Todo sobre la arquitectura cliente-servidor

En este post vamos a explicar cómo son las arquitecturas cliente-servidor, presentes en la mayoría de las aplicaciones existentes en Internet. Podrás entender cómo funcionan, las ventajas e inconvenientes que ofrecen, así como los distintos modelos de trabajo y sus alternativas.

¿Qué es la arquitectura cliente-servidor?

La arquitectura cliente-servidor es una de las más populares en la construcción de aplicaciones en la actualidad. Básicamente se llama así a toda arquitectura en la que participan dos componentes: uno es el cliente que utiliza unos servicios, y otro es el servidor que proporciona esos servicios. Entre ambos se tiene que efectuar una comunicación de red, habitualmente mediante Internet.

De todos modos, estamos ante un concepto bastante amplio y genérico que engloba multitud de tipos de aplicaciones. Para hacernos una idea, todas las aplicaciones que se utilizan en la web son aplicaciones cliente-servidor. El cliente sería el navegador, y el servidor sería la máquina donde están instaladas las aplicaciones, las bases de datos y otros recursos remotos.

Actualmente en Internet se utiliza el término backend para la parte de las aplicaciones que hace las veces de servidor y frontend para la parte de las aplicaciones que se ejecuta en el cliente. 

Componentes clave de la arquitectura cliente-servidor

Como hemos dicho antes, en las arquitecturas cliente-servidor los componentes más importantes son el cliente y el servidor. Vamos a ver los roles de estos dos actores.

Cliente: roles y funcionalidades

El cliente es la parte de las aplicaciones que inicia las peticiones de servicios hacia el servidor usando la red como mecanismo de comunicación. Típicamente en el lado del cliente encontramos todo lo que respecta a la funcionalidad que permite al usuario interactuar con estos sistemas. Por tanto, encontramos interfaces de usuario que pueden ser de distintos tipos.

Actualmente, lo más habitual es que la aplicación cliente se ejecute en un navegador, en cuyo caso lo que tendremos son botones formularios y elementos de esta índole. Sin embargo, en términos generales un cliente puede ser de muchos tipos, mediante programas de escritorio, programas de consola, etc.

Servidor: roles y funcionalidades

El servidor, de manera genérica, es el componente que proporciona los servicios a los clientes. Un servidor puede consistir en diversos tipos de componentes de software instalados sobre un hardware. En cualquier caso, siempre será un sistema que esperará las solicitudes de los clientes para procesarlas y finalmente, entregar la respuesta a éstos. 

Entre los roles de los servidores se encuentran tareas como el almacenamiento de la información, el procesamiento de datos y el control de las reglas de negocio. Además, dentro del concepto de servidor encontramos diversos tipos de aplicaciones como servidores web, de correo, servidores de bases de datos, entre muchos otros.

Comunicación entre cliente y servidor

Para la comunicación entre cliente y servidor se utilizan siempre las redes de computadores. Sin embargo, dentro del amplio mundo de las redes, estas comunicaciones se pueden realizar por medio de múltiples protocolos.

Entre los protocolos más utilizados se encuentra el HTTP, que es el protocolo que sustenta la web, SMTP para el envío de correo electrónico, POP / IMAP para la recepción del correo, o FTP para la transferencia de archivos. 

Los protocolos son definiciones de los procesos y comunicaciones que se tienen que dar entre los sistemas clientes y servidor para que estas se realicen de manera sistemática, se pueda verificar la integridad de la información, etc.

¿Qué objetivo persigue la arquitectura cliente-servidor?

El objetivo principal de la arquitectura cliente-servidor es realizar la separación de las funciones y responsabilidades del software en distintas capas. La separación de responsabilidades es una de las bases sobre la que se sustenta el buen diseño del software. Una de las separaciones más esenciales y directas viene dada justamente por la arquitectura cliente-servidor.

Los beneficios de esta separación de responsabilidades son diversos. Entre ellos podemos destacar la posibilidad de escalar o mantener las aplicaciones por separado, lo que facilita también la realización de equipos de trabajo independientes o la posibilidad de utilizar infraestructuras distintas y especializadas en cada una de las partes del software.

¿Cómo funciona el modelo cliente-servidor?

Como ya hemos mencionado, el modelo de las aplicaciones cliente-servidor consiste en la realización de comunicaciones para ejecución de las necesidades del software.

En este tipo de software funciona mediante un procedimiento que incluye los siguientes pasos:

1. El cliente realiza la solicitud de un recurso o un servicio al servidor. Para ello envía una señal a través de la red, en la que entrega todas las características de la función que requiere que se realice. 
2. El servidor recibe la solicitud y procesa la entrada de datos enviada por el cliente, componiendo una respuesta.
3. Esa respuesta se envía por la red hasta llegar al cliente que la recibe, y generalmente, muestra una salida adecuada para el usuario.

Estas son las bases del funcionamiento de la arquitectura cliente-servidor de manera genérica, aunque dependiendo de cada tipo de sistema distribuido, puede haber diversas características más complejas en lo que respecta a los tipos de solicitud, tipos de respuesta, etc.

¿Cuál es la importancia de un sistema operativo cliente-servidor?

Los sistemas clientes servidor desempeñan un papel fundamental en la actualidad, ya que sustentan la mayor parte de las aplicaciones que existen en internet, así como en las redes empresariales o del hogar.

En el momento actual, en el que todos los hogares y empresas hacen uso de la nube para la obtención de servicios de todo tipo, la arquitectura cliente-servidor nos ofrece la base para su funcionamiento. Todas las aplicaciones web funcionan con el modelo cliente-servidor, pero también ocurre con otros servicios de Internet como el correo, o incluso con otros servicios populares como el streaming, las aplicaciones móviles, etc.

Este modelo, además, nos aporta ventajas como la posibilidad de acceder a los servicios allá donde estemos, o la seguridad de la información, ya que el servidor es capaz de garantizar el acceso solamente a aquellas personas que realmente disponen de los permisos adecuados.

¿Cuáles son las ventajas e inconvenientes del modelo cliente-servidor?

Ahora vamos a ver algunas de las ventajas de este modelo de aplicaciones distribuidas así como también las desventajas que podemos encontrar en él.

Ventajas del modelo cliente-servidor

Las ventajas de la arquitectura cliente-servidor son variadas. Prueba de ello es su amplia utilización en la industria de software.

• Facilita la administración de los datos y la seguridad de la información, ya que los servicios se encuentran en entornos de servidor completamente controlados.
• Mejora la escalabilidad, ya que permite actualizar y ampliar ambos entornos por separado tanto en la parte del cliente como la parte del servidor, centralizando las necesidades de escalabilidad en el servidor donde tenemos más capacidad de intervención.
• Permite un mantenimiento individual de las capas del software, lo que mejora las posibilidades de actuación y las aísla ante posibles problemas.
• Mejora la flexibilidad de los usos de las aplicaciones, ya que un entorno de servidor puede ajustarse al trabajo con varios tipos de clientes
• Permite un desarrollo menos dependiente. Ambos proyectos, cliente y servidor pueden estar en proyectos independientes que incluso pueden ser manejados por equipos distintos. 

Inconvenientes del modelo cliente-servidor

También se podrían destacar algunos inconvenientes en las arquitecturas cliente-servidor.

• Requieren el uso de una red para funcionar
• Si el servidor falla, a menudo impacta en los clientes
• Están expuestos en una red, pudiendo haber más posibles ataques de seguridad

Tipos de arquitectura cliente-servidor

Dentro de las arquitecturas cliente-servidor también existen distintas clasificaciones que vamos a resumir.

Arquitectura de dos niveles (2-Tier)

Este es el modelo habitual de las arquitecturas clientes servidor, donde los clientes realizan solicitudes directas sobre el servidor, sin la intervención de otros intermediarios.

Arquitectura de tres niveles (3-Tier)

También existen arquitecturas en niveles adicionales, como 3-Tier,  en las cuales se introduce un intermediario entre el cliente y el servidor que tiene normalmente la responsabilidad de aplicar una capa de lógica de negocio. Con ello conseguimos una separación mayor de la responsabilidad del software, lo que aporta adicionales ventajas a nivel de mantenibilidad y escalabilidad, a costa de una mayor complejidad.

Otros modelos de cliente-servidor y variantes

Dentro de las arquitecturas clientes servidor también tenemos modelos más complejos como los (n-Tier), donde se añaden capas adicionales para separar aún más la responsabilidad del software, como por ejemplo aislar una capa de datos. 

¿Cuáles son las alternativas a un modelo cliente-servidor?

La alternativa más frecuente y tradicional al modelo de cliente-servidor es el software denominado «standalone». En este tipo de software, un único sistema se encarga de toda la operativa de la aplicación. Hasta hace unos años, este modelo de software era el más predominante. 

Para entender el modelo standalone podemos pensar en la antigua aplicación «Word» de Microsoft, que se ejecutaba en el ordenador sin necesidad de estar conectado a Internet ni depender de un servidor externo. Hoy está siendo desplazada por su alternativa para trabajo en la nube, a la cual accedemos mediante un cliente (el navegador) y nos conectamos con un servidor que es el encargado de almacenar los documentos y dar soporte a los clientes.

A nivel de red también existen otras alternativas de software que no utilizan arquitecturas cliente-servidor, como los conocidos «Peer-to-Peer» (P2P), donde cada nodo funciona como un actor capaz de hacer a la vez tareas típicas de servidor y de cliente.

Publicado el 17/10/2024 por:

Fernán García de Zúñiga

Desarrollador web, crea y mantiene los sitios web de Arsys. También idea herramientas internas que facilitan y mejoran los procesos. Es experto en desarrollo FrontEnd y en la optimización del rendimiento web, áreas en las que constantemente busca innovar para ofrecer la mejor experiencia online.