Arquitectura de tres niveles

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Arquitectura de tres niveles

La arquitectura de tres niveles, que separa las aplicaciones en tres niveles informáticos lógicos y físicos, es la arquitectura de software predominante para las aplicaciones cliente-servidor tradicionales.

¿Qué es la arquitectura de tres niveles?

La arquitectura de tres niveles es una arquitectura de aplicaciones de software consolidada que organiza las aplicaciones en tres niveles informáticos lógicos y físicos: el nivel de presentación, o la interfaz de usuario; el nivel de aplicación, donde se procesan los datos, y el nivel de datos, donde se almacenan y gestionan los datos asociados a la aplicación.

El principal beneficio de la arquitectura de tres niveles es que debido a que cada nivel se ejecuta en su propia infraestructura, cada nivel puede ser desarrollado simultáneamente por un equipo de desarrollo independiente, y se puede actualizar o escalar según sea necesario sin que afecte a los demás niveles.

Durante décadas, la arquitectura de tres niveles ha sido la arquitectura predominante para aplicaciones cliente-servidor. Actualmente, la mayoría de las aplicaciones de tres niveles son objetivos de modernización, mediante el uso de tecnologías nativas en cloud, como contenedores y microservicios, y de migración al cloud.

Los tres niveles en detalle

Nivel de presentación

El nivel de presentación es la interfaz de usuario y la capa de comunicación de la aplicación, donde el usuario final interactúa con la aplicación. Su objetivo principal es mostrar información al usuario y recopilar información del usuario. Este nivel superior se puede ejecutar en un navegador web, como una aplicación de escritorio o una interfaz gráfica de usuario (GUI), por ejemplo. Los niveles de presentación web normalmente se desarrollan utilizando HTML, CSS y JavaScript. Las aplicaciones de escritorio se pueden escribir en diversos lenguajes, dependiendo de la plataforma.

Nivel de aplicación

El nivel de aplicación, también conocido como el nivel lógico o el nivel medio, es el núcleo de la aplicación. En este nivel, se procesa la información recopilada en el nivel de presentación, a veces contra otra información en el nivel de datos, utilizando la lógica empresarial, un conjunto específico de reglas de negocio. El nivel de aplicación también puede añadir, suprimir o modificar datos en el nivel de datos.

El nivel de aplicación normalmente se desarrolla utilizando Python, Java, Perl, PHP o Ruby, y se comunica con el nivel de datos utilizando llamadas de API

Nivel de datos

El nivel de datos, a veces denominado nivel de base de datos, nivel de acceso a datos o back-end, es donde se almacena y gestiona la información procesada por la aplicación. Puede ser un sistema de gestión de bases de datos  relacional como PostgreSQL, MySQL, MariaDB, Oracle, DB2, Informix o Microsoft SQL Server, o en un servidor de bases de datos NoSQL como Cassandra, CouchDB o MongoDB

En una aplicación de tres niveles, toda la comunicación pasa por el nivel de aplicación. El nivel de presentación y el nivel de datos no pueden comunicarse directamente entre sí.

Nivel frente a capa

En los debates sobre la arquitectura de tres niveles, capa se suele utilizar indistintamente, y por error,  en lugar de nivel, como en "capa de presentación" o "capa de lógica empresarial". 

No son lo mismo. Una "capa" se refiere a una división funcional del software, pero un "nivel" se refiere a una división funcional del software que se ejecuta en la infraestructura separada de las otras divisiones. La aplicación de contactos de su teléfono, por ejemplo, es una aplicación de 3 capas, pero una aplicación de un nivel, porque las tres capas se ejecutan en el teléfono.

La diferencia es importante, porque las capas no pueden ofrecer las mismas ventajas que los niveles.

Ventajas de la arquitectura de tres niveles

De nuevo, el principal beneficio de la arquitectura de tres niveles es su separación lógica y física de la funcionalidad. Cada nivel puede ejecutarse en un sistema operativo y una plataforma de servidor independientes, como por ejemplo un servidor web, un servidor de aplicaciones o un servidor de bases de datos, los que mejor se ajusten a sus requisitos funcionales. Y cada nivel se ejecuta en al menos un hardware de servidor dedicado o un servidor virtual, por lo que los servicios de cada nivel se pueden personalizar y optimizar sin que afecte a los demás niveles. 

Otras ventajas (en comparación con la arquitectura de un nivel o dos niveles) incluyen:

  • Desarrollo más rápido: Como cada nivel puede ser desarrollado simultáneamente por diferentes equipos, una organización puede lanzar una aplicación al mercado más rápido, y los programadores pueden utilizar los más recientes y mejores lenguajes y herramientas para cada nivel.
  • Escalabilidad mejorada: Cualquier nivel se puede escalar de forma independiente de los demás según sea necesario.
  • Fiabilidad mejorada: Una interrupción en un nivel es menos probable que afecte a la disponibilidad o al rendimiento de los otros niveles.
  • Seguridad reforzada: Debido a que el nivel de presentación y el nivel de datos no se pueden comunicar directamente, un nivel de aplicación bien diseñado puede funcionar como una especie de cortafuegos interno, lo que impide las inyecciones de SQL y otras vulnerabilidades maliciosas.

Aplicación de tres niveles en el desarrollo web

En el desarrollo web, los niveles tienen nombres distintos pero realizan funciones similares:

  • El servidor web es el nivel de presentación y proporciona la interfaz de usuario. Esto suele ser una página web o un sitio web, como un sitio de comercio electrónico en el que el usuario añade productos al carro de la compra, añade detalles de pago o crea una cuenta. El contenido puede ser estático o dinámico, y se suele desarrollar utilizando HTML, CSS y Javascript.
  • El servidor de aplicaciones  corresponde al nivel medio, que aloja la lógica empresarial utilizada para procesar las entradas de usuario. Para continuar con el ejemplo de comercio electrónico, este es el nivel que consulta la base de datos de inventario para devolver la disponibilidad del producto o añadir detalles al perfil de un cliente. Esta capa a menudo se desarrolla utilizando Python, Ruby o PHP y ejecuta una infraestructura como e Django, Rails, Symphony o ASP.NET, por ejemplo.
  • El servidor de bases de datos es el nivel de datos o backend de una aplicación web. Se ejecuta en software de gestión de bases de datos, como MySQL, Oracle, DB2 o PostgreSQL, por ejemplo.

Otras arquitecturas de varios niveles

Si bien la arquitectura de tres niveles es la arquitectura de aplicaciones multinivel más ampliamente adoptada, existen otras que puede encontrar en su trabajo o investigación.

Arquitectura de dos niveles 

La arquitectura de dos niveles es la arquitectura de cliente-servidor original, que consta de un nivel de presentación y un nivel de datos; la lógica empresarial reside en el nivel de presentación, el nivel de datos o ambos. En la arquitectura de dos niveles, el nivel de presentación, y por lo tanto el usuario final, tiene acceso directo al nivel de datos y la lógica empresarial a menudo es limitada. Una aplicación de gestión de contactos sencilla, en la que los usuarios pueden entrar y recuperar datos de contacto, es un ejemplo de una aplicación de dos niveles. 

Arquitectura de n niveles

La arquitectura de n niveles, también llamada arquitectura de varios niveles, hace referencia a cualquier arquitectura de aplicación con más de un nivel. Pero las aplicaciones con más de tres capas son poco frecuentes, porque las capas adicionales ofrecen pocas ventajas y pueden hacer que la aplicación sea más lenta, más difícil de gestionar y más costosa de ejecutar. Como resultado, la arquitectura de n niveles y la arquitectura de varios niveles suelen ser sinónimos para la arquitectura de tres niveles.

Arquitectura de tres niveles e IBM Cloud

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