Arquitectura de nube

¿Qué es la arquitectura de nube?

Componentes fundamentales de la arquitectura de nube

Los cuatro pilares básicos de la arquitectura de nube son plataformas para usuarios, plataformas internas, entrega de servicios basados en la nube y almacenamiento en la nube. Estos elementos componen un entorno de nube eficiente, escalable y fluido.

1. Plataforma de interfaz de usuario

La plataforma para usuarios de los servicios de nube es accesible, eficaz y fácil de usar en cualquier dispositivo.

Elementos importantes:

• Navegadores web: los puntos de acceso a Internet más populares son Chrome, Edge, Safari y Firefox. Los productos de software como servicio en la nube, como Gmail, Salesforce y Office 365, se distribuyen a través del navegador ya que no pesan demasiado ni requieren instalación.
• Aplicaciones móviles: permiten a los usuarios acceder a la información sobre la marcha (por ejemplo, la aplicación móvil de Google Drive). Priorizan la conectividad móvil, el funcionamiento sin conexión y las funciones específicas del dispositivo.
• Aplicaciones de escritorio y aplicaciones web progresivas (AWP): para cargas de trabajo que requieren alta velocidad o funcionamiento sin conexión. Por ejemplo, el software de escritorio de Microsoft Teams incluye prestaciones que no están disponibles en línea. Las aplicaciones web progresivas combinan las ventajas del navegador y de las aplicaciones nativas.
• API (interfaces de programación de aplicaciones) y SDK (kits de desarrollo de software): son herramientas utilizadas por los desarrolladores para vincular aplicaciones a servicios de nube. Ejemplo: una aplicación de pago en la nube integrada con la API de Stripe.
• Herramientas de acceso: el aprovisionamiento, la supervisión y la automatización de recursos requieren paneles, portales e interfaces de la línea de comandos (CLI).
• Clientes: aquí se podrían incluir portátiles, dispositivos IoT o algún programa de software de cliente ligero. Ejemplo: un termostato inteligente como cliente de nube IoT.

Esta capa proporciona acceso constante a los recursos de la nube, en cualquier lugar y en cualquier momento.

2. Sistemas internos (servidores, almacenamiento y bases de datos)

Los sistemas internos permiten el funcionamiento de las interfaces de usuario, gestionando a escala la computación, el almacenamiento y la lógica empresarial.

a. Recursos de computación

• Máquinas virtuales (VM): proporciona computación bajo demanda. Se pueden ejecutar varios sistemas operativos en el mismo hardware. Las empresas emergentes pueden escalar inmediatamente desde una sola máquina virtual a miles de ellas.
• Contenedores: sistemas pequeños y portátiles (Kubernetes, Docker) que ejecutan programas de manera uniforme en varias plataformas. Ideal para pipelines de DevOps y microservicios.
• Computación sin servidor: permite ejecutar funciones sin tener que administrar servidores.
• Servidores físicos: son dispositivos físicos dedicados que se utilizan para cargas de trabajo de alto rendimiento, como videojuegos, aprendizaje automático y negociación de alta frecuencia.

b. Sistemas de almacenamiento

Almacenamiento escalable y eficiente con bases de datos para datos organizados y desestructurados.

c. Bases de datos

• Relacional (SQL): son las bases de datos relacionales y estructuradas utilizadas en sistemas financieros, planificación de recursos empresariales y recursos humanos.
• NoSQL: sin esquemas, diseñadas para aplicaciones de gran volumen como redes sociales o IoT, donde los modelos de datos flexibles son esenciales.
• Almacenes de datos: optimizados para análisis, elaboración de informes e inteligencia de la empresa (p. ej., Snowflake procesa terabytes de datos de marketing).
• Bases de datos en memoria: se utilizan para almacenamiento en caché y análisis en tiempo real, donde cada microsegundo importa (p. ej., Redis almacena en caché páginas de productos de comercio electrónico).

d. Servicios internos de las aplicaciones

• Microservicios: divide las aplicaciones en servicios más pequeños e independientes (p. ej., Netflix usa microservicios para hacer recomendaciones, transmitir y facturar).
• Programas intermedios («middleware»): une aplicaciones y servicios (p. ej., Kafka transmite datos en tiempo real).
• Equilibradores de carga: distribuyen el tráfico entrante entre servidores para evitar fallos en los recursos.

3. Entrega en la nube a través de la red

Todos los componentes están conectados entre sí a través de una red, lo que permite una transferencia de datos rápida, segura y fiable.

Entre sus prestaciones básicas están:

• Red de entrega de contenido (CDN): distribución mundial más rápida de material.
• Redes privadas virtuales (VPN): comunicaciones seguras entre los usuarios y la nube.
• Servicios de sistema de nombres de dominio (DNS): administración de dominios.
• Grupos de seguridad y firewalls: control de acceso a nivel de recursos.
• Equilibradores de carga: distribución de cargas de trabajo para optimizar el rendimiento.
• Puertas de enlace API: escalado y gestión del tráfico API.
• Protocolos para redes: nubes privadas virtuales (VPC), subredes y conectividad híbrida (ExpressRoute, Direct Connect).

4. Almacenamiento en la nube

El almacenamiento en la nube admite diferentes cargas de trabajo con datos persistentes, escalables y altamente accesibles.

• Datos desestructurados, copias de seguridad, medios (almacenamiento de objetos).
• EBS, Azure Managed Disks: almacenamiento en bloque de alto rendimiento y baja latencia.
• Almacenamiento de archivos: una estructura de sistema de archivos tradicional.

Esta flexibilidad ayuda a las empresas a almacenar, preservar y recuperar datos de manera eficiente para aplicaciones transaccionales, analíticas y de archivado.

La capa de los programas intermedios conecta las interfaces de usuario con los servidores, los sistemas de almacenamiento y las bases de datos. Permite que las aplicaciones desarrolladas en diferentes tecnologías trabajen juntas garantizando una comunicación fluida, interoperatividad y transmisión segura de datos.

Funciones principales

• Integración: los programas intermedios integran sistemas que utilizan REST, SOAP o plataformas basadas en eventos, como Apache Kafka. Esto permite conectar aplicaciones distintas de forma impecable.
• Mensajería: los agentes de mensajes, como RabbitMQ o ActiveMQ, ofrecen transporte de datos asincrónico y fiable. El desacoplamiento de componentes permite que los programas se comuniquen de forma segura sin dependencia directa.
• Servicios de aplicaciones: los programas intermedios permiten que los componentes modulares e independientes interactúen y escalen con los microservicios. Esto aumenta la flexibilidad y la tolerancia a fallos.
• Autenticación y seguridad: responsable de la gestión de identidades, la autenticación de usuarios y el cifrado, garantizando que solo los usuarios y servicios autorizados tengan acceso seguro a los recursos de la nube.
• Transformación de los datos: los programas intermedios traducen y formatean los datos para que múltiples aplicaciones, protocolos y sistemas puedan comprenderlos y procesarlos adecuadamente.

Tecnologías clave

• Puertas de enlace de API: AWS API Gateway y Azure API Management supervisan el tráfico de la API, aplican políticas y centralizan las solicitudes de los clientes.
• Agente de mensajes: Apache Kafka y RabbitMQ permiten la comunicación entre sistemas distribuidos basados en eventos, la transmisión en tiempo real y la entrega fiable de mensajes.
• Plataformas de bus de servicios: Azure Service Bus y Amazon SQS gestionan la mensajería asincrónica y la distribución de cargas de trabajo mediante colas administradas y mecanismos de publicación y suscripción.

El diseño de la nube utiliza programas intermedios para vincular, proteger y optimizar las interacciones entre los sistemas internos y externos. Este diseño se encarga de la integración, la mensajería, la seguridad y la transformación de los datos para lograr que las aplicaciones sigan siendo interoperativas, escalables y eficientes, y reducir el tiempo de comunicación.

El papel de las tecnologías clave en la arquitectura de nube

Las arquitecturas de nube modernas son escalables, consistentes y eficientes gracias a la tecnología subyacente. Los entornos de nube ágiles y de alto rendimiento requieren automatización, contenedores y virtualización.

1. Virtualización: proporciona computación escalable con máquinas virtuales (VM).

• Función: la virtualización abstrae el hardware en múltiples ordenadores virtuales con sistemas operativos, aplicaciones y recursos. La flexibilidad y la eficiencia de la computación en la nube dependen de esta función.
• Ventajas:
  • Escalabilidad: añade o elimina máquinas virtuales en función de las necesidades.
  • Optimización: utiliza el hardware de manera eficiente para reducir los costes de infraestructura.
  • Aislamiento: protege las cargas de trabajo frente a interferencias.
  • Flexible: la infraestructura compartida admite varios sistemas operativos y aplicaciones.

2. Los contenedores Docker empaquetan aplicaciones y dependencias en unidades ligeras para lograr consistencia y movilidad. El sistema operativo anfitrión que comparten todos los contenedores permite una implementación más rápida y un coste inferior al de las máquinas virtuales.

• Ventajas:
  • Garantizar la uniformidad del rendimiento durante el desarrollo, las pruebas y la producción.
  • Portabilidad: transfiere cargas de trabajo entre nubes públicas, privadas e híbridas.
  • Eficiencia: despliegue más rápido y menor espacio ocupado en comparación con las máquinas virtuales tradicionales.
  • Escalabilidad: ideal para microservicios y con escalabilidad horizontal en sistemas distribuidos.
  • Ejemplo: Docker, la plataforma de contenedorización estándar del sector.

3. Kubernetes se utiliza para automatizar la implementación, el escalado y las operaciones de las aplicaciones contenedorizadas en todos los clústeres.

• Ventajas:
  • El despliegue automatizado simplifica la implementación de contenedores en los nodos.
  • Escalado dinámico: modificación de recursos en tiempo real bajo demanda.
  • Equilibrio de cargas: mejora el rendimiento al distribuir las cargas de trabajo.
  • La función de autorreparación restaura el tiempo de actividad tras los fallos.
  • Garantiza una gestión de cargas de trabajo uniforme en escenarios híbridos y multinube.
• Esto significa:
  • La virtualización se basa en la abstracción de recursos de computación.
  • Los contenedores ofrecen portabilidad y uniformidad en distintos entornos.
  • La automatización optimiza las operaciones en la nube a gran escala.
  • Las plataformas de nube modernas dependen de estas tecnologías para lograr agilidad, eficiencia y escalabilidad.

Ventajas de la arquitectura de nube

 Las organizaciones pueden innovar más rápido, escalar mejor y operar de manera más eficiente utilizando la arquitectura de nube.  Los beneficios son operativos, económicos y estratégicos.

• Escalabilidad y flexibilidad: el diseño de nube permite a las empresas escalar rápidamente los recursos para satisfacer las demandas de las cargas de trabajo. Los servicios se pueden implementar globalmente para un acceso más rápido de los usuarios y es posible ejecutar análisis y aplicaciones de alto tráfico sin sobreaprovisionamiento.
• Rentabilidad: con una estrategia de pago por consumo, las empresas solo pagan por lo que usan, lo que reduce el desembolso de capital. Dado que los proveedores controlan la infraestructura, las actualizaciones y el mantenimiento, los costes operativos pasan de enormes inversiones iniciales a presupuestos recurrentes predecibles.
• Disponibilidad y fiabilidad: la redundancia en los centros de datos regionales garantiza el tiempo de actividad. El equilibrio de cargas y la rápida conmutación por error reducen las perturbaciones en la recuperación ante desastres.
• Rendimiento mejorado: el almacenamiento en caché en el extremo en las redes de entrega de contenido (CDN) mejora el rendimiento. Los recursos de computación elásticos se ajustan a las cargas máximas, mientras que las herramientas de supervisión en tiempo real favorecen la optimización.
• Cumplimiento y seguridad: los proveedores de nube implementan cifrado, firewalls, gestión de identidades y detección de intrusiones. El cumplimiento de normas ISO, RGPD e HIPAA, además del parcheo automático permiten aplicar rápidamente parches de seguridad ante vulnerabilidades.
• Innovación y agilidad: las plataformas en la nube reducen el tiempo de comercialización para la implementación de aplicaciones. También ofrecen IA, aprendizaje automático y análisis de datos para las empresas. Poder probar nuevas ideas de forma aislada permite a los equipos experimentar de forma segura.
• Accesibilidad y colaboración: accede a recursos en la nube en cualquier momento, en cualquier lugar y desde cualquier dispositivo. Los espacios de trabajo compartidos permiten que equipos distribuidos colaboren en tiempo real. Facilita trabajar de forma flexible y sin que importe la ubicación geográfica.
• Sostenibilidad medioambiental: los proveedores de nube utilizan energía renovable y centros de datos energéticamente eficientes. Al compartir infraestructura, las empresas pueden reducir su huella de carbono y mejorar la sostenibilidad de la TI.
• Continuidad del negocio y recuperación ante desastres: los datos siempre están seguros y disponibles con copias de seguridad automatizadas y redundancia geográfica. Los sistemas reducen las interrupciones durante caídas del servicio y ataques, lo que garantiza la continuidad del negocio.
• Compatibilidad con nubes híbridas y multinube: la arquitectura de nube propone estrategias híbridas que combinan recursos locales y en la nube. Las API y las tecnologías de interoperatividad permiten a las organizaciones combinar y adaptar servicios de distintos proveedores en estrategias multinube, evitando así la dependencia del proveedor.

La arquitectura de nube proporciona infraestructura, escalabilidad, ahorros de costes, resiliencia, innovación y flexibilidad a largo plazo. Las empresas pueden mejorar la seguridad, la agilidad y la protección de la inversión en tecnología utilizando servicios de nube.