Modelo cliente-servidor

El modelo cliente-servidor es un patrón de mensajería en una estructura de aplicación distribuida que divide las tareas o cargas de trabajo entre los proveedores de un recurso o servicio, llamados servidores , y los solicitantes de servicio, llamados clientes . ^{[ 1 ]} A menudo, los clientes y los servidores se comunican a través de una red informática en hardware separado, pero ambos pueden estar en el mismo dispositivo. Un servidor ejecuta uno o más programas de servidor, que comparten sus recursos con los clientes. Un cliente generalmente no comparte sus recursos informáticos, pero solicita contenido o servicio a un servidor y puede compartir su propio contenido como parte de la solicitud. Por lo tanto, los clientes inician sesiones de comunicación con los servidores, que esperan las solicitudes entrantes. Ejemplos de aplicaciones informáticas que utilizan el modelo cliente-servidor son el correo electrónico, la impresión en red y la World Wide Web.

El componente servidor proporciona una función o servicio a uno o varios clientes, quienes solicitan dichos servicios. Los servidores se clasifican según los servicios que ofrecen. Por ejemplo, un servidor web sirve páginas web y un servidor de archivos sirve archivos informáticos . Un recurso compartido puede ser cualquier componente electrónico o de software del servidor, desde programas y datos hasta procesadores y dispositivos de almacenamiento . El uso compartido de los recursos de un servidor constituye un servicio .

Que un ordenador sea cliente, servidor o ambos, viene determinado por la naturaleza de la aplicación que requiere las funciones del servicio. Por ejemplo, un solo ordenador puede ejecutar simultáneamente un servidor web y un servidor de archivos para servir datos diferentes a clientes que realizan distintos tipos de solicitudes. El software cliente también puede comunicarse con el software servidor dentro del mismo ordenador. ^{[ 2 ]} La comunicación entre servidores, como la sincronización de datos, se denomina a veces comunicación entre servidores o de servidor a servidor .

En general, un servicio es una abstracción de los recursos informáticos y el cliente no tiene que preocuparse por el rendimiento del servidor al procesar la solicitud y entregar la respuesta. El cliente solo necesita comprender la respuesta según el protocolo de aplicación correspondiente , es decir, el contenido y el formato de los datos del servicio solicitado.

Los clientes y servidores intercambian mensajes siguiendo un patrón de solicitud-respuesta . El cliente envía una solicitud y el servidor devuelve una respuesta. Este intercambio de mensajes es un ejemplo de comunicación entre procesos . Para comunicarse, los ordenadores deben tener un lenguaje común y seguir reglas para que tanto el cliente como el servidor sepan qué esperar. El lenguaje y las reglas de comunicación se definen en un protocolo de comunicación . Todos los protocolos operan en la capa de aplicación . El protocolo de la capa de aplicación define los patrones básicos del diálogo. Para formalizar aún más el intercambio de datos, el servidor puede implementar una interfaz de programación de aplicaciones (API). ^{[ 3 ]} La API es una capa de abstracción para acceder a un servicio. Al restringir la comunicación a un formato de contenido específico , facilita el análisis sintáctico . Al abstraer el acceso, facilita el intercambio de datos entre plataformas. ^{[ 4 ]}

Un servidor puede recibir solicitudes de muchos clientes distintos en un corto período de tiempo. Un ordenador solo puede realizar un número limitado de tareas a la vez y depende de un sistema de planificación para priorizar las solicitudes entrantes de los clientes y así poder atenderlas. Para evitar abusos y maximizar la disponibilidad , el software del servidor puede limitar la disponibilidad para los clientes. Los ataques de denegación de servicio están diseñados para explotar la obligación del servidor de procesar solicitudes sobrecargándolo con un volumen excesivo de solicitudes. Se debe aplicar cifrado si se va a comunicar información confidencial entre el cliente y el servidor.

Cuando un cliente bancario accede a los servicios de banca en línea mediante un navegador web (el cliente), este inicia una solicitud al servidor web del banco. Las credenciales de inicio de sesión del cliente se comparan con una base de datos , y el servidor web accede a dicha base de datos como si fuera un cliente. Un servidor de aplicaciones interpreta los datos recibidos aplicando la lógica de negocio del banco y proporciona el resultado al servidor web. Finalmente, el servidor web devuelve el resultado al navegador web del cliente para su visualización.

En cada paso de esta secuencia de intercambio de mensajes entre cliente y servidor, un ordenador procesa una solicitud y devuelve datos. Este es el patrón de mensajería de solicitud-respuesta. Cuando se satisfacen todas las solicitudes, la secuencia finaliza.

Este ejemplo ilustra un patrón de diseño aplicable al modelo cliente-servidor: la separación de responsabilidades .

El término "lado del servidor" se refiere a los programas y operaciones que se ejecutan en el servidor . Esto contrasta con los programas y operaciones del lado del cliente, que se ejecutan en el cliente .

El lado del cliente se refiere a las operaciones que realiza el cliente en una red informática .

Una forma temprana de arquitectura cliente-servidor es la entrada remota de trabajos , que data al menos de OS/360 (anunciado en 1964), donde la solicitud era ejecutar un trabajo y la respuesta era el resultado.

Al formular el modelo cliente-servidor en las décadas de 1960 y 1970, los científicos informáticos que construían ARPANET (en el Instituto de Investigación de Stanford ) utilizaron los términos host-servidor (o host servidor ) y host-usuario (o host usuario ), y estos aparecen en los primeros documentos RFC 5 ^{[ 11 ]} y RFC 4. ^{[ 12 ]} Este uso continuó en Xerox PARC a mediados de la década de 1970.

Un contexto en el que los investigadores utilizaron estos términos fue en el diseño de un lenguaje de programación de redes informáticas llamado Lenguaje de Decodificación-Codificación (DEL). ^{[ 11 ]} El propósito de este lenguaje era aceptar comandos de una computadora (el host de usuario), que devolvería informes de estado al usuario mientras codificaba los comandos en paquetes de red. Otra computadora con capacidad DEL, el host servidor, recibía los paquetes, los decodificaba y devolvía datos formateados al host de usuario. Un programa DEL en el host de usuario recibía los resultados para presentarlos al usuario. Esta es una transacción cliente-servidor. El desarrollo de DEL estaba comenzando en 1969, el año en que el Departamento de Defensa de los Estados Unidos estableció ARPANET (predecesor de Internet ).

El modelo cliente-servidor no exige que los servidores tengan más recursos que los clientes. Más bien, permite que cualquier computadora de propósito general extienda sus capacidades utilizando los recursos compartidos de otros hosts. La computación centralizada , sin embargo, asigna específicamente una gran cantidad de recursos a un número reducido de computadoras. Cuanto más se descarga la computación de los clientes a las computadoras centrales, más simples pueden ser los clientes. ^{[ 16 ]} Depende en gran medida de los recursos de red (servidores e infraestructura) para la computación y el almacenamiento. Un nodo sin disco carga incluso su sistema operativo desde la red, y una terminal de computadora no tiene sistema operativo; es solo una interfaz de entrada/salida al servidor. Por el contrario, un cliente enriquecido , como una computadora personal , tiene muchos recursos y no depende de un servidor para funciones esenciales.

A medida que los microordenadores disminuyeron de precio y aumentaron de potencia desde la década de 1980 hasta finales de la de 1990, muchas organizaciones transfirieron la computación de servidores centralizados, como mainframes y minicomputadoras , a clientes enriquecidos. ^{[ 17 ]} Esto permitió un mayor dominio individualizado sobre los recursos informáticos, pero complicó la gestión de la tecnología de la información . ^{[ 16 ] [ 18 ] [ 19 ]} Durante la década de 2000, las aplicaciones web maduraron lo suficiente como para rivalizar con el software de aplicación desarrollado para una microarquitectura específica . Esta maduración, el almacenamiento masivo más asequible y el advenimiento de la arquitectura orientada a servicios fueron algunos de los factores que dieron origen a la tendencia de la computación en la nube de la década de 2010. ^{[ 20 ]}

Además del modelo cliente-servidor, las aplicaciones de computación distribuida suelen utilizar la arquitectura de aplicaciones peer-to-peer (P2P).

En el modelo cliente-servidor, el servidor suele diseñarse para funcionar como un sistema centralizado que atiende a muchos clientes. La potencia de cálculo, la memoria y los requisitos de almacenamiento del servidor deben ajustarse adecuadamente a la carga de trabajo prevista. Los sistemas de equilibrio de carga y conmutación por error se utilizan con frecuencia para escalar el servidor más allá de una única máquina física. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

El balanceo de carga se define como la distribución metódica y eficiente del tráfico de red o de aplicaciones entre varios servidores en un clúster. Cada balanceador de carga se ubica entre los dispositivos cliente y los servidores backend, recibiendo y distribuyendo las solicitudes entrantes a cualquier servidor disponible capaz de procesarlas.

En una red peer-to-peer , dos o más computadoras ( pares ) agrupan sus recursos y se comunican en un sistema descentralizado . Los pares son nodos coequal o equipotentes en una red no jerárquica. A diferencia de los clientes en una red cliente-servidor o cliente-cola-cliente , los pares se comunican directamente entre sí. ^{[ 23 ]} En las redes peer-to-peer, un algoritmo en el protocolo de comunicaciones peer-to-peer equilibra la carga , e incluso los pares con recursos modestos pueden ayudar a compartirla. ^{[ 24 ]} Si un nodo deja de estar disponible, sus recursos compartidos permanecen disponibles siempre que otros pares los ofrezcan. Idealmente, un par no necesita alcanzar una alta disponibilidad porque otros pares redundantes compensan cualquier tiempo de inactividad de los recursos ; a medida que la disponibilidad y la capacidad de carga de los pares cambian, el protocolo redirige las solicitudes.

Tanto el modelo cliente-servidor como el maestro-esclavo se consideran subcategorías de sistemas distribuidos peer-to-peer. ^{[ 25 ]}