En el mundo digital de ritmo acelerado de hoy, el tiempo de inactividad del sistema es inaceptable, especialmente para aplicaciones críticas que requieren disponibilidad continua. La infraestructura de alta disponibilidad (HA) es esencial para las empresas que dependen de un acceso ininterrumpido a sus aplicaciones, servicios y datos. Las consecuencias del tiempo de inactividad, como la pérdida de ingresos, la disminución de la productividad y el daño a la reputación, hacen que sea imprescindible construir sistemas resilientes diseñados para operar sin problemas a pesar de las fallas.

Este artículo de base de conocimiento proporciona una guía completa sobre cómo construir una infraestructura de alta disponibilidad para aplicaciones críticas. Cubriremos los conceptos fundamentales, las estrategias, las herramientas y las mejores prácticas necesarias para diseñar, implementar y gestionar una arquitectura HA. Ya sea que sea un profesional de TI o un propietario de un negocio que busque asegurar el tiempo de actividad de aplicaciones críticas, este artículo le proporcionará el conocimiento para implementar sistemas robustos y tolerantes a fallos.

Comprendiendo la Alta Disponibilidad (HA)
¿Qué es la Alta Disponibilidad?
La Alta Disponibilidad se refiere a un diseño de sistema que garantiza un tiempo de inactividad mínimo mediante la eliminación de puntos únicos de fallo. El objetivo de la arquitectura HA es maximizar el tiempo de actividad del sistema y minimizar el impacto de las fallas. Los sistemas HA logran esto incorporando redundancia, tolerancia a fallos y mecanismos de conmutación por error para garantizar que si un componente falla, otro lo asuma automáticamente sin interrumpir los servicios.

Componentes clave de la Alta Disponibilidad
Redundancia: La redundancia garantiza que haya múltiples instancias de componentes críticos (por ejemplo, servidores, bases de datos, dispositivos de red) disponibles para que, si uno falla, los demás puedan asumir el control de inmediato. Los sistemas redundantes se pueden implementar en varios niveles de infraestructura, incluidos hardware, software y redes.

Mecanismo de conmutación por error: La conmutación por error se refiere al proceso de cambiar de un componente fallido a un componente de respaldo de manera fluida. Los sistemas de conmutación por error automatizados detectan fallos y transfieren la carga de trabajo a un sistema redundante para asegurar que las aplicaciones continúen funcionando sin tiempo de inactividad perceptible.

Balanceo de carga: Los balanceadores de carga distribuyen el tráfico entrante entre varios servidores para evitar que cualquier servidor se sobrecargue. Esto no solo mejora el rendimiento, sino que también aumenta la disponibilidad al asegurar que si un servidor falla, otros puedan manejar el tráfico.

Clustering: El clustering implica agrupar varios servidores o nodos que trabajan juntos como un solo sistema. En un clúster HA, si un nodo falla, los nodos restantes continúan proporcionando los servicios necesarios, evitando así una falla total del sistema.

Replicación de datos: La replicación de datos garantiza que los datos críticos se copien entre varios sistemas o centros de datos. En caso de una falla de hardware o software, los datos replicados aseguran que las operaciones continúen sin pérdida de datos.

Recuperación ante desastres (DR): Mientras que la alta disponibilidad se centra en prevenir el tiempo de inactividad, la recuperación ante desastres se ocupa de restaurar las operaciones después de una falla importante o un desastre. Los sistemas HA a menudo se integran con planes de DR para asegurar que las aplicaciones sigan operativas incluso en situaciones catastróficas.

Principios del diseño de infraestructura de alta disponibilidad
Eliminar puntos únicos de fallo
Uno de los principios fundamentales de la arquitectura HA es eliminar los puntos únicos de fallo. Un punto único de fallo es cualquier componente cuyo fallo resultaría en el tiempo de inactividad de todo el sistema. Para prevenir esto, es crucial asegurarse de que ningún componente, ya sea hardware, software o red, exista en aislamiento sin un mecanismo de respaldo o conmutación por error.

Pasos para eliminar puntos únicos de fallo:

• Usar servidores redundantes: Implementar múltiples instancias de servidores de aplicaciones, servidores de bases de datos y sistemas de almacenamiento. Si un servidor falla, los demás pueden continuar manejando la carga de trabajo.
• Redundancia de red: Asegúrese de que las rutas de red sean redundantes mediante el uso de múltiples interfaces de red, enrutadores, conmutadores y balanceadores de carga.
• Fuentes de energía redundantes: Implementar fuentes de energía ininterrumpida (UPS) y fuentes de energía redundantes para evitar el tiempo de inactividad debido a cortes de energía.

Implementar balanceo de carga
El balanceo de carga es un componente crítico de una infraestructura HA, ya que asegura que el tráfico se distribuya uniformemente entre varios servidores. Esto no solo mejora el rendimiento de las aplicaciones, sino que también asegura la disponibilidad en caso de una falla del servidor.

Tipos de balanceadores de carga:

• Balanceadores de carga hardware: Dispositivos dedicados que balancean el tráfico entre múltiples servidores. Son adecuados para entornos con alto tráfico y ofrecen características avanzadas como terminación de SSL y verificaciones de salud.
• Balanceadores de carga software: Soluciones basadas en software como Nginx, HAProxy o AWS Elastic Load Balancer distribuyen el tráfico entre servidores. Son más flexibles y rentables para entornos pequeños o medianos.

Beneficios del balanceo de carga:

• Escalabilidad: A medida que crece el tráfico, los balanceadores de carga permiten agregar más servidores para manejar la carga aumentada.
• Resiliencia: Si un servidor deja de responder, el balanceador de carga enruta automáticamente el tráfico hacia servidores sanos, asegurando una disponibilidad continua.

Implementar clustering
El clustering implica vincular varios servidores para que operen como una sola entidad. Esto garantiza que si un nodo falla, los demás puedan asumir el control de inmediato sin afectar la disponibilidad del servicio.

Tipos de clústeres:

• Clustering activo-activo: Todos los nodos del clúster están manejando solicitudes activamente. Si un nodo falla, los otros nodos continúan procesando la carga de trabajo, asegurando que no haya tiempo de inactividad.
• Clustering activo-pasivo: En esta configuración, un nodo está activo mientras que el otro está en espera. Si el nodo activo falla, el nodo pasivo se activa y asume la carga de trabajo.

Herramientas de clustering de alta disponibilidad:

• Pacemaker: Pacemaker es un administrador de recursos de clúster que asegura la disponibilidad de recursos como servicios y aplicaciones mediante la supervisión de los nodos del clúster y la gestión de las conmutaciones por error.
• Corosync: Corosync proporciona comunicación de grupo, membresía de clúster y servicios de quórum para clústeres HA.

Replicar datos en múltiples ubicaciones
La replicación de datos es clave para asegurar que los datos críticos estén siempre disponibles, incluso en caso de fallos de hardware o desastres naturales. Al replicar los datos en múltiples ubicaciones (por ejemplo, centros de datos, regiones), puede asegurarse de que sus aplicaciones sigan funcionando incluso si una ubicación se vuelve inaccesible.

Tipos de replicación de datos:

• Replicación sincrónica: Los datos se replican en tiempo real entre ubicaciones, asegurando que no haya pérdida de datos. Sin embargo, puede generar latencia debido al tiempo que toma replicar los datos a largas distancias.
• Replicación asincrónica: Los datos se replican a intervalos, lo que la hace más rápida pero introduce el riesgo de pérdida de datos si ocurre una falla antes de que se complete la replicación.

Herramientas para replicación de datos:

• GlusterFS: Un sistema de archivos en red escalable que permite replicar datos entre varios servidores y centros de datos.
• DRBD (Dispositivo de Bloques Distribuidos Replicados): Una herramienta de replicación a nivel de bloques para replicar datos entre servidores, asegurando alta disponibilidad de los datos.

Conmutación por error automatizada y recuperación
La conmutación por error es el proceso de cambiar automáticamente a un sistema de respaldo cuando el sistema principal falla. Los mecanismos de conmutación por error automatizados detectan fallos e inician el proceso de recuperación sin intervención manual, asegurando una interrupción mínima de los servicios.

Estrategias de conmutación por error:

• Conmutación por error fría: En este escenario, el sistema de respaldo solo se inicia después de la falla del sistema principal. Esto introduce algo de tiempo de inactividad durante el proceso de conmutación.
• Conmutación por error cálida: El sistema de respaldo está en funcionamiento, pero no procesa solicitudes. Cuando ocurre una falla, el sistema de respaldo toma el control con mínima demora.
• Conmutación por error caliente: El sistema de respaldo está en funcionamiento y procesando solicitudes activamente en paralelo con el sistema principal. Esto proporciona una conmutación sin interrupciones y sin tiempo de inactividad.

Herramientas para automatizar la conmutación por error:

• Keepalived: Una herramienta basada en Linux que permite la alta disponibilidad proporcionando conmutación por error entre varios servidores. Utiliza VRRP (Protocolo de Redundancia de Enrutador Virtual) para lograr redundancia.
• Heartbeat: Un software de clustering para Linux que proporciona capacidades de conmutación por error de alta disponibilidad entre nodos en un clúster.

Planificación de recuperación ante desastres
Mientras que la alta disponibilidad se centra en minimizar el tiempo de inactividad, los planes de recuperación ante desastres (DR) son necesarios para recuperarse de fallos catastróficos, como desastres naturales, fallos en centros de datos o fallos importantes de hardware. Un plan DR bien implementado asegura que los sistemas puedan restaurarse a su operación completa lo más rápido posible.

Componentes de un plan de recuperación ante desastres:

• Procedimientos de copia de seguridad y restauración: Asegúrese de que se realicen copias de seguridad regulares de datos críticos, configuraciones y aplicaciones, y que los procesos de recuperación se prueben con frecuencia.
• Redundancia geográfica: Implementar recursos en múltiples ubicaciones geográficas para proteger contra fallos a nivel de centro de datos.
• Objetivo de punto de recuperación (RPO): El RPO se refiere a la cantidad máxima aceptable de pérdida de datos medida en el tiempo (por ejemplo, 5 minutos de pérdida de datos). Asegúrese de que su estrategia de copia de seguridad esté alineada con su RPO.
• Objetivo de tiempo de recuperación (RTO): El RTO se refiere a la cantidad máxima aceptable de tiempo que debe tomar para restaurar los servicios después de una falla. Asegúrese de que su estrategia de conmutación por error y DR esté alineada con su RTO.

Alta Disponibilidad para tipos específicos de aplicaciones
Alta Disponibilidad para aplicaciones web
Las aplicaciones web suelen ser críticas, ya que requieren un tiempo de actividad continuo para servir a los usuarios y clientes. El tiempo de inactividad de las aplicaciones web puede resultar en pérdidas financieras significativas y una mala experiencia de usuario.

Estrategias para aplicaciones web HA:

• Usar balanceadores de carga: Distribuir el tráfico entre varios servidores web usando balanceadores de carga para asegurar que, si un servidor falla, otros puedan continuar atendiendo solicitudes.
• Desplegar múltiples servidores web: Usar un grupo de servidores web en configuración activa-activa o activa-pasiva para asegurar redundancia.
• Replicación de bases de datos: Utilizar técnicas de replicación de bases de datos como maestro-esclavo o replicación multi-maestro para garantizar que la disponibilidad de la base de datos se mantenga incluso durante fallas.

Herramientas para aplicaciones web HA:

• Nginx: Un servidor web que también puede actuar como balanceador de carga, manejando la distribución de tráfico entre varios servidores web.
• HAProxy: Un poderoso balanceador de carga que asegura alta disponibilidad distribuyendo solicitudes entre varios servidores y realizando verificaciones de salud en ellos.