Estudio práctico y didáctico de los algoritmos de consenso distribuido

En el mundo en que vivimos, los sistemas distribuidos son cada vez más comunes debidos a sus enormes ventajas. Su uso se extiende en cualquier ámbito desde la comunicación o la medicina hasta el ámbito recreativo. Los sistemas distribuidos son sistemas compuestos por múltiples nodos que trabajan en conjunto por lograr un mismo fin. Sin embargo, para su correcto funcionamiento se han de resolver diversas problemáticas como son: actuación del sistema cuando uno o varios nodos fallan, actuación cuando se unen nuevos nodos o antiguos nodos caídos al sistema, compartir la información de cada nodo con los demás… La mayoría de estos problemas pueden ser solucionados mediante el uso de un tipo de algoritmo: los algoritmos de consenso distribuido. El consenso distribuido es un área muy compleja y poco conocida de los sistemas distribuidos informáticos. Los algoritmos de consenso distribuido existentes pese a ser simples, su comprensión no lo es tanto. Este trabajo tiene como fin principal la divulgación e inspiración. Busca divulgar información sobre la materia que abarca el consenso distribuido a un público muy amplio (personas con pocos conocimientos informáticos), desarrollando un algoritmo de consenso distribuido nuevo que inspire al lector a investigar y realizar sus propios avances en este campo tan poco conocido. Para lograr estos dos fines, el trabajo se divide en varios apartados, teóricos y prácticos. La primera parte del trabajo consiste en una breve introducción a los sistemas distribuidos, su origen, características y beneficios. Para complementar esta base, en la segunda parte del trabajo investigaremos en profundidad el consenso distribuido partiendo desde cero. En esta investigación abordaremos tres algoritmos de consenso distribuido que destacan en la materia, sintetizando sus características más relevantes y sus aportes a este campo. Los conocimientos teóricos adquiridos en las dos primeras partes del trabajo nos brindarán una base generosa de la que partir. Llegados a este punto, la mejor forma de continuar con el aprendizaje es mediante la puesta en práctica de lo aprendido, complementándolo con nuevos contenidos. En esto consistirán los apartados siguientes. En la tercera parte del trabajo, desarrollaremos un algoritmo de consenso distribuido propio que recoja las características más destacadas de los algoritmos estudiados a la vez que implementamos elementos nuevos. Este algoritmo será implementado desde cero y justificado en cada elemento. Para terminar, el trabajo concluirá con un caso práctico que muestre el fruto de nuestro estudio. En este caso práctico se planteará un caso hipotético (un controlador de un aeropuerto simplificado) que será implementado como un sistema distribuido que haga uso del algoritmo de consenso desarrollado en el trabajo. “En un mundo cada vez más complejo, la sencillez es un lujo” ABSTRACT In the world we live in, distributed systems are becoming more and more common due to their enormous advantages. Their use extends in any field from communication or medicine to recreation. Distributed systems are systems composed of multiple nodes that work together to achieve the same goal. However, for their correct operation, several problems have to be solved, such as: system performance when one or more nodes fail, performance when new nodes or old nodes join the system, sharing the information of each node with the others... Most of these problems can be solved through the use of a type of algorithm: distributed consensus algorithms. Distributed consensus is a very complex and little-known area of distributed computing systems. The existing distributed consensus algorithms, although simple, are not so simple to understand. The main purpose of this paper is to disseminate and inspire. It seeks to disseminate information about the subject matter of distributed consensus to a very wide audience (people with little computer science knowledge) by developing a novel distributed consensus algorithm that inspires the reader to investigate and make their own advances in this little-known field. To achieve these two aims, the paper is divided into several theoretical and practical sections. The first part of the paper consists of a brief introduction to distributed systems, their origin, characteristics, and benefits. To complement this base, in the second part of the paper we will investigate in depth the distributed consensus from scratch. In this research we will address three distributed consensus algorithms that stand out in the field, synthesizing their most relevant characteristics and their contributions to this field. The theoretical knowledge acquired in the first two parts of the paper will provide us with a generous base from which to start. At this point, the best way to continue learning is by putting into practice what has been learned, complementing it with new contents. This is what the following sections will consist of. In the third part of the work, we will develop our own distributed consensus algorithm that includes the most important features of the studied algorithms while implementing new elements. This algorithm will be implemented from scratch and justified for each element. Finally, the work will conclude with a case study that shows the fruit of our study. In this case study, a hypothetical case (a simplified airport controller) will be implemented as a distributed system using the consensus algorithm developed in this work. “In an increasingly complex world, simplicity is a luxury