Muchos sabemos lo que es un servidor. Se trata de una computadora, con alta capacidad que se encarga de compartir toda clase de información con un número casi infinito de otras computadoras en todo el mundo, siempre y cuando estén conectados a él.

Esta conexión usualmente es inalámbrica pero puede ser alámbrica también. Sin embargo, muchos aún desconocen cómo funcionan estas arquitecturas. En el siguiente post te hablaremos sobre la arquitectura de servidores: Cliente-Servidor y Multicapa.

Qué es la arquitectura de servidores

La arquitectura de servidores, se refiere a la arquitectura de una red informática en la que muchos procesadores remotos, conocidos como “clientes” solicitan y reciben servicio de un sistema centralizado, es decir, de una computadora host a la que se le llama servidor. De allí el término “modelo cliente servidor” del cual hablaremos a continuación. 

Modelo Cliente Servidor

Cliente-servidor es una relación en la cual un programa (el cliente) solicita un servicio o recurso de otro programa (el servidor). 

A principios del siglo pasado, la etiqueta cliente-servidor se usó para distinguir la computación distribuida por computadoras personales (PC) del modelo de computación monolítico y centralizado utilizado por los mainframes. Hoy en día, las transacciones informáticas en las que el servidor cumple una solicitud realizada por un cliente son muy comunes y el modelo cliente-servidor se ha convertido en una de las ideas centrales de la informática en red. 

En este contexto, el cliente establece una conexión con el servidor a través de una red de área local (LAN) o una red de área amplia (WAN), como Internet. Una vez que el servidor ha cumplido la solicitud del cliente, la conexión finaliza. Debido a que varios programas de clientes comparten los servicios del mismo programa de servidor, un servidor especial llamado “daemond” puede activarse solo para esperar las solicitudes de los clientes.

En los primeros días de Internet, la mayoría del tráfico de red era entre clientes remotos que solicitaban contenido web y los servidores del centro de datos que proporcionaban el contenido. Este patrón de tráfico se conoce como tráfico norte-sur. Hoy, con la madurez de la virtualización y la computación en la nube, es más probable que el tráfico de red sea de servidor a servidor, un patrón conocido como tráfico este-oeste. 

Esto, a su vez, ha cambiado el enfoque del administrador de un modelo de seguridad centralizado diseñado para proteger el perímetro de la red a un modelo de seguridad descentralizado que se centra más en controlar el acceso de los usuarios individuales a los servicios y datos, y auditar su comportamiento para garantizar el cumplimiento de las políticas y regulaciones.

Ventajas y desventajas del modelo cliente-servidor

Una ventaja importante del modelo cliente-servidor es que su arquitectura centralizada ayuda a facilitar la protección de los datos con controles de acceso impuestos por las políticas de seguridad. Además, no importa si los clientes y el servidor se basan en el mismo sistema operativo porque los datos se transfieren a través de protocolos cliente-servidor que son independientes de la plataforma.

Una desventaja importante del modelo cliente-servidor es que si demasiados clientes solicitan simultáneamente datos del servidor, pueden sobrecargarse. Además de causar congestión en la red, demasiadas solicitudes pueden resultar en una denegación de servicio.

Protocolos cliente-servidor

Los clientes generalmente se comunican con los servidores mediante el conjunto de protocolos TCP / IP. TCP es un protocolo orientado a la conexión, lo que significa que se establece y mantiene una conexión hasta que los programas de aplicación en cada extremo hayan terminado de intercambiar mensajes.

Determina cómo dividir los datos de la aplicación en paquetes que las redes pueden entregar, envía paquetes y acepta paquetes de la capa de red, gestiona el control de flujo y maneja la retransmisión de paquetes descartados o confusos, así como el reconocimiento de todos los paquetes que llegan. En el modelo de comunicación de interconexión de sistemas abiertos (OSI), TCP cubre partes de la capa 4, la capa de transporte y partes de la capa 5, la capa de sesión.

Por el contrario, IP es un protocolo sin conexión, lo que significa que no hay una conexión continua entre los puntos finales que se están comunicando.

Cada paquete que viaja a través de Internet se trata como una unidad de datos independiente sin ninguna relación con ninguna otra unidad de datos. (La razón por la que los paquetes se colocan en el orden correcto es debido a TCP). En el modelo de comunicación de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI), IP está en la capa 3, la Capa de Redes.

Modelo Multicapa

Cuando hablamos del modelo multicapa, hablamos del modelo OSI que significa interconexión de sistemas abiertos. Ha sido desarrollado por ISO (Organización Internacional de Normalización), en el año 1974. Es una arquitectura de 7 capas, cada una tiene una funcionalidad específica para realizar. Todas estas 7 capas trabajan en colaboración para transmitir los datos de una persona a otra en todo el mundo. Te las explicamos a continuación:

Capa 1 o Capa Física

La capa más baja del modelo de referencia OSI es la capa física. Es responsable de la conexión física real entre los dispositivos. La capa física contiene información en forma de bits. Es responsable de la conexión física real entre los dispositivos. Al recibir datos, esta capa obtendrá la señal recibida y la convertirá en 0 y 1 y los enviará a la capa de enlace de datos, que volverá a unir el marco.

Las funciones de la capa física son:

Sincronización de bits: la capa física proporciona la sincronización de los bits al proporcionar un reloj. Este reloj controla tanto el emisor como el receptor, proporcionando así la sincronización a nivel de bit.

Control de velocidad de bits: la capa física también define la velocidad de transmisión, es decir, el número de bits enviados por segundo.

Topologías físicas: la capa física especifica la forma en que los diferentes dispositivos / nodos se organizan en una red, es decir, topología de bus, estrella o malla.

Modo de transmisión: la capa física también define la forma en que los datos fluyen entre los dos dispositivos conectados. Los diversos modos de transmisión posibles son: Simplex, half-duplex y full-duplex.

Capa 2 o Capa de enlace de datos

La capa de enlace de datos es responsable de la entrega nodo a nodo del mensaje. La función principal de esta capa es asegurarse de que la transferencia de datos esté libre de errores de un nodo a otro, sobre la capa física. Cuando un paquete llega a una red, es responsabilidad de DLL transmitirlo al Host utilizando tu dirección MAC.

La capa de enlace de datos se divide en dos subcapas:

• Control de enlace lógico (LLC)
• Control de acceso a medios (MAC)

El paquete recibido de la capa de red se divide en tramas dependiendo del tamaño de trama de la NIC (tarjeta de interfaz de red). DLL también encapsula la dirección MAC del remitente y del receptor en el encabezado. La dirección MAC del receptor se obtiene colocando una solicitud ARP (Protocolo de resolución de direcciones) en el cable preguntando "¿Quién tiene esa dirección IP?" Y el host de destino responderá con su dirección MAC.

Las funciones de la capa de enlace de datos son:

• Enmarcado: el enmarcado es una función de la capa de enlace de datos. Proporciona una manera para que un remitente transmita un conjunto de bits que son significativos para el receptor. Esto se puede lograr adjuntando patrones de bits especiales al principio y al final del cuadro.
• Direccionamiento físico: después de crear tramas, la capa de enlace de datos agrega direcciones físicas (dirección MAC) del remitente y / o receptor en el encabezado de cada trama.
• Control de errores: la capa de enlace de datos proporciona el mecanismo de control de errores en el que detecta y retransmite tramas dañadas o perdidas.
• Control de flujo: la velocidad de datos debe ser constante en ambos lados; de lo contrario, los datos pueden corromperse, por lo tanto, el control de flujo coordina esa cantidad de datos que se pueden enviar antes de recibir el acuse de recibo.
• Control de acceso: cuando varios dispositivos comparten un único canal de comunicación, la subcapa MAC de la capa de enlace de datos ayuda a determinar qué dispositivo tiene control sobre el canal en un momento dado.

Capa 3 o Capa de Red

La capa de red funciona para la transmisión de datos de un host a otro ubicado en diferentes redes. También se encarga del enrutamiento de paquetes, es decir, la selección de la ruta más corta para transmitir el paquete, a partir del número de rutas disponibles. La dirección IP del remitente y el receptor se colocan en el encabezado por capa de red.

Las funciones de la capa de red son:

Enrutamiento: los protocolos de la capa de red determinan qué ruta es adecuada desde el origen hasta el destino. Esta función de la capa de red se conoce como enrutamiento.

Direccionamiento lógico: para identificar cada dispositivo en la red interna de manera única, la capa de red define un esquema de direccionamiento. La dirección IP del remitente y el receptor se colocan en el encabezado por capa de red. Tal dirección distingue cada dispositivo de manera única y universal.

Capa 4 o Capa Transporte

La capa de transporte proporciona servicios a la capa de aplicación y toma ayuda de la capa de red. Los datos en la capa de transporte se denominan segmentos. Es responsable de la entrega de extremo a extremo del mensaje completo. La capa de transporte también proporciona el reconocimiento de la transmisión exitosa de datos y retransmite los datos si se encuentra un error.

En el lado del remitente: la capa de transporte recibe los datos formateados de las capas superiores, realiza la segmentación y también implementa el control de flujo y error para garantizar una transmisión de datos adecuada. También agrega el número de puerto de origen y destino en su encabezado y reenvía los datos segmentados a la capa de red.

En el lado del receptor: la capa de transporte lee el número de puerto de su encabezado y reenvía los datos que ha recibido a la aplicación correspondiente. También realiza la secuenciación y el reensamblaje de los datos segmentados.

Las funciones de la capa de transporte son:

Segmentación y reensamblaje: esta capa acepta el mensaje de la capa (sesión), divide el mensaje en unidades más pequeñas. Cada uno de los segmentos producidos tiene un encabezado asociado. La capa de transporte en la estación de destino vuelve a ensamblar el mensaje.

Direccionamiento de punto de servicio: para entregar el mensaje al proceso correcto, el encabezado de la capa de transporte incluye un tipo de dirección llamada dirección de punto de servicio o dirección de puerto. Por lo tanto, al especificar esta dirección, la capa de transporte se asegura de que el mensaje se entregue al proceso correcto.

Capa 5 o Capa de sesión

Esta capa es responsable del establecimiento de la conexión, el mantenimiento de las sesiones, la autenticación y también garantiza la seguridad.

Las funciones de la capa de sesión son:

• Establecimiento, mantenimiento y finalización de la sesión: la capa permite que los dos procesos establezcan, usen y finalicen una conexión.
• Sincronización: esta capa permite que un proceso agregue puntos de verificación que se consideran puntos de sincronización en los datos. Estos puntos de sincronización ayudan a identificar el error para que los datos se vuelvan a sincronizar correctamente y los extremos de los mensajes no se corten prematuramente y se evite la pérdida de datos.
• Controlador de diálogo: la capa de sesión permite que dos sistemas inicien la comunicación entre sí en half-duplex o full-duplex.

Capa 6 o Capa de presentación

La capa de presentación también se llama capa de traducción. Los datos de la capa de aplicación se extraen aquí y se manipulan según el formato requerido para transmitir a través de la red.

Las funciones de la capa de presentación son:

• Traducción: por ejemplo, ASCII a EBCDIC.
• Cifrado / descifrado: el cifrado de datos traduce los datos a otra forma o código. Los datos cifrados se conocen como texto cifrado y los datos descifrados se conocen como texto sin formato. Se utiliza un valor clave para cifrar y descifrar datos.
• Compresión: reduce la cantidad de bits que deben transmitirse en la red.

Capa 7 o Capa de Aplicación

En la parte superior de la pila de capas del modelo de referencia OSI, encontramos la capa de aplicación que implementan las aplicaciones de red.

Estas aplicaciones producen los datos, que deben transferirse a través de la red. Esta capa también sirve como una ventana para que los servicios de la aplicación accedan a la red y para mostrar la información recibida al usuario.

Las funciones de la capa de aplicación son:

• Terminal virtual de red
• Acceso y gestión de transferencia de archivos FTAM
• Servicios de correo
• Directorio de Servicios