¿Qué es la Arquitectura de N-Niveles? (Definición, ventajas y desventajas)

En informática, la arquitectura de software se refiere a la organización de una aplicación, incluyendo la estructura física del sistema y cómo los componentes del software interactúan entre sí. La arquitectura de N niveles, también conocida como arquitectura multinivel, es una estructura común para organizar las aplicaciones. Si trabajas en ingeniería de software, desarrollo web o un campo relacionado, entender esta forma de arquitectura puede ayudarte a cumplir los requisitos de tus clientes con mayor eficacia.

En este artículo, definimos la arquitectura N-tier, explicamos cuándo debe utilizarla, examinamos sus pros y sus contras y describimos cómo puede funcionar en una máquina virtual.

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¿Qué es la arquitectura N-tier?

La arquitectura de N niveles se refiere a la estructura de una aplicación de software dividida en múltiples niveles. Un nivel es una capa de la aplicación que opera en su propia infraestructura o servidor, mientras que una capa es una división de la aplicación que lleva a cabo un conjunto discreto de funciones.

La «N» en N-tier representa un número indefinido, por lo que no hay límite en el número de niveles dentro de la arquitectura N-tier. Dicho esto, a menudo hay tres capas en una aplicación de software: la capa de presentación, la capa de aplicación y la capa de datos, aunque es posible tener menos o más. Estas capas trabajan juntas para formar una aplicación completa. Sin embargo, en una aplicación de N niveles, cada capa también funciona de forma independiente de las demás. Las funciones de cada capa son:

Presentación

La capa de presentación, o cliente, es la que ve el usuario final y con la que interactúa cuando utiliza la aplicación. Esta capa permite que el usuario se comunique con el software pasando información sobre su actividad, como los clics del ratón y los comandos del teclado, a la capa de la aplicación. Por ejemplo, en la página de inicio de sesión de un sitio web basado en cuentas, hay un campo en el que se puede escribir el nombre de usuario, otro campo para la contraseña y opciones en las que se puede hacer clic para iniciar la sesión o solicitar un recordatorio de la contraseña. Todos estos son elementos visibles en la página a través de los cuales se pueden realizar acciones.

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Aplicación

La capa de aplicación, también conocida como capa de lógica de negocio, contiene la lógica de negocio, o las reglas y algoritmos que rigen el intercambio de datos entre las demás capas. Esta capa se encarga de la funcionalidad del software y actúa como intermediaria entre las capas de presentación y de negocio. Cuando un usuario introduce acciones a través de la capa de presentación, la capa de aplicación procesa y transmite esta información a la capa de datos, de la que recupera los datos correspondientes para completar la acción. Este intercambio permite al software realizar operaciones de acuerdo con las órdenes del usuario.

Datos

La capa de datos almacena y gestiona los datos que el software procesa. Se comunica con la capa de aplicación para ayudar a completar las acciones del usuario. Por ejemplo, cuando se quiere actualizar una aplicación en un smartphone, la capa de datos de la aplicación contiene la información necesaria para llevar a cabo esa operación y la capa de aplicación recupera la información a partir de ahí.

Cuándo utilizar la arquitectura de N niveles

La arquitectura N-tier es a menudo la elección para la infraestructura como servicio, o IaaS, una forma de computación en la nube que ofrece funciones y recursos informáticos a través de Internet sobre una base de pago por uso. Los modelos como IaaS dependen de que los usuarios tengan un acceso fiable a los servidores, y la arquitectura de N niveles permite una disponibilidad más fiable del servicio. Por ejemplo, en una infraestructura de un solo nivel, sólo hay un servidor, por lo que el fallo de éste dejaría inutilizada la aplicación. Sin embargo, el fallo de un solo servidor en un sistema de N niveles permitiría seguir funcionando, ya que los demás servidores estarían operativos.

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Ventajas de la arquitectura de N niveles

La arquitectura de nano niveles ofrece una serie de ventajas, entre ellas:

Disponibilidad

Como se ha mencionado, la arquitectura de N niveles puede mejorar la disponibilidad de una aplicación, ya que es menos probable que un error o fallo en un nivel afecte a la funcionalidad de los demás. Una disponibilidad más constante puede contribuir a que un producto o servicio de software esté bien considerado, ya que los usuarios pueden confiar en que la aplicación funcione adecuadamente en cualquier momento.

Seguridad

La capa de aplicación es la que permite que las otras dos capas se comuniquen entre sí, por lo que puede comportarse como un cortafuegos, impidiendo que las amenazas se propaguen por el sistema. Además, como cada capa funciona en su propia infraestructura, es posible aplicar diferentes niveles de protección. Este enfoque adaptado le permite satisfacer las distintas necesidades de seguridad de cada nivel.

Escalabilidad

La infraestructura separada para cada nivel también le permite escalarlas según sea necesario. Si descubre que ha aumentado los requisitos de datos, puede actualizar el nivel de datos sin afectar a ninguno de los otros dos niveles. La escalabilidad gestionada de este tipo puede ayudarle a escalar más fácilmente, ya que es probable que necesite menos recursos para aumentar las capacidades de una sola parte del sistema.

Mantenimiento

La arquitectura de n-capas puede mejorar el mantenimiento de su software, ya que diferentes personas pueden gestionar capas individuales sin influir en la gestión de otras capas. Esto puede ayudar a garantizar que la persona adecuada sea responsable de un nivel determinado. Por ejemplo, un diseñador web sería un miembro apropiado para gestionar el nivel de presentación, pero otros serían más adecuados para gestionar el nivel de datos o de aplicación.

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Desventajas de la arquitectura de N niveles

Existen algunos retos asociados a la arquitectura N-tier, como por ejemplo

Rendimiento

Un mayor número de niveles también significa más redes y dispositivos asociados al sistema, y esto puede dar lugar a un rendimiento lento de la aplicación, sobre todo si el ancho de banda de la red y las especificaciones del hardware no son lo suficientemente altas. Para mitigar o resolver este problema, es importante asegurarse de mantener una red rápida y máquinas capaces. Esto puede garantizar que se obtenga el máximo valor de su software N-tier.

Coste

Cada nivel involucrado en una aplicación de software requiere más necesidades de hardware, despliegue y mantenimiento, cada una de las cuales aumenta el coste. Por lo tanto, es una buena idea minimizar el número de niveles dentro del sistema de software. Limitarlo a tres niveles puede ayudar a reducir los costes al tiempo que proporciona las ventajas mencionadas anteriormente.

Arquitectura N-tier en una máquina virtual

Una máquina virtual, o VM, es un código informático que funciona de la misma manera que un dispositivo informático físico, ofreciendo la capacidad de CPU, memoria y almacenamiento que existe en un servidor remoto u ordenador central. Se puede configurar la arquitectura N-tier en una máquina virtual para aumentar la seguridad y probar diversas configuraciones. Una arquitectura N-tier basada en una máquina virtual utiliza varias máquinas virtuales por nivel, lo que permite una recuperación más rápida y una funcionalidad continua en caso de error o fallo. Las máquinas virtuales dentro de un nivel deben operar en su propia subred, o en una red más pequeña dentro de la más grande, para mejorar la seguridad y la organización.