Belangrijkste punten
- Een distributed system is een groep verbonden computers of nodes die samen als één systeem functioneren. De werklast wordt verdeeld over cloudplatformen en grootschalige applicaties om de schaalbaarheid en fouttolerantie te verbeteren.
- Distributed systems splitsen taken op over meerdere nodes die via een netwerk met elkaar communiceren, zodat services en dataverwerking gelijktijdig kunnen draaien zonder dat de prestaties eronder lijden.
- Vergeleken met gecentraliseerde systemen beperken distributed systems het aantal single points of failure en schalen ze efficiënter, maar ze brengen ook uitdagingen met zich mee zoals latency en beveiligingsrisico’s.
Distributed systems worden onder meer gebruikt in cloudplatformen en grootschalige applicaties. In plaats van te vertrouwen op één computer of service verdelen distributed systems het werk over meerdere verbonden componenten.
Deze structuur is nuttig omdat ze de schaalbaarheid en fouttolerantie verbetert. Ze brengt echter ook operationele complexiteit met zich mee. IT-teams moeten daarom begrijpen hoe distributed systems communiceren en welke gevolgen dat heeft voor monitoring en beveiliging.
Wat is een distributed system?
Een distributed computing system is een verzameling softwarecomponenten op verschillende computers (nodes genoemd) die samen als één systeem werken.
Deze nodes communiceren om data en taken te delen en zo een gemeenschappelijk doel te bereiken. Zo blijft de coördinatie tussen meerdere systemen gewaarborgd terwijl het geheel voor de gebruiker als één systeem oogt. Dit proces is transparant voor de eindgebruiker, die simpelweg een app of website gebruikt.
Distributed systems komen veel voor in cloudapplicaties, distributed databases, containerclusters en dergelijke. Kenmerkend is de coördinatie tussen verschillende componenten in plaats van uitvoering op één machine.
Hoe werken distributed systems?
Er is niet één ontwerp- of implementatiepatroon dat het beste beschrijft hoe distributed systems werken. Meestal wordt het opgedeeld in patronen die aansluiten bij de verschillende soorten bedrijven die erbij betrokken zijn.
Een voorbeeld maakt het duidelijkst hoe distributed systems werken. Stel dat u een video rendert. De videobewerker splitst de taak op in stukken. Vervolgens wijst het algoritme aan elk van een twaalftal nodes één videoframe toe om te renderen.
Zodra een frame klaar is, geeft de applicatie de node een nieuw frame totdat het hele renderproces is afgerond.
Distributed systems versus gecentraliseerde systemen
Een gecentraliseerd systeem leunt op één hoofdserver die de verwerking of services beheert. Deze aanpak is eenvoudiger te beheren en te onderzoeken bij problemen omdat er minder componenten bij betrokken zijn.
Gecentraliseerde systemen kunnen echter knelpunten en single points of failure veroorzaken als het hoofdsysteem niet beschikbaar is. Distributed systems verdelen werklasten over verbonden nodes, wat de schaalbaarheid en fouttolerantie ten goede komt omdat het werk doorgaat ook als een component uitvalt.
Daar staat complexiteit tegenover, want distributed systems vragen om stevigere coördinatie en afhankelijkhedenbeheer. Problemen als latency en gedeeltelijke storingen maken het oplossen van problemen lastiger dan in gecentraliseerde omgevingen.
Distributed systems versus gedecentraliseerde systemen
Distributed en gedecentraliseerde systemen zijn verwant, maar beschrijven verschillende concepten. Een distributed system verdeelt werklasten over nodes of services en richt zich dus op de plek waar de verwerking en dataverwerking plaatsvinden.
Een gedecentraliseerd systeem verdeelt daarentegen de controle of besluitvorming over de deelnemers in plaats van te vertrouwen op één centrale autoriteit. Een systeem kan distributed zijn en toch centraal worden beheerd.
Een cloudplatform kan bijvoorbeeld in verschillende regio’s draaien terwijl het onder de controle van één provider blijft. Blockchain- en P2P-netwerken zijn vaak zowel distributed als gedecentraliseerd omdat zowel de werklasten als de controle over de deelnemers verdeeld zijn.
Veelvoorkomende soorten distributed systems
U kunt distributed systems indelen in verschillende soorten op basis van de manier waarop nodes zijn georganiseerd, hoe ze communiceren en hoe taken over het systeem worden verdeeld.
Er zijn dan ook talloze varianten. De bekendste zijn client-serversystemen, P2P-systemen, clustersystemen en cloud-based distributed systems.
Client-serversystemen
Een client-serversysteem is een systeem waarin een centrale server diensten levert terwijl verschillende clients die diensten via een netwerk aanvragen. In de kern beheert de server de data en de verwerking en krijgen de clients de antwoorden.
Voorbeelden zijn e-mailapplicaties zoals Gmail en systemen voor internetbankieren.
Peer-to-peer-systemen (P2P)
Een peer-to-peer-systeem (P2P) is een distributed system waarin alle nodes gelijkwaardig zijn en zowel als client als als server fungeren, zonder centrale autoriteit.
Een bekend voorbeeld hiervan zijn blockchainnetwerken. Blockchains werken als een gedecentraliseerde, distributed database waarbij de data over verschillende computers is verspreid.
Clustersystemen
Een clustersysteem is een groep verbonden computers die als één systeem werken om de prestaties en betrouwbaarheid te verbeteren.
De ruggengraat van zo’n systeem bestaat uit nodes in een hecht verbonden netwerk en uit het feit dat taken worden gedeeld. Voorbeelden van clustersystemen zijn weersverwachtingen en animatiefilms.
Cloud-based distributed systems
Een cloud-based distributed system maakt gebruik van cloudinfrastructuur waarbij de rekenkracht over datacenters is verdeeld en via internet toegankelijk is. Zo zijn resources op aanvraag schaalbaar.
Bekende voorbeelden van cloud-based distributed systems zijn AWS en Microsoft Azure.
Voordelen van distributed systems
Distributed systems hebben een aantal voordelen ten opzichte van losstaande systemen. Hieronder staan enkele andere pluspunten van distributed systems:
- Schaalbaarheid: u kunt op elk moment servers toevoegen aan een distributed system, wat de prestaties verhoogt en de doorlooptijd verkort.
- Fouttolerantie: distributed systems vergroten de betrouwbaarheid en fouttolerantie en beperken de risico’s van een single point of failure.
- Betrouwbaarheid: een goed ontworpen systeem kan het uitvallen van enkele nodes opvangen zonder prestatieverlies.
- Snelheid: distributed databases zijn schaalbaar, waardoor ze eenvoudiger te onderhouden zijn en hoge prestaties behouden.
Uitdagingen van distributed systems
Er komen heel wat uitdagingen kijken bij het ontwerp en onderhoud, want distributed systems zijn complexer dan monolithische computeromgevingen. U kunt tegen allerlei problemen aanlopen, maar de meest voorkomende zijn de volgende:
- Meer kans op storingen: een systeem dat niet goed is ontworpen, kan ertoe leiden dat het hele systeem plat gaat.
- Synchronisatieproblemen: distributed systems vragen om zorgvuldige planning zodat processen gesynchroniseerd blijven en fouten uitblijven.
- Onvolmaakte schaalbaarheid: een effectief distributed system bouwen dat maximaal schaalbaar is, is lastig omdat u met uiteenlopende zaken rekening moet houden.
- Complexe beveiliging: het beheren van een groot aantal nodes brengt talloze beveiligingsuitdagingen met zich mee. Eén zwakke schakel in een bestandssysteem kan het hele systeem blootstellen aan aanvallen.
- Meer complexiteit: distributed systems zijn lastiger te ontwerpen en te doorgronden dan traditionele computeromgevingen.
Zo beheren IT-teams distributed systems
Het beheren van distributed systems vraagt om zicht op alle services en afhankelijkheden. Teams moeten een accurate inventaris bijhouden van nodes, databases en ondersteunende services om te begrijpen hoe de componenten op elkaar inwerken.
Monitoring hoort zich te richten op de gezondheid van services en de prestaties van afhankelijkheden in plaats van alleen op afzonderlijke servers. Met gecentraliseerde logging- en tracingtools vinden teams tijdens incidenten sneller de onderliggende oorzaak.
Tot slot moeten IT-teams consistent configuratiebeheer afdwingen en toegangscontrole volgens het least-privilege-principe toepassen op alle services. Duidelijk eigenaarschap en goede documentatie zijn onmisbaar om operationele verwarring te voorkomen.
Verbeter de schaalbaarheid met een goed ontworpen distributed system
Distributed systems helpen organisaties werklasten te schalen en minder afhankelijk te zijn van één component. Ze brengen ook nieuwe operationele uitdagingen met zich mee rond latency, gedeeltelijke storingen, consistentie, monitoring en herstel.
Gerelateerde onderwerpen:
