Cliente – Servidor

El modelo cliente-servidor consiste en un sistema distribuido entre múltiples procesadores donde hay clientes que solicitan servicios y servidores que los proporcionan. Separa los servicios situando cada uno en su plataforma más adecuada.

El término Cliente/Servidor fue usado por primera vez en 1980 para referirse a PC’s en red. Este modelo Cliente/Servidor empezó a ser aceptado a finales de los 80’s. Su funcionamiento es sencillo: se tiene una máquina cliente, que requiere un servicio de una máquina servidor, y éste realiza la función para la que está programado (nótese que no tienen que tratarse de máquinas diferentes; es decir, una computadora por sí sola puede ser ambos cliente y servidor dependiendo del software de configuración).

El Modelo Cliente-Servidor

Desde el punto de vista funcional, se puede definir la computación Cliente/Servidor como una arquitectura distribuida que permite a los usuarios finales obtener acceso a la información en forma transparente aún en entornos multiplataforma.

En el modelo cliente servidor, el cliente envía un mensaje solicitando un determinado servicio a un servidor (hace una petición), y este envía uno o varios mensajes con la respuesta (provee el servicio).

En un sistema distribuido cada máquina puede cumplir el rol de servidor para algunas tareas y el rol de cliente para otras.

La idea es tratar a una computadora como un instrumento, que por sí sola pueda realizar muchas tareas, pero con la consideración de que realice aquellas que son más adecuadas a sus características.

Si esto se aplica tanto a clientes como servidores se entiende que la forma más estándar de aplicación y uso de sistemas Cliente/Servidor es mediante la explotación de las PC’s a través de interfaces gráficas de usuario; mientras que la administración de datos y su seguridad e integridad se deja a cargo de computadoras centrales tipo mainframe. Usualmente la mayoría del trabajo pesado se hace en el proceso llamado servidor y el o los procesos cliente sólo se ocupan de la interacción con el usuario (aunque esto puede variar).

En otras palabras la arquitectura Cliente/Servidor es una extensión de programación modular en la que la base fundamental es separar una gran pieza de software en módulos con el fin de hacer más fácil el desarrollo y mejorar su mantenimiento.

Esta arquitectura permite distribuir físicamente los procesos y los datos en forma más eficiente lo que en computación distribuida afecta directamente el tráfico de la red, reduciéndolo grandemente.

Patrón arquitectónico para el desarrollo de sistemas distribuidos.

·         Distribuye una aplicación entre 2 o más componentes especializados cuya ejecución se distribuye entre 1 o más equipos.

·         Define dos tipos de entidades diferenciadas (asimétricas) que se responsabilizan de acciones diferentes: clientes y servidores. Especifica 2 tipos de procesos con roles diferenciados.

·         Define un modelo de interacción basado en el concepto de servicio implementado sobre un dialogo petición-respuesta. Cliente inicia el dialogo mediante el envío de peticiones. Servidor presta el servicio y responde las peticiones recibidas

·         Especifica el modo en que se sincronizan los procesos.

Cliente (parte activa)

·         Demanda servicios a los servidores.

·         Se asume que cada petición deberá obtener respuesta.

·         Diseñado para soportar la interacción con el usuario final.

Servidor (parte pasiva)

·         Espera las peticiones de los clientes.

·         Procesa esas peticiones y envía una respuesta.

·         Diseño orientado a maximizar la eficiencia.

Características de los servidores.

Componente del sistema que presta servicios a los clientes.

Gestiona y comparte sus recursos con los clientes a los que sirve.

Suele tener restricciones especiales respecto a rendimiento, fiabilidad, escalabilidad y seguridad:

·         Capacidad suficiente para atender múltiples clientes.

·         Fallos en el servidor son críticos e invalidan el sistema.

·         El número de clientes (peticiones) puede ser muy variable y aumentar si así se requiere.

·         Evitar comprometer la seguridad de los recursos o datos gestionados y de los clientes.

Características de los clientes.

Componente del sistema que interactúa con el usuario.

No comparte sus recursos con otros clientes (en general).

No suelen tener restricciones especiales respecto a rendimiento, fiabilidad y escalabilidad:

·         No suele requerir equipos de altas prestaciones.

·         Fallo en un cliente no afecta al resto del sistema.

Debe dar soporte a restricciones relativas a ergónoma  (facilidad de uso) y seguridad (evitar comprometer los demás componentes)

Categorías de Servidores

Ya se ha desarrollado una gran variedad de servidores. La siguiente lista ampliada se ha extraído de:

Servidores de archivos. Un servidor de archivos proporciona archivos para clientes. Estos servidores se utilizan todavía en algunas aplicaciones donde los clientes requieren un procesamiento complicado fuera del rango normal de procesamiento que se puede encontrar en bases de datos comerciales. 

Servidores de bases de datos. Los servidores de bases de datos son computadoras que almacenan grandes colecciones de datos estructurados. Por ejemplo, un banco utilizaría un servidor de bases de datos para almacenar registros de clientes que contienen datos del nombre de cuenta, nombre del titular de la cuenta, saldo actual de la cuenta y límite de descubierto de la cuenta. Una de las características de las bases de datos que invalidan la utilización de los servidores de archivos es que los archivos que se crean son enormes y ralentizan el tráfico si se transfirieran en bloque al cliente.

Servidores Web. Los documentos Web se almacenan como páginas en una computadora conocida como servidor Web. Cuando se utiliza un navegador(browser) para ver las páginas Web normalmente pincha sobre el enlace en un documento Web existente. Esto dará como resultado un mensaje que se enviará al servidor Web que contiene la página. Este servidor responderá entonces enviando una página a su computadora, donde el navegador pueda visualizarlo. De esta manera los servidores Web actúan como una forma de servidor de archivos, administrando archivos relativamente pequeños a usuarios, quienes entonces utilizan un navegador para examinar estas páginas.

Servidores de impresión. Los servidores de impresión dan servicio a las solicitudes de un cliente remoto. Estos servidores tienden a basarse en PCs bastante baratos, y llevan a cabo las funciones limitadas de poner en cola de espera las peticiones de impresión, ordenar a la impresora que lleve a cabo el proceso de impresión e informar a las computadoras cliente que ya ha finalizado una petición de impresión en particular.

Servidores de correo. Un servidor de correo gestiona el envío y recepción de correo de un grupo de usuarios. Para este servicio normalmente se utiliza un PC de rango medio. Existen varios protocolos para el correo electrónico. Un servidor de correo estará especializado en utilizar solo uno de ellos.

Software intermedio (middleware)

Hasta el momento probablemente ya tenga la impresión de que la comunicación entre cliente y servidor es directa. Desgraciadamente, esto no es verdad: normalmente existe por lo menos una capa de software entre ellos. Esta capa se llama software intermedio (middleware).

Arquitectura cliente – servidor

Clientes pesados / Servidores ligeros: La mayor parte de la funcionalidad  de la aplicación se implementa en el cliente. 

• Los servidores son mecanismo de acceso a recursos compartidos. 
• Mayor flexibilidad para aplicaciones que implementan nuevas funcionalidades.

„             Ejemplos: Servidores de bases de datos o servidores de ficheros.

Clientes ligeros / Servidores pesados: La mayor parte de la funcionalidad se implementa en los servidores.

• Incrementar la reusabilidad del código.
• Son más fáciles de desplegar y administrar.
• Se basan en servidores más abstractos que reducen el flujo por la red.
• En vez de proporcionar datos, exportan procedimientos.

„       Ejemplos: Servidores de transacciones y servidores web.

Ingeniería del software de sala limpia

Sala limpia es un método de ingeniería de software propuesto en los años 80 por Harlan Mills, es una técnica que puede dar lugar a un software de calidad extremadamente alta. Es un resultado de la combinación del modelo convencional de ingeniería de software, métodos formales, demostraciones de corrección y estadística de especificaciones para el aseguramiento de calidad (SQA).

Emplea la especificación de estructura de cajas para el modelado de análisis y diseño, haciendo hincapié en la verificación de la corrección, más que en la comprobación, como mecanismo fundamental para encontrar y eliminar errores. Se aplica una comprobación estadística de uso para desarrollar la información relativa a la tasa de fallos necesaria para certificar la fiabilidad del producto software. La filosofía de sala limpia es un enfoque riguroso de la ingeniería del software. Se trata de un modelo de proceso del software que hace hincapié en la verificación matemática de la corrección, y en la certificación de la fiabilidad del software. El resultado final es una tasa de fallo extremadamente baja, que sería difícil o imposible de conseguir  empleando métodos menos formales.

Importancia del método de sala limpia.

Los errores conllevan doble trabajo. Trabajar el doble lleva más tiempo y es más caro. ¿No sería maravilloso poder reducir dramáticamente la cantidad de errores (fallos informáticos) que se cometen en el diseño y construcción del software? Esto es lo que promete la ingeniería del software de sala limpia.

Cuando el software falla en el mundo real, suelen abundar los peligros a largo plazo así como los peligros inmediatos. Los peligros pueden estar relacionados con la seguridad humana, con pérdidas económicas o con el funcionamiento efectivo de una infraestructura social y de negocios. La ingeniería del software de sala limpia es un modelo de proceso que elimina los defectos antes de que puedan dar lugar a riesgos graves.

En la aplicación de este método de sala limpia se realizan las siguientes tareas:
Planificación de Incrementos. Permite calidad temprana y continua interacción con el usuario. Facilita mejoras de proceso mientras el desarrollo progresa. El acercamiento incremental evita los riesgos inherentes integración tardía en el ciclo de desarrollo.

 Recolección de requisitos. El propósito del proceso del análisis de requisitos es :

• Definir requisitos para el producto de software, incluyendo función, uso, ambiente, y funcionamiento. 
• Obtener un acuerdo con el cliente en los requisitos como la base para la función y especificación del uso.

 Especificación de la estructura de cajas. Tres tipos especiales de funciones matemáticas son importantes en el desarrollo a Sala limpia, debido a su correspondencia y correlación en el proceso de descomposición y verificación. Estas funciones son conocidas como la caja negra, la caja de estado y caja limpia. En la estructura de las cajas se pueden aplicar una variedad de estrategias de descomposición, además se puede incluir funcionabilidad y orientación a objeto.

 Diseño Formal. Mediante el uso del enfoque de estructura de cajas, el diseño de sala limpia es una extensión natural y sin discontinuidades de la especificación. Dan los objetivos, los participantes, los criterios de entrada, las tareas, la verificación, las medidas y los criterios comunes de la salida en los procesos, así como elementos de proceso común.

Verificación de Corrección. El equipo de sala limpia lleva a cabo una serie de rigurosas actividades de verificación de corrección aplicadas primero al diseño y después al código. El propósito del proceso de la verificación de la corrección, es verificar la corrección del incremento del software usando técnicas matemáticas.

Generación de Código, inspección y verificación. Las especificaciones de estructura de caja que se representan mediante un lenguaje especializado se traducen la lengua de programación más adecuada. 

Planificación de la comprobación estadística, Comprobación estadística de utilización y Certificación. El propósito del proceso estadístico de prueba y de certificación es demostrar la aptitud del software para el uso en un experimento estadístico formal. La "aptitud para el uso" se define con respecto a los modelos de uso y a las metas de la certificación empleados en el proceso de prueba. Las metas de certificación, primero establecidas en el plan de medida y refinadas en el plan de prueba de incremento, se pueden expresar en términos tales como índice de confiabilidad del software.

Cajas utilizadas en el modelo.

Caja negra

 Es una abstracción que describe la forma en que un sistema responde a unos estímulos. Las abstracciones de datos, las operaciones que manipulan estas abstracciones, se ven encapsuladas por la caja negra. Al igual que una jerarquía de clases, la especificación de caja negra puede mostrara las jerarquías de utilización en que las cajas de nivel inferior heredan las propiedades de las cajas de nivel inferior dentro de la estructura de árbol.

Caja de estado

Es una generalización sencilla de una máquina de estado. Un estado es algún modo observable de comportamiento del sistema. A medida que se produce el procesamiento, el sistema va respondiendo a sucesos (estímulos) efectuando una transición que parte del estado actual y llega a algún nuevo estado. A medida que se efectúa la transición, puede producirse una acción.

Utiliza una abstracción de datos para determinar la transición al estado siguiente, y la acción (respuesta) que se producirá como consecuencia de la transición.

La caja de estado contiene una caja negra.

Caja transparente
Está íntimamente relacionada con el diseño de procedimientos y con la programación estructurada. Es importante tener en cuenta que la especificación de procedimientos descrita en la jerarquía de caja transparente se puede demostrar a efectos de corrección. 

Refinamiento de la estructura de cajas

No ha alcanzado la mayor simpatía quizás por tres razones:

• La creencia de que es muy teórica y radical para aplicarla en un proyecto de software real.
• No promueve una revisión unitaria (modular o por clases) sino un control estadístico de calidad.
• Requiere revisiones muy rigurosas en cada etapa del ciclo, y la industria del software no ha alcanzado tal madurez.

Ingeniería de sistemas

La Ingeniería de Sistemas se refiere a todos los aspectos del desarrollo de sistemas basados en computadora, tanto del hardware como del software y los procesos de diseño y distribución de sistemas. La Ingeniería de Software es solo parte de este proceso.

La ingeniería de sistemas se define como la aplicación efectiva de esfuerzos científicos y de ingeniería para transformar una necesidad operativa en una configuración definida de un sistema mediante el proceso iterativo de análisis de requisitos, la selección del concepto, y asignación, síntesis, soluciones de compromiso y optimización del diseño, prueba y evaluación.

En pocas palabras la ingeniería de sistemas es la aplicación de las ciencias matemáticas y físicas para desarrollar sistemas que utilicen económicamente los materiales y fuerzas de la naturaleza para el beneficio de la humanidad.

Una de las principales diferencias de la ingeniería de sistemas respecto a otras disciplinas de ingeniería tradicionales, consiste en que la ingeniería de sistemas no construye productos tangibles. Mientras que los ingenieros civiles podrían diseñar edificios o puentes, los ingenieros electrónicos podrían diseñar circuitos, los ingenieros de sistemas tratan con sistemas abstractos con ayuda de las metodologías de la ciencia de sistemas, y confían además en otras disciplinas para diseñar y entregar los productos tangibles que son la realización de esos sistemas.

Para poder realizar un sistema basado en computadora se hace uso de varios elementos del sistema como:

Procedimientos: Los pasos que definen el empleo específico de cada elemento del sistema o el contexto procedimental en que reside el sistema.

Documentación: Manuales, formularios y otra información descriptiva que plasma el empleo y/o funcionamiento del sistema.

Software: Programas de computadora, estructuras de datos y su documentación que sirven para hacer efectivo el método lógico, procedimiento o control requerido.

Hardware: Dispositivos electrónicos que proporcionan capacidad de cálculo, dispositivos de interconexión (por ejemplo, conmutadores de red, dispositivos de telecomunicación) y dispositivos electromecánicos (por ejemplo, sensores, motores, bombas) que proporcionan una función externa, del mundo real.

Personas: Usuarios y operadores del hardware y software.