شبكة فقارية

خريطة لشبكة فقارية محلية بالولايات المتحدة

الشبكة الفقارية (بالإنجليزية: Backbone network) أو الشبكة الأساسية (بالإنجليزية: Core network) جزء من شبكة حاسوب يربط الشبكات بعضها ببعض موفرًا مسارًا لتبادل المعلومات بين شبكات محلية أو شبكات فرعية شتى. تربط الشبكة الفقارية شبكاتٍ عدَّة في المبنى نفسه أو مباني شتى في مثل حرم جامعي أو على نطاقات أوسع، وتكون سعة عمود الشبكة الفقري أكبر من الشبكات المتصلة به.

قد تمتلك مؤسسة كبيرة متعددة المواقع شبكة أساسية تربط المواقع كافَّةً معًا، مثل حاجة أقسام شتى من الشركة في مواقع جغرافية مختلفة إلى الوصول إلى عنقود من الخوادم، وتدعى أجزاء توصيلات الشبكة (مثل الإيثرنت والاتصالات اللاسلكية) التي تربط هذه الأقسام معًا الشبكة الفقارية. يؤخذ ازدحام الشبكة في الاعتبار عند تصميم الشبكات الفقارية غالبًا.

أحد الأمثلة على الشبكة الفقارية عمود الإنترنت الفقري.

التاريخ

نشأت نظرية الشبكات الفقارية وتصميمها وأول استنساخٍ لها من شبكات الهاتف المركزية حين كان مرور البيانات صوتيًّا خالصًا. صارت الشبكات الفقارية جزءًا مركزيًّا من شبكات الاتصالات التي قدمت خدماتٍ شتى إلى عملاء متصلين بشبكة وصول، وكان أبرز وظائفها الرئيسة توجيه المكالمات الهاتفية في شبكة الهاتف العامة (بالإنجليزية: PSTN).

تشير الشبكات الفقارية عادةً إلى مرافق الاتصالات مرتفعة السعة التي تربط العقد الأساسية، وتوفر الشبكة الفقارية مساراتٍ لتبادل المعلومات بين شبكاتٍ فرعيةٍ شتى.

كانت شبكات البدالات المحليَّة الفقاريَّة في الولايات المتحدة مربوطةً بعدَّة شبكات بينية متنافسة، ثم امتدت الشبكة الفقارية إلى الحدود الوطنية.

كانت الشبكات الأساسية متداخلة البنية عادةً فتتيح الاتصالات من أي جهاز إلى أي جهاز على الشبكة. صار لكثيرٍ من مزودي الخدمة الأساسيين شبكاتهم الأساسية أو الفقارية الخاصة بهم المتصلة بينيًّا. لدى بعض المؤسسات الكبرى شبكاتها الأساسية أو الفقارية الخاصة بها التي تتصل عادةً بالشبكات العامة.

تُنشئ الشبكات الفقاريَّة روابط تسمح بنقل البيانات مسافاتٍ طويلةً من 10 أميال إلى 100 ميل غالبًا وقد تبلغ 150 ميلًا؛ لتوفر الشبكة الفقارية حلولًا لاسلكية طويلة المسافة لتوفير خدمة الإنترنت لا سيَّما في مناطق نائية.

الوظائف

توفر الشبكات الفقارية عادةً هذه الوظائف:

1. التجميع: إن الشبكة الفقارية أعلى مستوى تجميع في شبكة مزود الخدمة، تليها شبكات التوزيع التي تأتي بعد العقد الأساسية، ثم الشبكات الجانبية. لا تتصل مُعَدَّات العميل (CPE) بشبكات مزود الخدمة الكبير الأساسية عادةً.
2. المصادقة: تحدد ما إن كان المستخدم الذي يطلب خدمة من شبكة الاتصالات مخولًا لتلقيها في هذه الشبكة أم لا.
3. التحكم في المكالمات وتبديلها: تحدد وظيفة التحكم في المكالمات أو تحويلها مسار المكالمة وفق عمليات التشوير مثل:
   1. تحديد وظيفة التحويل وفق الرقم المطلوب لتوجَّه المكالمة إلى مشترك في شبكة مشغلٍ ما،
   2. أو مع إمكانية نقل الرقم إلى شبكة مشغل آخر غالبًا.
4. الشحن: جمع بيانات الشحن الي تولدها عُقد الشبكة المختلفة ومعالجتها. في الشبكات الحالية نوعان شائعان من طرق الشحن:
   1. الشحن مسبق الدفع.
   2. الشحن اللاحق (الفوترة).
5. استدعاء الخدمات: تتخذ الشبكة الفقارية إجراء استدعاء الخدمات لمشتركيها بناءً على إجراء صريح يتخذه المستخدم كتحويل المكالمة، أو ضمنيًّا كانتظار المكالمات. قد يكون تنفيذ الخدمة وظيفة أساسية في الشبكة أو لا يكون؛ إذ قد تُشارك شبكاتٌ وعُقَدٌ خارجية في تنفيذ الخدمة الفعلي.
6. البوابات: يجب أن توجد بوابات في الشبكة الفقاريَّة؛ للوصول إلى سائر الشبكات، وتعتمد وظيفة البوابة على نوع الشبكة التي تتصل بها.

قد توجد إحدى هذه الوظائف المنطقية أو أكثر في الوقت نفسه ماديًّا في عقدة شبكة فقارية معينة.

الوظائف الآتية أيضًا جزء من شبكة الاتصالات الأساسية مع الوظائف الواردة آنفًا:

• التشغيل والصيانة: يجب توفر مركز عمليات للشبكة وأنظمة لدعم العمليات؛ لإعداد عُقد الشبكة الأساسية ودعمها. تُجمع إحصاءات الشبكة وتراقب إنذاراتها، وتسجل أنشطة عُقد الشبكة المختلفة في مركز التشغيل والصيانة؛ لتكون وسائل مهمة لمشغل الشبكة في مراقبة صحة الشبكة وأدائها وتحسينها. أبرز العوامل المؤثرة في هيكل الشبكة عدد المشتركين ومعدل المكالمات في أوقات الذروة وطبيعة الخدمات والتفضيلات الجغرافية.
• قاعدة بيانات المشتركين: تستضيف الشبكة الفقارية أيضًا قاعدة بيانات المشتركين (مثل HLR في أنظمة GSM)، وتصل عُقد الشبكة الفقارية إلى قاعدة بيانات المشتركين؛ لوظائف كالمصادقة وإنشاء الملفات التعريفية واستدعاء الخدمات وغيرها.

أنواع الشبكات الفقارية

فقار موزَّع

الفقار الموزع يتكون من عدد من أجهزة الاتصال متصلة بسلسلة من أجهزة اتصال مركزية مرتبة هرميًّا كالمجمعات والمبدلات والموجهات. تتيح تلك الطوبولوجيا توسعًا سهلًا بتكاليف أقل؛ إذ تضاف طبقات أخرى على الطبقات الحاليَّة. تتشارك كل الأجهزة المتصلة بالفقار الموزع وسائط النقل؛ إذ يتلقى كلُّ جهازٍ متصلٍ بالشبكة كلَّ عمليات النقل.

تستخدم كل الشبكات واسعة النطاق الفقار الموزع عمليًّا، ومن تطبيقاتها المؤسسات المحصورة في مبنًى واحد؛ إذ يمكن إسناد أجهزة اتصال بعينها إلى طوابق أو أقسام بعينها. لكل طابق أو قسم شبكته المحليَّة وخزانة كبوله مع توصيل مجمع تلك الشبكة أو موجهها الرئيس في شبكةٍ مسرويَّةٍ بأسلاك الفقار. يُذكَر من منافع استخدام الفقار الموزَّع تمكين مدير الشبكة من فصل مجموعات العمل؛ لتيسير الإدارة.

قد تتعطَّل نقاط فرديَّة محيلةً إلى أجهزة أعلى ترتيبًا هرميًّا في هيكل الشبكة. يجب تصميم الفقار الموزَّع ليفصل حركة مرور بيانات الشبكة المتداول في كل شبكة محلية عن حركة مرور بيانات الفقار بأجهزة الوصول كالموجهات والجسور.

فقار منهار

الفقار المنهار (وقد يعرف بالفقار المقلوب أو فقار في صندوق) طوبولوجيا شبكة فقاريَّة يرتبط فيها كل موقعٍ إلى موقعٍ مركزيٍّ متصلٍ بالفقار المنهار الذي قد يكون عنقودًا أو مبدلًا وحيدًا أو موزعًا وحيدًا، ويكون في طوبولوجيا نجميَّة أو شجريَّة متجذَِرة.

يمتد الفقار التقليدي إلى مسافات بعيدة؛ لتحقيق الترابط بين مواقع شتى. إن الفقار المنهار معماريَّة موزَّعة؛ إذ يعمل الفقار عمل الروابط وتتخذ المعَدَّات إجراءات التبديل أو التوجيه في كل موقع.

محاسنه

أبرز محاسن الفقار المنهار:

1. سهولة الإدارة: لأن الفقار موجود في مكان واحد وصندوق واحد.
2. إمكان استخدام تقانات فائقة الأداء: فالعمود الفقري هو المستوى الخلفي أو مصفوفة التبديل الداخلية في الصندوق.

مساوئه

أبرز مساوئ الفقار المنهار تعطل الشبكة كافَّة عند تعطل الصندوق الذي يؤوي الفقار أو حدوث مشكلات تعوق الوصول إلى الموقع المركزي، وتُدرأ المشكلة ما أمكن بطريقتين:

• توفير صناديق فقار احتياطية.
• توفير مواقع فقار ثانوية أو احتياطية.

فقار متوازٍ

الفقار المتوازي نوع من الفقار المنهار يقوم على عقدةٍ (نقطة اتصال) مركزيَّة، ومع ذلك يسمح باتصالاتٍ متكررةٍٍ إن وجد أكثر من موجه أو مبدل. كل موجه ومبدل مترابطان بكبلين، وهذا يضمن اتصال أي منطقة من المؤسسة بالشبكة المؤسسيَّة؛ لاتصال كل جهاز بأكثر من كبل واحد. يستخدم قليل من أنواع الفقار المختلفة في الشبكات المؤسسيَّة، وتختار المنظمات الفقار المتوازي عادةً؛ إذ تراه قويًّا موثوقًا به.

الفقار المتوازي أغلى ثمنًا من سائر أنواع الفقار؛ إذ يتطلب كبولًا أكثر مما تتطلَّبه سائر الطوبولوجيات، وتعوَّض تكلفته الباهظة بما يحققه من كفاءة بارتفاع الأداء والتسامح مع الأخطاء وإن كان ما ذكر آنفًا عاملًا رئيسًا في انتقاء المؤسسة ما تستخدمه من طوبولوجيا على مستواها. تستخدم أكثر المنظَّمات الفقار المتوازي إن وجدت أجهزة حرجة على الشبكة؛ لتحقيق دوام الاتصال دونما انقطاع ، مثل إتاحة وصول أقسام شتى إلى بيانات مهمَّة -ككشوف صرف الرواتب- في أي وقت.

فقار تسلسلي

الفقار التسلسلي أبسط أنواع الشبكات الفقارية، ويتكون من جهازين متصلين بالإنترنت أو أكثر مترابطين في سلسلة تعاقبيَّة -وهي التي تترابط فيها الأجهزة تسلسليًّا-، وقد توصل مجمِّعات بهذه الطريقة عادةً؛ لتوسيع الشبكة ولو لم تستخدم المجمِّعات وحدها لإنشاء فقار تسلسلي، إذ تستخدم البوابات والموجهات والمبدلات والجسور كثيرًا. تستخدم طوبولوجيا الفقار التسلسلي في الشبكات المؤسَّسيَّة ولو ندر تنفيذها لهذا الغرض.

انظر أيضًا

• مزود خدمة الشبكة
• عمود الإنترنت الفقري

وصلات خارجيَّة

• طوبولوجيا شبكة الإصدار السادس من بروتوكول الإنترنت الفقارية