Eduardo F. Caicedo B.Profesor Asistente

Departamento de ElectricidadUniversidad del Valle

Cali - Colombia

1. RESUMEN

En este artículo se presentan una serie de conceptosalrededor de los sistemas de computación distribuídos,buscando obtener su caracterización, con el fin de esta-blecer una base general para su estudio. Existendiversas definiciones de sistemas distribuídos y redesde computadores, algunas más generales y otras másestrictas. Realmente, el término "Sistema de Compu-tación Distribuído" tiene un•.• connotación bastanteamplia, involucrando interconexión y comunicación,modelos físicos de transmisión, equipos e interfacesde comunicación de datos, características específicasde aplicaciones, etc. Estos aspectos son tratados eneste artículo, entregándole al lector una visión generaldelárea.

2. INTRODUCCION

El actual nivel de desarrollo y utilización de los sistemasdistribuídos se debe principalmente a dos factores quesecomplementan:

a) El rápido crecimiento y desarrollo de la tecnologíade los circuitos integrados, o el "hardware" delos micro y minicomputadores, reduciendo elcosto de los equipos y aumentando su capacidadde procesamiento.

b) Las cada vez más sofisticadas necesidades decómputo de los usuarios, encaminadas hacia lautilización de sistemas basados en varios

computadores separados e interconectados, conel fin de realizar trabajos en común, en lugar deutilizar sistemas basados en computadores cen-trales.

Para que los diferentes computadores puedan "coope-rar" , intercambiando información, es necesario queestén interconectados por un medio físico de comuni-cación. A saber, se distinguen dos formas dentro de latecnología de la comunicación de realizar esta inter-conexión:

a) Sistemas con base en líneas telefónicas de mediay larga distancia. Esto posibilita la interconexión anivel de ciudad, entre ciudades de un mismo paíse internacionalmente.

b) Interconexión de computadores en el ámbito delas distancias cortas, donde los diferentes ele-mentos se distribuyen geográficamente a lo largode un edificio, un campus, una fábrica o unamisma ciudad. Los sistemas de interconexiónusados son las redes locales de comunicación,sistemas de origen relativamente reciente, con unúnico usuario. Se utilizan para su interconexióndiversas tecnologías, desde las más simples talescomo el cable coaxial y la radio transmisión, hastalas más nuevas y complejas como la fibra óptica.

Finalmente, un factor importante que justifica lautilización de sistemas distribuídos, es la necesidadpermanente de reducir costos. Una descentralización

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del procesamiento contribuye a dismunirlos en tresaspectos:

a) Un sistema operativo multiusuario le permite usarlos recursos del sistema a diferentes usuarios enforma casi simultánea; de esta manera, la utili-zación de los recursos puede aproximarse al 100por 100, Y el costo por usuario teóricamentetiende a cero.

b) Reduce los costos de transporte de información,pues el procesamiento de esta información, en sumayor parte, se realiza localmente; ya que losdatos que se transmiten son apenas los estricta-mente necesarios para una buena ejecución deltrabajo.

c) El uso de un conjunto de micros y/o minicompu-tadores interconectados, en sustitución de unsistema grande, que soporten en desempetíoequivalente, conduce a un flujo de fondos másbajo, puesto que el costo de "Software" es infe-rior respecto a los sistemas grandes que exigen"Software" de soporte grande, complejo y decostoso mantenimiento.

Sin embargo, existen aplicaciones en donde serequiere gran capacidad de almacenamiento y altavelocidad de proceso, o en donde la seguridad de lainformación son factores decisivos; en estos casos noson recomendables los Sistemas de ComputaciónDistribuídosy se prefiere un sistema centralizado.

3. MOTIVACION

A nivel directivo y técnico, nuestra comunidad seencuentra enfrentada ante el difícil compromiso de ad-quirir una red local o los servicios de una red nacional ointernacional de datos. El cuestionamiento surge inme-diatamente: ¿Es lo suficientemente adecuada la prepa-raciónpara adquirir los equipos o el servicio? .

La respuesta conduce hacia los siguientes plantea-mientos a ser tenidos en la cuenta en el momento de ladecisión:

Estudiar los requerimientosy evaluar los recursos.

Definir con absoluta claridad las necesidades yprioridades.

Capacitar a un grupo de operarios antes de em-plear inmediatamenteel recurso.

Definirmecanismos de control en laoperación.

34 HEURlSTICA VoL 3 No. 1

Actualizar ladocumentación de soporte.

Garantizarel mantenimientodel equipo.

Estaspremisas buscan evitar situaciones anómalas origi-nadas por la ausencia de documentación, un conoci-miento exacto del equipo o servicio adquirido, en larealización de tareas sin la correspondiente planeacióny en un mantenimiento inadecuado.

En este artículo, sin adentrarse en los detallestécnicos, se pretende facilitar el acceso a los conceptosbásicos sobre los sistemas de computación distri-buídos, con el fin de entregar elementos de decisiónsobre su configuración, confiabilidad y niveles deutilización.

4. REQUERIMIENTOS DE UN SISTEMADISTRIBUIDO

Un sistema de computación distribuído potencialmentepresenta una serie de ventajas. Entre ellas se destacanla posibilidad de obtener un alto desempetío, altaconfiabilidad, compartir efectivamente los recursos yalto crecimiento incremental. Estas ventajas son com-promisos que deben cumplir los diset'ladores o fabri-cantes de estos sistemas, y deben contemplarse aladquirir los equipos. En seguida se presentan suscinta-mente estos requerimientos.

4.1 Confiabilidad

Es un parámetro que permite establecer la capacidadde un sistema para tolerar defectos (físicos o algo-rítmicos que pueden generar errores), errores (datos oiterns de información que al ser procesados poralgoritmos normales del sistema producen fallas), yfallas (eventos para los cuales se violan las especm-caciones del sistema). Un sistema confiable debeubicar, detectar y diagnosticar, recuperar, reparar yfinalmente,debe reiniciarsu funcionamiento normal.

Por tanto, la confiabilidad es de fundamental impor-tancia para los sistemas distribuidos, sobretodo en lasaspectos relacionadas con los subsistemas de inter-conexión, sistemasoperativos y bancos de datos.

Un subsistema de interconexión debe proveer meca-nismos de detección y recuperación de errores detransmisión, reglas para detección y retransmisión demensajes perdidos, técnicas de control de flujo paraevitarcongestión en el sistema.

Los sistemas operativos distribuídos deben proveer

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PeriféricosEspeciales

FIG. 1 CONAGURAClON DE UN SISTEMA DlsmlBUIDO

mecanismos para tratamiento de ejecución, monitoreoremoto de recursos corrputacíonales y eliminar la con-centración de funciones vitales en un único elemento,permitiendo una comunicación eficiente entre servi-dores.Los bancos de datos distribuidos contemplan opera-ciones realizadas a través de transacciones. Con el finde ofrecer una buena confiabilidad, el sistema debeestar en capacidad de terminar adecuadamente unatransacción en caso de falla.

4.2 Disponibilidad

Este requerimiento define la probabilidad de que encualquier instante, un sistema esté en un mismo nivelde funcionamiento. La disponibilidad es función de laconfiabilidad. depende de la mutua inspección entrecomponentes. de los procedimientos de diagnóstico yde la recuperación de fallas. Para obtener un sistemacon alta disponibilidad. debe sustituírse un elementodefectuoso por otro que pase a cumplir sus funciones.

4.3 Compartir los recursos

Este requerimiento define la disponibilidad paracualquier usuario. independiente de su localización

Hacia Otros

SistemasDistribuídos

PROCESOSCOMPUTACIONALES

INDUSTRIALES

geográfica. de recursos como programas, datos.elementos de procesamiento y otro dispositivosfísicos. Se requiere entonces, un control a nivel de sis-tema para ubicar óptima y dinámicamente los recursos,

4.4 Crecimiento Incremental

Un sistema distribuído debe adaptarse fácilmente anuevos ambientes y permitir ser alterado sin interrumpirsu funcionamiento. Cambio ambiental significa inter-cambio de componentes, expansión o reducción de laconfiguración. expansión del conjunto de serviciosofrecidos. De esta manera, se puede partir de unaconfiguración inicial de bajo costo. y con expansionesgraduales también de bajo costo, llegar a configura-ciones con más componentes y funcionalmente máspotentes.

5. CARACTERIZACION DE LOS SISTE-MAS DISTRIBUIDOS

Entre los especialistas en el área no existe un criteriounido al definir los sistemas distribuídos. Una defini-ción bastante general la presentan Uebowitz &Carson (1):

J----......--t I ...1UNIDAD

CENTRAL DE

CONTROL

Subsistemade

Interconexión

UNIDAD DEPROCESOt;3 ... ~

HEURISTICA VoL 3 No. 1 35

"Un sistema dl$trbuido es un sistema de ~dóAen el que las funciones comput.acionales son localiza-das entre "arios eJementos físicos de co~ión.Estos pueden estar geográficamente próximos o sepa-rados Ufl)S de otros".

Existen definiciones más rigurosas y estrictas, sinembargo. desde el punto de vista de este articulo essuficiente el considerar un sistema de cómputo distri-buido como aquel que presenta un conjunto decaracterísticas de distribuciOn en términos lógicos yflsicos. Con el fin de ampliar esta definición. en la figura1 se muestran varios nodos procesadores conectadosa través de interfaces de comunicación y medios fisiCOsde transmisión que constituyen un sistema deinterconexión. Cada uno de los nodos ejécuta pro-cesos computacionales que se comunican porintercambio de mensajes a través del sistema deinterconexión. Los nodos pueden atender periféricosconvencionales como otros corroutacores o bases dedatos. acceder a otros sistemas distribuidos o super-visar el control de procesos industriales incluyendoperiféricos especiales como transductores de dife-rentes magnitudes ffsicas y elementos de medida yregistro.

6. INTRODUCCION A LA ARQUITEC-TURA DE REDES DE TRANSMISIONDE DATOS

Una Red de Transmisión de Datos está conformadafundamentalmente por equipos de cómputo y comuni-cación. programas y un prol':'colo de comunicación. Elprotocolo es un conjunto de reglas y procedimientosestandarizados requeridos para establecer la comunica-ción. por ejerf1)lo. los protocolos X.25. BSC, X.32, etc.El conjunto de programas, software de la red, se ubicafísicamente en diferentes puntos, por ejemplo, en elcomputador central existen el sistema operativo.compiladores. bases de datos, etc. Los equipos

Modem -~''''''::~~~:-IModem ••.• .-.tEST~CION

constituyen la arcJlitecllJra de la red, que debe ga-rantizar facilidades de operación, mantenimiento ycrecimiento del sistema.

Los diferentes elemenlOS de un sistema distribuido.por estar geográficamente separados, necesitan de unmedio físico para transportar e intercambiar informaciónentre si. Entre los medios de comunicación más comu-nes tenemos: el teléfono, el cable coaxial, la fibraóptica Y el satélite. Estos medios ffsicos a su vez seconfiguran de diversas tonnas. A continuación se pre-sentan brevemente algunas de las redes detransmisión más utilizadas:

6.1 Redes Punto a Punto

La red punto a punto es un canal o enlace que seestablece entre dos estaciones. Las estacionespueden ser un computador y un terminal o posible-mente dos computadores. El enlace punto a punto seestablece por conexión de una línea privada o por laredtelefónica pública. (Figura 2).

Si el enlace se establece a través de una Irnea privada.éste es permanente y sólo puede ser utilizado por lasdos máquinas permanentemente interconectadas.Esta configuración se utiliza cuando es necesario quecada uno de los sistemas de cómputo tenga accesoinstantáneoal otro.

El enlace punto a punto a través de la red telefónicapública. se establece cuando se completa una llamadaentre las dos estaciones. Mientras se mantenga laconexión, otros dispositivos no tienen acceso a dichoenlace. Este tipo de enlace se utiliza cuando lasestaciones se interconectan periódicamente, pero nodurante todo el tiempo. Además, una vez finalizada lainterconexión. las estaciones pueden establecer unenlace punto a punto con una estación diferente.efectuando simplemente otra Uamada.

FIG. 2 RED PUNTO A PUNTO

36 HEURlSTICA VoL 3 No. 1

6.2 Redes Multipunto

Una red multipunto establece un enlace simultánea-mente entre más de dos estaciones. Se podría decirque es una "conferencia" entre computadores o entreun computador central y varias terminales.

En este tipo de enlace, la Unidad Central de Proceso(CPU) llama a lugares distantes para recoger infor-mación sobre adquisición o registro de datos. Para el

sistema de la figura 3, conformado por cuatro dispo-sitivos residentes en el mismo kJgar, la CPU hace lallamada y recoge los datos de modo individual. Lasredes multipunto requieren de un multiplexor o concen-trador para reunir y controlar las múltiples líneas. Unejemplo sería un sistema bancario donde los diferentescajeros manuales o automáticos, ubicados en la oficinaprincipal, requieren consultar periódicamente el estadode la cuenta del cliente, almacenado en la CPU.

MUL TIPLEXORCONCENTRADOR

Terminal 3Terminal 1 Terminal 4Terminal 2

FIG.3 REDMUL TIPUNTO

HEURISTICA VoL 3 No. 1 37

6.3 Redes Multiderlvaclón

Desde el punto de vista del sistema de comunicación,los enlaces multipunto y multiderivación, prácticamentecumplen con la misma función. Sin embargo, técni-camente existen algunas diferencias entre las dosconfiguraciones.

La diferencia entre la red multipunto y la redmultiderivación estriba en la situación física del multi-plexor o concentrador de datos respecto de la líneatelefónica y en el número de modems requerido. En lafigura 4 se muestra como se efectúa la conexión entreel modem central y los rroltiples modems remotos

necesarios. A diferencia del enlace multipunto dondelos terminales remotos se encuentran en el mismolugar, la configuración multiderivación, permite la comu-nicación entre terminales remotos que no se encuen-tran en el mismo lugar.

Retornando el ejemplo del sistema bancario de la redmultipunto, para el caso de una configuración multide-rivación la cobertura se ampliaría hacia terminales deconsulta ubicados ya no sólo en la oficina principal, sinoque también cubriría los ubicados en las sucursales.Sin embargo, la red que permite mayor flexibilidad es lared punto a punto-multiderivación que se presenta acontinuación.

C P U

MULTIPLEXORCONCENTRADOR

Terminal 1 Terminal 2 Terminal 3 Terminal 4

AG.4. RED MULTIOERIVAClON

38 HEURlST/CA VoL 3 No./

6.4 Red Punto a Punto - Multiderivación

Esta última configuración, figura 5, es ampliamenteutilizada y es básicamente una combinación de las re-des multipunto y multiderivación. En este caso, existenterminales múltiples en dos o más lugares distintos. .

Como se había mencionado antes, desde el punto devista del sistema global de comunicación no existe dife-rencia entre las diferentes configuraciones descritas.El objetivo común de las distintas técnicas consiste enadaptar terminales múltiples a una sola línea de comu-nicación con la Unidad Central de Proceso.

7. CONCLUSION

Este artículo presenta una serie de conceptos yfactores, que colectivamente buscan crear concienciaalrededor de los sistemas distribuídos, pensando queestos nuevos sistemas son necesarios en sustituciónde los tradicionales.

8. REFERENCIAS BIBLlOGRAFICAS

(1) LLEBOWlTZ, B.H. Tutoríal on DistributedProcesing, IEEE (1978). Edited by UebowitzB.H. & Corso n J.H,

(2) MARTIN, James. Computer Networks andDistríbuted Processing: Software, Techniquesand Arhcitecture. Prentice - Hall, lne., England,1981

(3) MENASCE,D.,SCHWABE,D. Redes de Compu-tadores. Aspectos Técnicos e Operacionais.Editora Campus Ltda. Rio de Janeiro. 2 ed.(1986).

(4) WAKERLV, John F. Microcomputer Architectureand Programming. John Wiley & Sons. NewYork, (1984).

MUL TIPLEXOR /CONCENTRADOR

FIG. 5 RED PUNTO A PUNTO-MUL llDERIVACION

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