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Arquitectura de aplicaciones web: La guía definitiva

16 Sep 2022

El mercado de las aplicaciones web es un entorno que evoluciona continuamente, incorporando nuevas tecnologías y aumentando los estándares de seguridad.

En este sentido, la atención adecuada al diseño fundacional de una web app contribuye a mantener la robustez, la capacidad de respuesta y la seguridad requeridas de este software. De esto se encarga una sólida arquitectura de aplicaciones web.

La definición de arquitectura de aplicaciones web es amplia y depende del enfoque de la construcción de aplicaciones web.

Una arquitectura de aplicación web es un modelo de interacción entre los componentes de la aplicación web. El tipo de arquitectura para la aplicación web depende estrictamente de la forma en que la lógica de la aplicación se distribuirá entre los lados del cliente y del servidor.

Técnicamente, es el esqueleto de una aplicación web, incluyendo sus elementos, bases de datos, sistemas, servidores, interfaces y toda la comunicación que se produce entre ellos. En términos más abstractos, indica la lógica que hay detrás de las respuestas a las peticiones del cliente y del servidor.

Cuando se trata de beneficios empresariales, la arquitectura de aplicaciones web está relacionada con el proceso de creación de aplicaciones web y la planificación de sus necesidades en términos de velocidad, escalabilidad y seguridad.

Este artículo proporcionará una visión general de la arquitectura moderna de aplicaciones web, incluyendo sus componentes clave, tipos y modelos para que pueda invertir en este tipo de arquitectura con confianza. Empecemos.

Importancia de la arquitectura de la aplicación web

Mejora de la satisfacción del cliente: Invertir en la arquitectura del software de la aplicación web, o en un proyecto sólido de su funcionamiento, es necesario desde el punto de vista de la experiencia del usuario.

Al ser una parte importante del desarrollo de cualquier aplicación web, garantiza que su diseño sea eficiente y escalable, lo que significa que funcionará bien en diversas condiciones y evitará los tiempos de inactividad. De lo contrario, una aplicación empresarial irritará a los usuarios con numerosos errores y los alejará de cooperar con ella.

Mayores resultados empresariales: La arquitectura de aplicaciones web adecuada puede ahorrarle a tu empresa tiempo y dinero a largo plazo, asegurándote de que tu web funcione a su capacidad óptima y se ejecute sin problemas.

En particular, la arquitectura de sistemas de aplicaciones web permite a los desarrolladores web crear páginas web que se escalan bien a medida que aumenta el tráfico; también proporciona características como el acceso sin conexión (por ejemplo, Google Docs) que son cada vez más esperadas por los consumidores de hoy en día.

Mejor rendimiento de la aplicación: Una sólida arquitectura de aplicación web introduce un gran grado de flexibilidad, es decir, su capacidad de adaptación a las fluctuaciones dinámicas del mercado y a las demandas de los clientes.

La visión sobre la estructura general facilita que los desarrolladores trabajen en una aplicación en varios módulos e introduzcan nuevas características sin interrumpir el trabajo de la aplicación web.

Mayor seguridad de la aplicación: Al concebir una aplicación web como un sistema de varios bloques, la arquitectura moderna de aplicaciones web protege cada uno de sus elementos estructurales por separado.

De este modo, la seguridad general aumenta, haciendo que el software resista todas las amenazas de seguridad habituales, como los ataques maliciosos. Gracias a su sólida estructura, añadir nuevos elementos no arruinará el nivel de seguridad alcanzado.

¿Cómo funciona?

El funcionamiento exacto de la arquitectura de una aplicación web difiere según el proyecto, ya que muchos de sus aspectos no están dictados por la tecnología, sino por las necesidades del proyecto y los objetivos empresariales. En otras palabras, los elementos de la aplicación web pueden ajustarse o cambiarse por completo sin que ello afecte al éxito general de su aplicación web.

Al mismo tiempo, el proceso típico de comunicación con la arquitectura de la aplicación web es el siguiente:

Tu, como cliente, escribes una URL en el campo correspondiente del navegador.
El navegador envía la solicitud al servidor de nombres de dominio para que reconozca la dirección IP.
Si tiene éxito, el navegador envía una petición al servidor para que responda.
El servidor dirige la petición al almacén de datos para localizar la página, solicitar la visualización de los datos.
Si tiene éxito, los datos inicialmente solicitados aparecen en el navegador.

En este diagrama de arquitectura de la aplicación web, se pueden ver 3 lados principales del proceso:

Lado del cliente, o el frontend para la interacción con el usuario.
Servidor de base de datos, o un componente adicional para enviar los datos del cliente al servidor.
Lado del servidor, o el backend que almacena la lógica de negocio, procesa las peticiones y envía las respuestas.

Diagrama de arquitectura de aplicaciones web

¿Qué es un diagrama de arquitectura de aplicaciones web? En pocas palabras, es un framework destinado a simplificar la interacción entre los componentes. Es una aplicación cliente-servidor que contiene varias interfaces de usuario, perspectivas, bases de datos, etc. Ahora, vamos a echar un vistazo más de cerca a los fundamentos de este diagrama.

1. DNS

La abreviatura DNS significa sistema de nombres de dominio. Es un elemento clave que busca direcciones IP y nombres de dominio. De este modo, un determinado servidor recibe una solicitud enviada por un usuario final.

2. Equilibrador de carga

Dirige las peticiones entrantes a uno de los múltiples servidores, lo que significa que envía una respuesta a un usuario final. Generalmente, los servicios de aplicaciones web existen como varias copias que se reflejan entre sí para permitir que todos los servidores procesen las solicitudes de la misma manera. Además, el equilibrador de carga es un elemento que distribuye las tareas para evitar que se sobrecarguen.

3. Servidores de aplicaciones web

Este componente es básicamente un descriptor de despliegue de aplicaciones. ¿Qué significa? Significa que procesa las peticiones del usuario y envía los documentos JSON//XML de vuelta a un navegador inicial. Para que esto ocurra, hace referencia a la infraestructura de backend, incluyendo la base de datos, la cola de trabajos, el servidor de caché, etc.

4. Base de datos

El significado de este componente es bastante sencillo. Ofrece una gran variedad de instrumentos para realizar, eliminar, organizar y actualizar cálculos. Principalmente, los servidores de aplicaciones web interactúan con los servidores de trabajos sin ningún intermediario.

5. Servicio de caché

Este componente permite almacenar y buscar datos de forma fácil y rápida. Cuando el usuario recibe la información del servidor, los resultados de la búsqueda se almacenan en la caché. Como resultado, las futuras solicitudes serán devueltas mucho más rápido.

Estos son los escenarios en los que el almacenamiento en caché es eficiente:

Cálculo lento o repetido.
Cuando un usuario recibe resultados similares para una solicitud específica.

6. Cola de trabajo (opcional)

Tiene dos componentes que son una cola de trabajos y servidores que procesan esos trabajos. Muchos servidores web gestionan un gran número de trabajos de menor importancia. Un trabajo que tiene que ser cumplido va a la cola y será operado de acuerdo a la programación.

7. Servicio de búsqueda de texto completo (opcional)

Hay muchas aplicaciones web que soportan la función de búsqueda por texto. Después de esto, una aplicación envía los resultados relevantes a un usuario final. Todo el proceso se llama búsqueda de texto completo y puede encontrar los datos solicitados por una palabra clave entre todos los documentos disponibles en un sistema.

8. Servicios

Los servicios se construirán en forma de aplicación separada una vez que la aplicación web alcance un nivel específico. Estos no serán súper visibles entre el resto de los componentes de la aplicación web, sin embargo, las aplicaciones y servicios web también interactuarán con ellos.

9. Almacén de datos

Es una forma de almacenar e intercambiar datos en línea a través de Internet. Este elemento se suele utilizar para almacenar diferentes tipos de archivos como imágenes, vídeos, etc. Los datos se envían a un parque de bomberos para su procesamiento, después los datos adicionales se enviarán al almacenamiento en la nube, y finalmente, todo va a un almacén de datos.

10. CDN

La abreviatura CDN significa sistema de entrega de contenidos. Este sistema envía archivos HTML/CSS/JavaScript e imágenes. Básicamente, entrega el contenido tomado del servidor final en todo el mundo para que los usuarios puedan cargar las fuentes.

Componentes de la arquitectura de aplicaciones web

Las aplicaciones difieren en complejidad y funcionalidad, y el número de capas y componentes cambia en consecuencia. Puede ocurrir que una aplicación sea tan sencilla que funcione como un monolito que almacene toda la arquitectura de diseño de la aplicación web en un solo lugar.

Sin embargo, una aplicación web típica constará de múltiples componentes (o niveles) que interactúan entre sí. Normalmente, los dos grupos principales de la arquitectura de aplicaciones web son la interfaz de usuario y los componentes web estructurales.

Componentes de la interfaz de usuario

Este grupo de componentes compone una interfaz visual y no tiene vínculos con la arquitectura en sí. Al formar parte del diseño de la interfaz, el conjunto de componentes de interfaz de usuario incluye registros de actividad, cuadros de mando con análisis y notificaciones.

Componentes estructurales de la web

Componentes del cliente: La parte del frontend que aparece en el navegador y que sirve como campo para interactuar con una aplicación web. Los componentes cliente se desarrollan con HTML, CSS y Javascript y no necesitan un sistema operativo o la conectividad de un dispositivo para funcionar. En pocas palabras, estos componentes son la representación de la aplicación web.

Componentes de servidor: La parte del backend de la arquitectura de la aplicación web que se construye utilizando Java, Python, .Net, NodeJS, PHP y Ruby on Rails para crear la lógica de la app. Además, los componentes del servidor componen la base de datos, es decir, un centro de control para el almacenamiento de datos.

Una visión general de la arquitectura de 3 niveles

La mayoría de las aplicaciones web se crean a través de la separación de su función principal en capas / niveles. De este modo, se pueden sustituir o actualizar esas capas de forma rápida y sin esfuerzo. Es lo que se llama una arquitectura multi o de 3 niveles.

En una arquitectura de 3 niveles hay tres capas/títulos:

Capa de presentación (cliente).
Capa de aplicación (negocio).
Capa de acceso a los datos.

Se puede decir que esta arquitectura es la más segura. Se puede explicar por el hecho de que el cliente no accede a los datos directamente. Los servidores de aplicaciones pueden desplegarse en múltiples proveedores de máquinas que permiten una mayor escalabilidad, un mayor rendimiento y una mejor eficiencia.

Cada nivel puede escalarse de forma independiente, por lo que esta arquitectura puede escalarse horizontalmente. Además, también mejora significativamente la integridad general de los datos, ya que los datos pasarán por el servidor de aplicaciones, que es el que decide exactamente cómo y por quién se accederá a los datos. Esta asombrosa ventaja es una solución fácil y rentable en el caso de la gestión de nuevas empresas.

Capas de la arquitectura moderna de aplicaciones web

Ahora, echemos un vistazo más de cerca a cada una de las tres capas de la arquitectura de aplicaciones web.

Cuando hablamos de la capa de presentación nos referimos al front-end de una aplicación. Esta capa incluye elementos como el contenido estático y la interfaz dinámica que son visibles para los usuarios finales. El entorno de esta capa es cualquier navegador. Entre las tecnologías que se utilizan en este caso, podemos nombrar HTML, CSS o JavaScript. Los posibles frameworks a elegir son Angular, React y Vue.

Hablando de la capa de negocio que también se denomina capa de aplicación, es una parte del backend de la app. El backend de la aplicación web determina la lógica de negocio y las respuestas a las peticiones del navegador que se envían a la capa de presentación. Consiste en el núcleo de la lógica de la aplicación y perfila todo el flujo interno de datos y peticiones. El entorno más conveniente en este caso son los servidores, las plataformas de nube sin servidor o PaaS. Entre los lenguajes de programación que se utilizan en este caso, podemos nombrar PHP, Java, Python, Ruby o JavaScript. Los posibles frameworks de backend a elegir son Django, Express, Spring y Laravel.

Y la última capa, pero no menos importante, es la capa de acceso a los datos. La capa de acceso a los datos está estrechamente relacionada con la capa de negocio, ya que obtiene la información necesaria de los servidores. A su vez, la capa de servicio de datos separa la lógica de negocio del lado del cliente mientras procesa las solicitudes.

Es una parte del backend de la aplicación que contiene bases de datos y DBM (sistemas de gestión de bases de datos) que recogen, gestionan y almacenan datos. El entorno puede ser el mismo que el de la capa de aplicación. Entre los sistemas de gestión de bases de datos, podemos nombrar MySQL, PostgreSQL, MongoDB, etc.

Todas las capas trabajan de forma independiente y se comunican entre sí a través de los componentes correspondientes.

Modelos de aplicaciones web

Los modelos de arquitectura de aplicaciones web empresariales difieren en función de dos criterios: el número de servidores y el número de bases de datos. Para elegir el mejor, debe revisar cuidadosamente sus objetivos y limitaciones y encontrar el más apropiado para la etapa actual de desarrollo de la empresa.

Un servidor web, un modelo de base de datos

El más sencillo: sólo tiene un servidor y una base de datos para todas las peticiones y respuestas.
Relativamente poco fiable: Si el único servidor se cae, su aplicación se cerrará inmediatamente.
Relevante para las pruebas: Hoy en día, el modelo de un servidor web y una base de datos es demasiado antiguo para las aplicaciones reales. Sin embargo, es una gran manera de probar la idea de tu aplicación web y revisar el diseño fundamental de tu aplicación web como MVP.

Múltiples servidores web, un modelo de base de datos

Arquitectura sin estado: No hay un único servidor web para el almacenamiento de datos. Cuando un cliente introduce información, el servidor correspondiente la escribe en la única base de datos gestionada en el exterior.
Relativamente fiable: Al haber más de dos servidores en el modelo, siempre hay un servidor de reserva disponible.
Disponibilidad de una base de datos: Peligroso en cuanto a la posible caída del sitio web.

Modelo de múltiples servidores web, múltiples bases de datos

El más eficiente: No hay un solo punto de fallo, ya que hay varios servidores web y bases de datos.
Flexibilidad: Tienes al menos dos opciones para el almacenamiento de las bases de datos, por lo que puedes elegir entre mantener datos idénticos en todas ellas o distribuir la información.
Se puede perder parte de la información: En caso de fallo, no perderás toda tu aplicación web. Sin embargo, se perderán algunos datos. Para evitar este escenario, es mejor instalar balanceadores de carga.

Tipos de arquitectura de aplicaciones web

Un tipo de arquitectura de aplicación web es un patrón particular bajo el cual los componentes interactúan entre sí. En otras palabras, muestra la forma en que la lógica de la aplicación permite que el lado del cliente y el lado del servidor se comuniquen.

Para hacer la elección correcta aquí, también es relevante comprobar los requisitos de su negocio, junto con la información técnica sobre las características, funcionalidades y la lógica de la aplicación deseada.

Arquitectura de aplicación de página única

Esta arquitectura de aplicación web está diseñada para mostrar sólo el contenido relevante. Para que esto suceda, primero carga la página web relevante y luego actualiza dinámicamente la representación de su contenido con la información solicitada solamente.

En otras palabras, no se remite al servidor para cargar nuevas páginas, sino que envía peticiones sólo para las partes necesarias de la página web.

Las aplicaciones de una sola página contribuyen a un rendimiento más fluido y a una experiencia de usuario más intuitiva.

Ventajas de la arquitectura de aplicaciones de una sola página:

Rendimiento más rápido
Mayor flexibilidad de la UX

Contras de la arquitectura de aplicaciones de una sola página:

Aumento del tiempo de prueba
Posible pérdida del progreso no guardado
Velocidad de carga más lenta

Arquitectura de microservicios

Siendo la alternativa frecuente a una arquitectura de aplicación web monolítica poco fiable, los microservicios dispersan la funcionalidad para ofrecer servicios pequeños y ligeros por separado.

En particular, están débilmente acoplados y utilizan APIs para la comunicación si surge un problema de negocio sofisticado. Esta peculiaridad facilita la vida del desarrollador, ya que es posible que los componentes individuales del servicio se construyan en diferentes lenguajes de programación.

Gracias a su flexibilidad y estabilidad, la arquitectura de microservicios ha ganado popularidad en estos días, con empresas como Amazon, eBay y Netflix adoptándola para sus complejas necesidades.

Ventajas de la arquitectura de microservicios:

Mayor facilidad de escalado
Mejor tolerancia a los fallos
Código base sencillo de entender
Despliegue de módulos independiente

Contras de la arquitectura de microservicios:

Dificultades con las pruebas y la depuración
Despliegue complejo

Arquitectura sin servidor

En el desarrollo de aplicaciones web, este tipo de arquitectura, externaliza la gestión del servidor y de la infraestructura a un proveedor de servicios en la nube de terceros. De este modo, la ejecución de la lógica de una aplicación web no interviene en la ejecución de la infraestructura.

La elección de una arquitectura sin servidor es buena para las empresas que quieren delegar la gestión del servidor y del hardware a un socio tecnológico de confianza y concentrarse en cambio en las tareas de desarrollo del front-end.

Además, este tipo de arquitectura de aplicaciones web permite trabajar en pequeñas funciones en las aplicaciones. Los proveedores de servicios que ayudan en la gestión de servidores son Amazon y Microsoft, entre otros.

Pros de la arquitectura serverless:

Ausencia de gestión de servidores
Alta escalabilidad
Latencia minimizada
Velocidad y flexibilidad

Contras de la arquitectura sin servidor:

Problemas de seguridad
Alta complejidad

Aplicaciones web progresivas

Estando entre las tendencias de aplicaciones web más prometedoras desde 2019, las aplicaciones web progresivas ofrecen una experiencia de usuario cómoda y eficaz disponible desde cualquier navegador y dispositivo a través de una URL compartida.

La aplicación de las aplicaciones web progresivas es amplia, incluyendo industrias como el entretenimiento, las finanzas y el eCommerce. Sus principales ventajas son la ligereza, la rentabilidad, la naturaleza multidispositivo, la capacidad de atraer tráfico web y una experiencia de aplicación totalmente funcional.

Ventajas de la arquitectura de las aplicaciones web progresivas:

Disponibilidad del navegador
Enfoque “mobile-first»
Aumento del tráfico
Rendimiento eficaz fuera de línea

Contras de la arquitectura de aplicaciones web progresivas:

Compatibilidad restringida con los navegadores
Utilización limitada de las API nativas

Arquitectura de aplicaciones web: Mejores prácticas y consejos

Aquí hemos reunido las 5 principales recomendaciones que los empresarios deben tener en cuenta a la hora de trabajar en la arquitectura de aplicaciones web para sus proyectos y de colaborar con sus socios tecnológicos.

1. Piensa en una arquitectura de aplicación web adecuada en las primeras etapas

Sin una estructura completa, tu aplicación se convertirá en un laberinto de elementos y componentes desordenados que son demasiado difíciles de manejar.

2. No copies el éxito de alguien

El principal error es elegir una arquitectura de aplicación web de una empresa de éxito y simplemente replicarla. En realidad, una arquitectura de éxito es aquella que se corresponde con tus objetivos e ideas de negocio, no con los suyos.

3. Presta atención a tus limitaciones técnicas

No siempre es posible conseguir los mejores y más exitosos elementos en la arquitectura de tu aplicación web. Sin embargo, con la debida atención a los atributos de calidad y las expectativas de negocio realistas, obtendrás el máximo de todos los componentes que tiene.

4. Elimina los problemas de inmediato

No esperes al lanzamiento de la aplicación web para solucionar los problemas de tu arquitectura. Cuanto antes abordes los problemas, más fiables serán las características principales de la misma.

5. Crea una lista de comprobación de las características de la aplicación web que han tenido éxito

Para asegurarte de que tu aplicación web ha alcanzado su objetivo, es una buena práctica anotar tus expectativas desde el principio y discutir su posibilidad y KPIs medibles con tu socio tecnológico.

La posible lista de comprobación puede incluir estas características: