La nube en el Universo de Internet Carmen

La nube en el Universo de Internet Carmen Costilla, costilla@dit. upm. es SINBAD Research Group Profesora Titular, Dpt. Ingeniería Telemática, ETSI Telecomunicación, UPM http: //sinbad. dit. up m. es 14 de Diciembre de 2009 Santiago de Compostela

Guión de la Presentación § Introducción a Cloud Computing § Un paseo por las Arquitecturas de las TI: • • Mainframe, PCs y Primeras Redes: LAN, MAN, WAN Cliente/Servidor, C/S Arquitecturas Middleware en Internet Arquitecturas Web: J 2 EE (Sun -> Oracle) y. NET (Microsoft) § Arquitecturas Grid y Plataformas: • SOA, Servicios Web, Web Semántica y Servicios Web Semánticos § Cloud Computing: Privada, Híbrida y Pública • Software as a Service: Saa. S • Platforms as a Service: Paa. S • Business as a Service: Baa. S Mainframes 14/12/2009 PCs Arquitectura Cliente/Servidor Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Arquitectura Web Grid Santiago de Compostela Cloud 2

Introducción. ¿Qué es la nube? Del inglés Cloud Computing, es un paradigma que permite ofrecer servicios a través de Internet. Se utiliza el término Cloud como metáfora de Internet. El término Cloud proviene del símbolo que representa las redes (Internet) en los diagramas de flujo. Las nubes ofrecen abstracciones de las infraestructuras subyacentes a la red. Todo se ofrece como Servicio, de modo que los usuarios puedan acceder a los servicios que deseen sin conocer la infraestructura que lo soporta. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 3

Introducción. El presente IEEE Computer Society promueve formalmente Cloud Computing en 2003 para explorar servicios modernos de software science en el campo de la Computación de Servicios. Esta tecnología acapara hoy el interés de numerosos congresos científicos de 2010 y 2011. Muchas tesis doctorales se enfocan hacia ello, y sobre-abunda literatura al respecto Cloud Computing se ha convertido en la disciplina ‘por defecto’ en la industria de los servicios modernos de las TI. Si no se dice nada en contra, es que estaremos… ¡hablando de la nube! 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 4

Introducción. La nube y la TI como un Servicio Cloud Computing , tecnología emergente de Servicios Web para: La Entrega de Servicios escalables y de Contenidos (el ‘alimento’ que nos da la nube) La Plataforma de Consumo: Aplicaciones y Contenidos (el ‘negocio’ de la nube). Dos fundamentos tecnológicos principales: La Arquitectura Orientada-al-Servicio, SOA (Service-Oriented Architecture) La Virtualización del hardware y software Su objetivo, compartir recursos entre: consumidores, socios y vendedores de toda la cadena de valor de la nube. Sus aspectos relevantes: Infraestructura y Plataforma de sustento, Paa. S (plataforma hardware as-a-service, SGBD asa-service, gestión de las TI as-a-service ) El Software, Saa. S (middleware genérico de la tecnología Web con XML), Las Aplicaciones, Aaa. S (e-mail o el tradicional CRM as-a-service, herramientas de modelado UML o E/R, redes sociales as-a-service) El Negocio, Baa. S (procesos de negocio as-a-service): Nuestra línea de investigación. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 5

Introducción. Ventajas e Inconvenientes La nube ofrece servicios escalables y contenidos diversos. La belleza de la nube es la simplicidad con que se percibe El usuario no requiere hardware ni software especial de la nube. Los clientes de hoy (browsers, PDAs, móviles, etc. ) podrán ser diminutos aparatos (reloj de pulsera, casi invisible), y con interfaces virtuales (La demo de Pattie Maes, MIT Media Lab's Fluid Interfaces Group de 2009, http: //www. readwriteweb. com/archives/wearable_internet. php, puede resultar interesante) Ciertos contenidos, ubicados en servidores propietarios, pueden ahora subir a la nube para su acceso. Oportunidad para e-Government, Administración, Instituciones, etc. Gran capacidad de personalización. Aunque también apunta ciertos riesgos crematísticos (‘pay as you go’). Expectación que obliga a investigar sobre aspectos típicos de los Sistemas de Información, más o menos consolidados en los SIs, como: Privacidad, Protección y Seguridad frente a fallos Fiabilidad de la consistencia y linaje de los contenidos. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 6

Introducción. Líneas de Investigación Se busca una distribución y procesamiento de datos basada en Internet, eficiente en funcionamiento y coste. Además de ofrecer servicios al usuario, la nube dará servicios a muchas otras aplicaciones famélicas de recursos (juegos, media streaming, . . . ). Streaming, término usado para ver u oír un archivo directamente desde una página Web, sin bajarlo antes al ordenador ('hacer clic y obtener“). En términos más complejos podría decirse que streaming describe una estrategia sobre demanda al vuelo que distribuye contenido multimedia a través de Internet. Se investiga en Redes que Entreguen Contenidos y Servicios (CDNs, Content Delivery Networks). Optimización de recursos (en tiempo y dinero). Gestión de contenidos y ubicación dinámica. Integración de tecnologías emergentes para la Entrega de Contenidos. Uso de SOA, Grid, Cloud Computing. Sinergias y posicionamiento en muchas áreas tecnológicas. Cloud/Grid/P 2 P/EII/EAI/Gestión de Servicios, Entrega de Contenidos, Gestión de Internet Aplicaciones Saa. S (Software-as-a-Service) avanzadas Modelos de negocio, consumo, pago de Servicios, y Service-Level Agreements (SLAs) Interoperabilidad a todos los niveles Privacidad, seguridad, fiabilidad 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 7

Un paseo por las Arquitecturas de las TI La evolución arquitectural de las TI ha seguido los siguientes principios. Conseguir un universo de información fácil de compartir y escalar. Resistencia ante fallos. Balanceo de carga de procesamiento. Clientes ligeros. Personalización del entorno. Menor coste, más eficiencia. Usuario final nada especializado. Mainframes 14/12/2009 PCs Arquitectura Cliente/Servidor Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Arquitectura Web Grid Santiago de Compostela Cloud 8

Mainframes / Minis y Micros Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Mainframes: robustos armarios sin distribución, hoy percibidos casi como dinosaurios Minis y Micros: se achican las máquinas aquí conectadas por redes con topología fija: anillos, token-ring, estrella, Ethernet, etc. ) Ley de Gordon Moore: “Cada 18 meses se duplica el núm. de transistores en un circuito integrado y su precio se reduce a la mitad”, ¡Imparable desde Abril, 1965! “Cada 2 años en los ordenadores (que surgen en 1971)” ¡Imparable desde 1975! 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 9

PCs (Ordenadores Personales) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid PC: ordenador con teclado y monitor; una torre colocada en el suelo, en la mesa, y, actualmente, enclavado en la parte dorsal del monitor. Surge a mediados de los 70’s, muy extendida desde principios de los 80’s. El PC comienza a trabajar en aislado. Disquetera y floppy disk eran su principal vía de inter-actuación. Más tarde, a lo sumo, se conecta vía una red fija: LAN / MAN / WAN. El escenario, por tanto, es de: conexión= SÍ; distribución= casi NO. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 10

Arquitectura Cliente/Servidor (I) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Los 90’s Nace el concepto de Servidor. Bien asentado en los 90’s, se extiende hasta nuestros días. La arquitectura C/S penetra con fuerza en la industria de los SI. Aplicativos Cliente 1 Aplicativos Cliente i Aplicativos Cliente n Cliente 1 Cliente i Cliente n Red (LAN o MAN ) ‘NET’ junto al nombre del SGBD Cola de Entrada Cola de Salida Servidor de Bases de Datos Usuario Capa Cliente Capa Servidora Arquitectura C/S Abreviada (2 capas) Bases de Datos Centralizadas Ejemplo de Arquitectura Cliente-Servidor de un SGBD. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 11

Arquitectura Cliente/Servidor (II) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Los 90’s Usuario A mediados de los 2000, la Arquitectura C/S lidera la industria de los SI. Dada su alta eficacia, seguridad y bajo coste. Y, con ello, la empresa se satura de tecnología muy heterogénea, con muchos ‘silos de datos’, lo que preocupa seriamente a los CIOs. Interfaces de Ususario Siste ma Aplicativos de BD Entorno Ofimático Capa Cliente Procesos Cliente del SGBD Operativo Comunicación de datos Consultas SQL Red (LAN ) Resultados Comunicación de datos S. O. Capa Servidor de Bases de Datos, Motor del SGBD Bases de Datos Centralizadas Detalle de la Capa de Cliente de un SGBD. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 12

Arquitectura Cliente/Servidor (III) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Los 90’s Servidor primera máquina (mitad de los 80’s) construida para operar en la distribución de plataformas: hardware y software, procesos y datos. Su misión, atender solicitudes (request, queries, etc. ) provenientes de otras máquinas clientes, a quienes debe retornar los resultados de cada solicitud recibida. El PC se instala en la Arquitectura C/S como capacitado para operar en un entorno distribuido, flexible y escalable (sin perjuicio de un funcionamiento en aislado). Un hito curioso. En 1986, SINBAD recibe la 1ª versión C/S de Oracle en España y, con ella, construimos el Sistema de Información SIRIO para Tecnatom. SIRIO se vende a empresas americanas y alemanas en 1990 y se publica en 1993 como destacado Sistema de Información Distribuido y pionero para la industria energética nuclear [Co. BM 93]. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 13

Arquitectura Web (tres o más capas) (I) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Interfaz Web. Distinción entre: Servidor Web y de Aplicaciones Web Servidor de Bases de Datos. Cliente más ligero. Browser Internet Solicitud HTTP (URL + Entrada ) Capa 2. Mediador Servidor Web y Servidor de Aplicaciones Cliente Respuesta HTML Servidor Web o Servidor HTTP Browser Capa 1. Front End. Usuario con Navegador Nuestra década Entrada HTM Programa Servidor, L Gateways: CGI / Fast CGI / Java Servlet / ASP / JSP Servidor Web & App. Internet Consulta SQL Cola de Entrada Capa 3. Back End. Servidor de Bases de Datos de la BD Cola de Salida Servidor BD Base de Datos Servidor de Bases de Datos Base de Datos 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 14

Arquitectura Web (tres o más capas) (II) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Nuestra década Ejemplo Tecnológico: IAS (Internet Application Server y Oracle 9 i) Interfaz Web Servidor de Aplicaciones IAS Servidor BD de Oracle 9 i 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 15

Arquitectura Web (con Grid) (III) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Hoy Ejemplo Tecnológico con Grid: Browser – J 2 EE – Oracle 10 g Interfaz Web Servidor de Aplicaciones J 2 EE Servidor BD de Oracle 10 g HTTP 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Oracle NET Santiago de Compostela 16

Grid (I) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Hoy Con Grid, hablamos de Plataformas Software. Plataformas para desarrollar y ejecutar software de aplicaciones. Actualmente se trata de bibliotecas de servicios que siguen estándares del W 3 C (SOA, WSDL, UDDI, SOAP, etc. ) Servidor de Negociación Capa de Presentación. Interfaz Web, GUI 14/12/2009 Capa de Negocio. Middleware. Lógica o Reglas de Negocio (APIs J 2 EE) Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Servidor de Base de Datos Capa de Datos. SGBD Oracle 10 g, SQLServer, etc. Santiago de Compostela 17

Grid (II) Un paseo por las arquitecturas de las TI Main. Frames – PCs – Arquitectura Cliente/Servidor – Arquitectura Web – Grid Ejemplo: Plataforma Visual Studio. NET de Microsoft. 14/12/2009 Hoy Ejemplo: Plataforma NET Frame. Work 2. 0 de Microsoft. Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 18

El problema de la Integración Hoy Dada la rápida y constante evolución de los SI, la empresa alberga hoy tecnología muy heterogénea. Es propietaria de numerosos SI con sus respectivas plataformas. Es dueña de muchos silos de datos, básicos para su negocio. Pero, no obtiene todo el provecho que se espera. La empresa sabe ahora que su negocio tiene que enfocarse de forma global, consensuada y unificada para dar servicio a todas sus organizaciones. Se necesita una vía de integración fiable, consistente y poderosa. Por todo ello, se han promovido tecnologías para la integración de: Procesos P 2 P Aplicaciones EAI, tecnología OLTP Sistemas de Información EII, tecnología OLTP Análisis y toma de decisiones ETL, DW, Data Mining, tecnología OLAP 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 19

Tecnologías de Integración (I) Hoy y Mañana Plataforma de Integración: Mediadores con Servicios Web, en SOA y con capacidades semánticas. Servicios Web (WS): Los WS relevantes a la investigación e industria, son componentes de computación distribuida que usan diversas tecnologías basadas en XML para implementar la Service-Oriented-Architecture, SOA Los WS permiten que diferentes negocios colaboren en el logro de objetivos comunes, a pesar de que: Están distribuidos en Internet y se ejecutan en distintas plataformas Están implementados en diferentes lenguajes de programación Su aplicación más importante es el escenario de Integración de Aplicaciones de la Empresa (EAI) y/o la integración de procesos ebusiness en B 2 B. Los WS son básicos para otras tecnologías recientes de la computación distribuida: Servicios Grid, Cloud computing y Servicios Web Semánticos (SWS). 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 20

Tecnologías de Integración (II) Hoy Plataforma de Integración: Mediadores con Servicios Web, en SOA y con capacidades semánticas. Mediador: El mediador es quien consigue la independencia de implementación de los WS, tales como los Servidores de Aplicaciones y/o los motores SOAP (software que analiza, procesa, y genera mensajes SOAP) El mediador juega un importante papel para los WS. La reutilización de tecnología WS se implementa en el mediador. Contar con un mediador adecuado es un prerrequisito para una mayor aceptación de estas tecnologías Además, para monitorizar y gestionar la Qo. S, se han propuesto también soluciones mediadoras, tales como: Tiempos de respuesta y throughput Disponibilidad, fiabilidad, seguridad y privacidad. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 21

Tecnologías de Integración (III) Hoy Plataforma de Integración: Mediadores con Servicios Web, en SOA y con capacidades semánticas. La Orientación-al-Servicio, OS es una filosofía de diseño (como O-O), no un tema tecnológico, que requiere práctica y disciplina. Servicio: Función, utilidad abstracta Véase “The Definitive Guide to SOA: Oracle Service Bus, Apress”. Su operativa es como sigue: El consumidor del servicio pide (al proveedor del mismo o proxy) la ejecución de algún trabajo para él. Y que lo haga de la forma esperada; en el tiempo, el marco, y con la calidad también esperada. Y sin involucrar al solicitante en el trabajo que él pide. Esto supone la existencia de un contrato entre el consumidor y el proveedor del servicio. • El contrato (definido en WSDL de un mensaje SOAP y el SLA -Service Level Agreementdefinido en el mediador) cubre temas como: timeout (tº máximo de respuesta -1 seg. o menos-), contenido (formato del mensaje y tipos de datos) y calidad (si la respuesta es completa o parcial). 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 22

Tecnologías de Integración (IV) Hoy y Mañana Plataforma de Integración: Mediadores con Servicios Web, en SOA y con capacidades semánticas. La Arquitectura Orientada-al-Servicio con Capacidad Semántica (Semantically Enabled Service-Oriented Architecture), SESA, es un concepto avanzado que surge desde los Servicios Web Semánticos, SWS y la actual Web Semántica. SESA se basa en una ontología para modelar WS, llamada WSMO, que permite procesar el contenido semántico de la Web. WSMO: (www. wsmo. org) -Web Service Modelling Ontology- de Digital Enterprise Institute DERI (www. deri. org) La tecnología actual (WSDL, SOAP, etc. ) es deficiente para el análisis, detección y uso de Servicios Web. El concepto emergente de SWS provee técnicas para el descubrimiento automático, la composición y ejecución de Servicios Web. SWS aplica técnicas de razonamiento basadas en inferencias que trabajan con descripciones formales en ontologías del modelo de datos subyacente. 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 23

La Web Semántica. Lenguajes Ontológicos Hoy Características: Expresividad Capacidad de Razonamiento. Conformidad con la Web. Confianza Prueba Marco Lógico OWL Rules DLP bit of OWL/Rul RDF Schema RDF Core XML Namespaces URI Unicode Pila de lenguajes de la Web Semántica del W 3 C (versión revisada, Tim-Berners-Lee 2005) 14/12/2009 Pila de Lenguajes de la Web Semántica del W 3 C (Wikipedia 2009) Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 24

Servicios Web Semánticos (I) Estructura de Descripción del Servicio Web Interfaz Hoy y Mañana Estructura de Descripción del Servicio Web Semántico No- Funcional Implementación del Servicio Web (sin interés para la descripción del Servicio Web) Funcionalidad Implementación del Servicio Web (sin interés para la descripción del Servicio Web) Interfaz XML WS WS WS Agregación Ontología Nuestro trabajo, una contribución a los SWS: A Topic-based approach to express dynamic capabilities of Semantic WS-Resource En SINBAD: 2006 IEEE Computer Society 01602314[1]. pdf 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 25

Servicios Web Semánticos (II) Hoy y Mañana Coreografía y Orquestación de Servicios Web: Coreografía: cómo interactuar con el servicio para consumir su funcionalidad. Orquestación: cómo lograr la funcionalidad del servicio, vía la agregación con otros servicios. Aquí se solicita el Servicio Ahora el Servicio solicita otr Fecha, Hora Fecha Hora Hotel Servicio Vuelo, Hotel VTA Error Confirmación 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Error Servicio Hotel Fecha, Hora Servicio Vuelo Error Vuelo Santiago de Compostela 26

Servicios Web Semánticos (III) Hoy y Mañana Lógica de Negocio del Servicio Web Coreografía y Orquestación de Servicios Web: Interfaz para la interacción con Servicios Web Agregados 14/12/2009 Estado en la Orquestación 1 WS Flujo de Control Flujo de Datos 3 Interacción de Servicios 2 WS 4 - Descomposición de la funcionalidad del Servicio Web - - Otros WS consumidos vía sus interfaces de coreograf - Agregación Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 27

Panorámica Final Hoy y Mañana La NUBE es una plataforma de Integración de Servicios 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 28

Conclusiones La distinta naturaleza de los servicios, producirá nubes específicas. Por el alcance de la nube, se pueden clasificar en: Nube pública Asentada en Internet Ofrece servicios de interés genérico y público (e-mail, CRM, etc. ) • ¡ Pay as you go ! Nube privada At home. Capacitada para el negocio corporativo interno al ente: Institución, Gobierno, empresa o particulares. De especial relevancia son las nubes data-centric. Nube híbrida Parte de los servicios se alquilan y parte son propiedad del ente 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 29

Unveiled the Cloud Computing Futures (CCF) “Imagine a world where heterogeneous multicore processors are design and optimized for diverse workloads, where solid state storage changes our historical notions of latency and bandwidth, where on-chip optics, system interconnects and LAN/WAN networking simplify data movement, where scalable systems are resilient to component failures, where programming abstractions facilitate functional dispersion across devices and facilities, where new applications are developed more quickly and efficiently. This can be. ” Dan Reed, Microsoft, writed on his blog to answer the challenge of constructing a reliable, purpose-built cloud infrastructure "Windows Azure" 14/12/2009 Por: Carmen Costilla (sinbad. dit. upm. es) Santiago de Compostela 30

La nube en el Universo de Internet Muchas Gracias Turno del Coloquio …y después … ¡Que hable la Industria! Carmen Costilla, costilla@dit. upm. es SINBAD Research Group Profesora Titular, Dpt. Ingeniería Telemática, ETSI Telecomunicación, UPM http: //sinbad. dit. up m. es 14 de Diciembre de 2009 Santiago de Compostela