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Curso: Principios de ciencias de la computación avanzados (AP Computer Science Principles) > Unidad 2
Lección 7: Sistemas escalablesSistemas escalables
Internet comenzó como una red para conectar universidades y centros de investigación. Cuando estuvo disponible y asequible para los consumidores, su popularidad se disparó y ahora su uso se estima en 4,500 millones de personas.
Afortunadamente, los protocolos que impulsan Internet y Web fueron diseñados para ser escalables. Un sistema escalable es aquel que puede continuar funcionando bien aún cuando se incremente su uso.
Escalabilidad de Internet
¿Qué características aumentan la escalabilidad de Internet?
- Cualquier dispositivo de cómputo puede enviar datos a través de Internet si sigue los protocolos. No hay ningún proceso burocrático que impida que un dispositivo se conecte o impida que un programador aprenda cómo funcionan los protocolos.
- El sistema de direccionamiento IPv6 puede direccionar un billón de veces la cantidad de dispositivos conectados hoy día a Internet.
- El enrutamiento es dinámico, por lo que enrutadores nuevos pueden unirse a la red en cualquier momento y contribuir a mover paquetes de datos por Internet.
Internet se diseñó para ser escalable, pero ningún sistema es infinitamente escalable.
¿Qué amenaza la escalabilidad de Internet? O puesto de otro modo, ¿Qué podría fallar si todos los dispositivos en el mundo se conectaran a Internet ahora mismo y trataran de descargar una película?
Aquí hay algunas ideas:
- El ancho de banda de conexiones de red es limitado. Muchos datos pueden fluir fácilmente por conexiones de ancho de banda alto, pero pueden fácilmente ahogar conexiones de ancho de bandabajo, y ocasionar retrasos o a paquetes perdidos.
- El rendimiento de enrutadores es limitado (la cantidad de datos que pueden reenviar por segundo). El rendimiento de un enrutador casero moderno es alrededor de 1 Gbps, mientras que los enrutadores empresariales mucho más costosos pueden reenviar hasta 10 Gbps. Una película promedio ocupa alrededor de 1 a 10 GB, así que una descarga en masa podría causar cuellos de botella en los enrutadores.
- El número de dispositivos que pueden conectarse a los enrutadores inalámbricos a menudo es limitado, típicamente hasta 250. Si todos intentan usar una red WiFi al mismo tiempo (como en una universidad o biblioteca), puede ser que simplemente no pueden conectarse.
🤔 Basado en todo lo que has aprendido sobre Internet, ¿qué más podría afectar su escalabilidad, para bien o para mal?
Escalabilidad de aplicaciones Web
Una aplicación web que corre sobre Internet también debe ser escalable, ya sea una para iPhone, un sitio web, o un juego multijugador. Ahora que hay miles de millones de personas conectadas a Internet, cualquier aplicación puede experimentar un aumento repentino en el número de usuarios. Si la aplicación no se escala para satisfacer la demanda, los usuarios podrían experimentar una mayor latencia o una interrupción completa. 😬
Durante la pandemia COVID-19, en todo el mundo se le pidió a las personas que permanecieran en sus casas para disminuir la infección, y muchas corrieron a los servicios en línea a buscar versiones virtuales de lo que no podían hacer en persona. Debido a la cantidad de estudiantes que se dirigieron a Khan Academy para prácticas virtuales, nuestro sitio web experimentó un aumento de 250% en la carga de sus servidores.
El uso tan alto tomó a nuestros sistemas por sorpresa, y algunos a duras penas pudieron manejar el diluvio repentino de solicitudes.
Por ejemplo, nuestro sistema para notificar a los estudiantes sobre tareas nuevas estaba desbordándose, y las notificaciones tomaban algunos minutos en aparecer (versus unos cuantos segundos).
Afortunadamente, nuestros ingenieros aumentaron rápidamente la capacidad de esos sistemas, y la mayoría de los usuarios nunca se dieron cuenta que algo no estaba funcionando bien.
Pruebas de carga
Los equipos de ingeniería pueden prepararse para picos en uso haciendo pruebas de carga: simular gran cantidad de tráfico en un período corto de tiempo para ver si el sistema se dobla bajo la carga. Las pruebas de carga pueden descubrir cuellos de botella o límites predefinidos en el código del sistema.
¿Alguna vez jugaste Pokémon Go? Es un juego para móviles que apareció en el verano de 2016 y fue un éxito instantáneo. Los desarrolladores del juego hicieron pruebas de carga antes de lanzarlo al mercado, y simularon un tráfico 5 veces mayor al esperado. Los servidores del juego lo manejaron perfectamente.
Sin embargo, subestimaron enormemente la popularidad de Pokémon Go. El día del lanzamiento del juego, sus servidores tuvieron 50 veces el tráfico estimado.
Los servidores del juego no estaban listos para ese nivel tan extremo de carga, así que muchos jugadores fueron saludados por una pantalla desilusionante:
El equipo se apresuró a mejorar la escalabilidad del sistema, en medio de una creciente demanda de usuarios frustrados y de múltiples ataques de DDoS a sus servidores por parte de cibercriminales.
Después de reconfigurar su arquitectura de servidores para que fuera más escalable, el equipo lanzó Pokémon Go al resto del mundo. En los tres años siguientes, se ha descargado más de mil millones de veces de las tiendas de aplicaciones móviles.
El espectro de escalabilidad
Un sistema es escalable si tiene la capacidad de acomodar una mayor cantidad de uso. Algunos sistemas no son escalables en absoluto y solo pueden manejar exactamente la cantidad de uso para el que fueron diseñados.
Los sistemas escalables pueden manejar uso extra, pero su capacidad varía. Algunos sistemas solo pueden escalarse hasta manejar el doble del uso actual; otros sistemas pueden escalarse hasta manejar 1000x el uso actual.
Cuando diseñamos sistemas con un alcance potencialmente global—como la misma Internet o las aplicaciones que corren sobre ella—tenemos que considerar siempre la escalabilidad de nuestro enfoque.
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Nota: Los sistemas escalables son los que se adaptan a la cantidad de usuarios que pueden entrar al sistema, evitando que este caiga. Hay otros que solo pueden escalar hasta cierto punto.(1 voto)