Guía Definitiva de Arquitectura de Computación en la Nube: Flexibilidad, Diseño y Ahorro de Costes

Comparada con una configuración clásica basada en hardware, una arquitectura de computación en la nube proporciona considerablemente más flexibilidad, opciones de diseño y oportunidades de ahorro de costes. Sin embargo, estos beneficios tienen un precio, ya que una plataforma cloud suele ser más compleja de entender y tiene más partes móviles que una infraestructura física on-premise promedio.

Este artículo es una introducción a la arquitectura de computación en la nube y los componentes que operan dentro de un entorno cloud. Sigue leyendo para aprender cómo diferentes sistemas trabajan en tándem para crear una nube funcional y proporcionar a los usuarios finales recursos de TI bajo demanda (servidores, apps, bases de datos, redes, etc.).

Arquitectura de Computación en la Nube Explicada

La arquitectura de computación en la nube se refiere a la combinación de sistemas y tecnologías que, al integrarse, crean una infraestructura de TI que abstrae, agrupa y comparte recursos bajo demanda a través de una red. Toda arquitectura cloud tiene dos componentes principales:

• Front end (elementos visibles para el usuario final, como apps web y navegadores, dispositivos móviles, interfaz de usuario, etc.).
• Back end (la sección "cloud" del sistema con almacenamiento de datos, servidores dedicados, SOs, medidas de seguridad, etc.).

Una arquitectura de computación en la nube también requiere una red a través de la cual el front end y el back end se comunican. Los dos componentes suelen compartir datos a través de Internet a menos que un arquitecto prefiera usar una red privada (la opción predilecta en arquitecturas de nube privada e híbrida).

Independientemente del tipo de red, la capa de comunicación entre el front end y el back end debe tener:

• Alto ancho de banda.
• Sin latencia.
• Alta disponibilidad.
• Seguridad de red de primer nivel.

En su núcleo de diseño, la arquitectura de computación en la nube es una mezcla de:

• Arquitectura orientada a eventos (EDA): Un diseño de software en el que servicios desacoplados producen, detectan y reaccionan a eventos del sistema.
• Arquitectura orientada a servicios (SOA): Un sistema en el que un conjunto de componentes proporciona servicios a otros elementos a través de un protocolo de comunicación.

Una empresa tiene muchas razones para desplegar una arquitectura de computación en la nube a pesar de que estos sistemas sean más complejos que una configuración on-premise. Algunas de las principales razones son:

• Time-to-market más rápido.
• Aprovisionamiento de recursos más rápido.
• Escalabilidad en tiempo real (hacia arriba y hacia abajo).
• Capacidad de usar soluciones cloud-native (como Kubernetes).
• Cumplimiento más fiable debido a mejor visibilidad de datos.
• Ahorro de costes (no necesidad de hardware on-premise y control estricto sobre el uso de recursos).

Front End de la Arquitectura de Computación en la Nube

El front end actúa como el cliente en la arquitectura y puede comunicarse con el back end a través de Internet o una red privada. El componente front end es visible para el usuario final y permite el acceso a la plataforma cloud.

Los dos elementos principales del front end son:

• La app o software (típicamente un navegador web o una app nativa) que el cliente usa para acceder e interactuar con la plataforma cloud. La app o navegador tiene una UI dedicada, que algunos arquitectos cloud consideran un componente front end separado.
• El dispositivo del lado del cliente a través del cual el usuario se conecta e interactúa con el navegador o app (móvil, tablet, PC, portátil, etc.).

Los elementos del front end son responsables de:

• Permitir al usuario interactuar con la nube.
• Enviar consultas al back end a través del middleware.
• Solicitar servicios al back end.
• Presentar toda la información relacionada con la nube (utilización de recursos, preocupaciones de seguridad, alertas de monitoreo, patrones de uso, etc.).

La nube maneja más procesamiento que el dispositivo del lado del cliente, que es otro beneficio notable de la computación en la nube especialmente útil para equipos remote-first y empresas con políticas BYOD.

Back End de la Arquitectura de Computación en la Nube

En una arquitectura de computación en la nube, el back end se refiere a la nube misma. Este componente contiene diversos sistemas, servidores y unidades de almacenamiento que tienen varios roles clave:

• Ejecutar programas y apps relacionadas con la nube.
• Dar funcionalidad al front end y responder a cualquier consulta que el usuario envíe.
• Desplegar y escalar recursos.
• Monitorear todas las operaciones y actividades.
• Mantener seguros los datos y procesos de la nube.
• Conectar todos los servicios y apps.
• Ejecutar mecanismos de control de tráfico.
• Gobernar protocolos cloud.

El proveedor cloud es quien gestiona el componente back end. Sin embargo, algunas empresas eligen desarrollar y mantener su propia nube, en cuyo caso el equipo interno se vuelve responsable de las operaciones del back end. Una empresa también puede dividir las tareas del back end entre el equipo interno y el del proveedor (una opción común en empresas altamente reguladas que deben cumplir con HIPAA o PCI).

Mientras que el front end es solo una UI con una conexión, el back end es lo que da a la nube sus principios fundamentales:

• Recursos bajo demanda que un usuario puede configurar sin ayuda de un proveedor de servicios.
• La capacidad para que un cliente se conecte independientemente de la ubicación.
• Agrupación de recursos que permite al proveedor agrupar recursos y servir a múltiples usuarios en un entorno multi-tenant dinámico.
• Elasticidad rápida para respuestas rápidas a la demanda del consumidor.
• Servicio medido que permite al usuario final monitorear el uso de la nube en detalle.

El back end tiene más componentes y es significativamente mayor que su contraparte front end. A continuación, un vistazo más cercano a cada componente back end que puede existir en una arquitectura de computación en la nube.

Capa de Aplicación

Cuando un usuario final interactúa con el front end, la capa de aplicación del back end recibe la consulta y maneja las solicitudes del cliente. Esta capa tiene varios roles vitales:

• Proporcionar a los usuarios acceso a servicios cloud.
• Conectar el back end y el front end.
• Responder a consultas del front end.
• Coordinar las necesidades del consumidor con recursos en el back end.

Capa de Servicios

La capa de servicios añade utilidad al back end de la arquitectura de computación en la nube. Este componente maneja cada tarea y solicitud a través de servicios para almacenamiento de datos, entornos de desarrollo de apps, servicios web, etc.

Los servicios pueden realizar una variedad de tareas y funciones en un runtime cloud. El tipo de servicios que un cliente puede usar depende del modelo de entrega. Hay tres métodos principales de entrega basados en la nube:

• Infraestructura como Servicio (IaaS): IaaS proporciona acceso y control sobre los recursos de la arquitectura de computación en la nube (almacenamiento de datos, servidores, infraestructura de red, VMs, etc.).
• Software como Servicio (SaaS): SaaS permite a un cliente alojar software de aplicación en la nube. En un modelo SaaS, el proveedor maneja todas las actualizaciones y desarrollo, y el vendedor mantiene la infraestructura subyacente.
• Plataforma como Servicio (PaaS): El modelo PaaS proporciona a los usuarios una plataforma bajo demanda para desarrollo de software. Los proveedores alojan la pila tecnológica completa y el conjunto de herramientas, pero el usuario maneja el desarrollo de software, gestión de apps y actualizaciones.

Los modelos de entrega no son modelos de despliegue cloud (como híbrido, comunitario o multi-cloud). Mientras que el modelo de entrega determina el tipo de servicios a los que los usuarios tienen acceso, el modelo de despliegue define el tipo de nube en cuestión.

Middleware

Middleware se refiere a componentes de software que permiten a dispositivos y apps en red comunicarse. Este componente es responsable de las conexiones entre:

• Apps.
• Servicios.
• Clouds de runtime.
• Unidades de almacenamiento.
• Dispositivos de infraestructura.
• Soluciones de seguridad.
• El front end.

Como en un centro de datos tradicional, el middleware se basa en bases de datos y apps de comunicación para establecer coordinación entre diferentes sistemas.

Almacenamiento en la Nube

El almacenamiento es la sección del back end que guarda todos los datos cloud. El tipo y capacidad de almacenamiento en la nube varían según el proveedor cloud y los requisitos del cliente. Este servicio de computación en la nube permite al usuario almacenar datos en la nube en lugar de en almacenamiento de datos on-site, lo cual es una opción tanto más segura como más conveniente.

Infraestructura Cloud

Aunque el usuario final nunca ve o interactúa con la infraestructura cloud, las nubes también requieren hardware. La infraestructura cloud incluye todas las características de una sala de servidores estándar en un centro de datos, incluyendo:

• Servidores.
• Unidades Centrales de Procesamiento (CPUs).
• Unidades de Procesamiento Gráfico (GPUs).
• Placas base.
• Unidades de almacenamiento (discos duros y SSDs).
• Equipamiento de red con routers y switches.
• Tarjetas de red y aceleradoras.
• Infraestructura de refrigeración y energía.

La capa de infraestructura también incluye el software necesario para ejecutar y gestionar todo el hardware.

Hipervisor

Un hipervisor es un software que crea y ejecuta máquinas virtuales. Un hipervisor asigna recursos de un solo dispositivo (CPU, memoria, almacenamiento, etc.) y permite que múltiples máquinas virtuales con SOs separados se ejecuten en el mismo dispositivo.

La virtualización proporcionada por un hipervisor aumenta la eficiencia de servidores, almacenamiento y redes en un cloud multi-tenant. Sin embargo, este componente puede afectar el rendimiento general si el dispositivo host tiene demasiadas VMs.

Software de Gestión

El software de gestión de una arquitectura de computación en la nube asegura que todas las operaciones y programas se ejecuten de forma fluida y eficiente. Algunas de las tareas que estos sistemas realizan son:

• Auditoría de seguridad y cumplimiento.
• Monitoreo de rendimiento y capacidad.
• Seguimiento de uso.
• Despliegue de nuevas apps.
• Integración de datos.
• Gestión de recuperación ante desastres.

El software de gestión también incluye programas y herramientas para automatización. La automatización es un valor central de la nube y uno de los principales puntos de venta de la tecnología. En una arquitectura de computación en la nube, las herramientas de automatización tienen tres tareas vitales:

• Escalar hacia arriba o hacia abajo para satisfacer necesidades de uso o tráfico.
• Asegurar gobernanza en todo el entorno cloud.
• Reaccionar a eventos siguiendo instrucciones de un umbral predefinido o política cloud.

Capa de Seguridad

La capa de seguridad es un aspecto vital de la arquitectura cloud. Como la mayoría de clouds a nivel de proveedor son entornos multi-tenant de alto riesgo, los vendedores suelen confiar en diversas técnicas para asegurar la seguridad de la computación en la nube, tales como:

• Copias de seguridad de datos inmutables y regulares.
• Cifrado de datos (en reposo, en movimiento y en uso).
• Herramientas de depuración de alta gama.
• Firewalls virtuales (tanto para toda la configuración como entre tenants).
• Principios de seguridad zero-trust.
• Autenticación multifactor y contraseñas fuertes.
• Sistemas de detección de intrusión (IDS).
• Software anti-malware y antivirus.
• Prevención de ransomware.

Mejores Prácticas de Arquitectura de Computación en la Nube

No hay una única forma de construir una arquitectura de computación en la nube eficiente, pero algunas directrices se aplican a todo diseño. Aquí están las mejores prácticas que debes considerar al diseñar una nueva arquitectura o adaptar una existente:

• Adopta un enfoque security-first: Al crear una arquitectura, tu equipo de seguridad o SecOps debe integrar la protección en el diseño desde el inicio. Cuanto más robusto sea el sistema de seguridad al principio, menos riesgos tendrás con fugas y brechas de datos a medida que crezcas el entorno.
• Planifica para picos de uso: Intenta prever y entender cómo se comportará la configuración durante cargas de trabajo regulares y pico. Asegura que la arquitectura rinda bien en cualquier escenario y prepara mecanismos óptimos para el escalado.
• No te arriesgues con la ciberseguridad: Además de planificar la seguridad desde el inicio, también debes proteger tu arquitectura con todas las medidas de ciberseguridad disponibles. Busca un proveedor que ofrezca cifrado de datos, gestión regular de parches, protección de endpoints, recuperación ante desastres cloud y políticas robustas.
• Configura monitoreo continuo: Monitorear continuamente el entorno con una herramienta como Nagios para problemas de rendimiento y uso crea patrones reveladores que ayudan a optimizar la configuración.
• Optimiza y reduce costes: Aprovecha procesos automatizados y seguimiento de utilización para eliminar gastos innecesarios y asegurar que no estás gastando de más en recursos.

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El concepto de arquitectura de computación en la nube sigue siendo vago para muchos gerentes y equipos. Proporcionar a los miembros del personal no técnico este artículo ayudará a desmitificar la nube y acercará a tu negocio un paso más a la migración cloud.