemas.

• Caso Cajasol: Necesitábamos un sistema que tuviera disponible una planta productiva muy amplia, en la que convivieran diferentes arquitecturas y aplicaciones, las cuales es necesario tener controladas y ser transparentes y proactivos.
• Caso Fripozo: Era necesario enterarse a tiempo de los fallos y corregirlos lo antes posible, pues esto redundaba en un peor servicio del departamento de sistemas al resto de la compañía.

Optimizando rendimiento: estrategias de monitorización efectiva

La supervisión constante de los sistemas permite gestionar los desafíos en su rendimiento, ya que permite identificar los problemas antes de que se conviertan en una suspensión o el fallo total que impida la continuidad del negocio, basándose en:

• La recopilación de datos sobre rendimiento y el estado de los sistemas.
• La visualización de métricas para detectar anomalías y patrones de comportamiento de los equipos, redes y aplicaciones.
• La generación de alertas personalizadas, que permitan accionar en tiempo y forma.
• La integración con otras plataformas y herramientas de gestión y automatización.

Monitorización con Pandora FMS en entornos distribuidos

Monitorización con agentes

La monitorización con agentes es una de las formas más efectivas de obtener información detallada sobre sistemas distribuidos. Se instala un software ligero en los sistemas operativos que recopila continuamente datos del sistema en el que está instalado. Pandora FMS utiliza agentes para acceder a información más profunda que los chequeos de red, permitiendo monitorizar “desde dentro” las aplicaciones y servicios en un servidor. La información comúnmente recopilada mediante la monitorización con agentes incluye:

• Uso de CPU y memoria.
• Capacidad de discos.
• Procesos en ejecución.
• Servicios levantados.

Monitorización interna de aplicaciones

Chequeos remotos con agentes – Modo broker

En escenarios donde se necesita monitorizar una máquina remota y no se puede llegar a ella directamente desde el servidor central de Pandora FMS, se utiliza el modo broker de los agentes instalados en sistemas locales. El agente broker ejecuta chequeos remotos en sistemas externos y envía la información al servidor central, actuando como un intermediario.

Monitorización de redes remotas con proxy de agentes – Modo proxy

Cuando se desea monitorizar una subred completa y el servidor central de Pandora FMS no puede llegar directamente a ella, se utiliza el modo proxy. Este modo permite que los agentes en sistemas remotos reenvíen sus datos XML a un agente proxy, que luego los transmite al servidor central. Es útil cuando solo una máquina puede comunicarse con el servidor central.

Monitorización distribuida con varios servidores

En situaciones donde se necesita monitorizar un gran número de dispositivos y un solo servidor no es suficiente, se pueden instalar varios servidores de Pandora FMS. Todos estos servidores están conectados a la misma base de datos, lo que permite distribuir la carga y manejar subredes diferentes de manera independiente.

Monitorización distribuida delegada – Export Server

Cuando se brindan servicios de monitorización a múltiples clientes, cada uno con su instalación independiente de Pandora FMS, se puede utilizar la funcionalidad de Export Server. Este servidor exportador permite tener una visión consolidada de la monitorización de todos los clientes desde una instalación central de Pandora FMS, con la capacidad de establecer alertas y umbrales personalizados.

Monitorización de redes remotas con chequeos locales y de red – Satellite Server

Cuando se necesita monitorizar una red externa tipo DMZ y se requiere tanto chequeos remotos como monitorización con agentes, se utiliza el Satellite Server. Este servidor satélite se instala en la DMZ y realiza chequeos remotos, recibe datos de agentes y los reenvía al servidor central de Pandora FMS. Es especialmente útil cuando el servidor central no puede abrir conexiones directas a la base de datos de la red interna.

Monitorización de redes aisladas securizadas – Sync Server

En entornos donde la seguridad impide abrir comunicaciones desde ciertas ubicaciones, como datacenters en diferentes países, se puede utilizar el Sync Server. Este componente, introducido en la versión 7 “Next Generation” de Pandora FMS, permite que el servidor central inicie comunicaciones hacia entornos aislados, donde se instala un servidor satélite y varios agentes para la monitorización.

La monitorización distribuida con Pandora FMS ofrece soluciones flexibles y eficientes para adaptarse a diversas topologías de red en entornos distribuidos.

Conclusión:

Emprender las mejores prácticas para implementar sistemas distribuidos son críticas para desarrollar la resiliencia de las organizaciones en infraestructuras y servicios de TI más complejos de gestionar, que requieren adaptación y proactividad ante las necesidades de las organizaciones de rendimiento, escalabilidad, seguridad y optimización de costos. Los estrategas de TI deben apoyarse en la monitorización de sistemas más robusta, informada y confiable, sobre todo cuando en las organizaciones de hoy y aquellas que miran hacia el futuro, los sistemas estarán cada vez más descentralizados (ya no todo en uno o varios data centers sino también en distintas nubes) y extendiéndose más allá de sus paredes, con centros de datos más cercanos a sus consumidores o usuarios finales y más cómputo de borde (Edge Computing). Para poner un ejemplo, según el Índice de Interconexión global 2023 (GXI) de la empresa Equinix, las organizaciones están interconectando la infraestructura de borde un 20% más rápidamente que el núcleo. Además, el mismo índice indica que el 30% de la infraestructura digital se ha trasladado a Edge Computing. Otra tendencia es que las empresas están cada vez más conscientes de los datos para tener más detalles sobre su operación, sus procesos e interacciones con los clientes, buscando una mejor interconexión con su ecosistema, directamente con sus proveedores o socios para ofrecer servicios digitales. Del lado de la experiencia de los usuarios y clientes estará siempre la necesidad de servicios de TI con respuestas inmediatas, estables y confiables las 24 horas del día y los 365 días del año.

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