اقرأ في هذا المقال
- ما هي شبكة الكمبيوتر الموزعة
- أساسيات شبكة الكمبيوتر الموزعة
- كيفية عمل شبكة الكمبيوتر الموزعة
- فوائد شبكة الكمبيوتر الموزعة
- تحديات شبكة الكمبيوتر الموزعة
- أنواع الأنظمة الموزعة
يتكون نظام الكمبيوتر الموزع من عدة مكونات برمجية موجودة على أجهزة كمبيوتر متعددة، ولكنّها تعمل كنظام واحد، كما يمكن أن تكون أجهزة الكمبيوتر الموجودة في نظام موزع قريبة من بعضها البعض ومرتبطة بشبكة محلية أو يمكن أن تكون بعيدة جغرافياً ومتصلة بشبكة واسعة.
ما هي شبكة الكمبيوتر الموزعة
الشبكة الموزعة: هي نوع من شبكات الكمبيوتر التي تنتشر عبر شبكات مختلفة، ويوفر هذا شبكة اتصال بيانات واحدة والتي يمكن إدارتها بشكل مشترك أو منفصل بواسطة كل شبكة، إلى جانب الاتصال المشترك داخل الشبكة وغالباً ما توزع الشبكة الموزعة المعالجة.
أساسيات شبكة الكمبيوتر الموزعة
يمكن أن يتكون النظام الموزع من أي عدد من التكوينات الممكنة، مثل الحواسيب المركزية وأجهزة الكمبيوتر الشخصية ومحطات العمل وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة، والهدف من الحوسبة الموزعة هو جعل مثل هذه الشبكة تتفعل كجهاز كمبيوتر واحد، كما تتيح الأنظمة الموزعة العديد من الفوائد على الأنظمة المركزية بما في ذلك ما يلي:
1- قابلية التوسع
يمكن توسيع النظام بسهولة عن طريق إضافة المزيد من الآلات حسب الحاجة.
2- الوفرة
- يمكن للعديد من الأجهزة تقديم نفس الخدمات، لذلك إذا لم يتوفر أحدها فلن يتوقف العمل.
- بالإضافة إلى ذلك، نظراً لإمكانية استخدام العديد من الآلات الأصغر حجماً لا يلزم أن يكون هذا التكرار باهظ التكلفة.
كيفية عمل شبكة الكمبيوتر الموزعة
يمكن أن تتفعل أنظمة الحوسبة الموزعة على الأجهزة التي يوفرها العديد من البائعين ويمكنها استخدام مجموعة متنوعة من مكونات البرامج المستندة إلى المعايير، وهذه الأنظمة مستقلة عن البرامج الأساسية ويمكن أن تعمل على أنظمة تشغيل مختلفة، ويمكن أن تستخدم بروتوكولات الاتصالات المختلفة.
قد تستخدم بعض الأجهزة نظام (UNIX) أو (Linux) كنظام تشغيل، بينما قد تستخدم أجهزة أخرى أنظمة تشغيل (Windows)، وبالنسبة للاتصالات بين الأجهزة يمكن لهذا الجهاز استخدام (SNA) أو (TCP/IP) على (Ethernet) أو (Token Ring).
تعد الأنظمة الموزعة تطوراً مهماً لتكنولوجيا المعلومات وعلوم الكمبيوتر، حيث أنّ العدد المتزايد من الوظائف ذات الصلة ضخمة، ومعقدة لدرجة أنّه سيكون من المستحيل على جهاز كمبيوتر واحد التعامل معها بمفرده، لكنّ الحوسبة الموزعة تقدم أيضاً مزايا إضافية مقارنة ببيئات الحوسبة التقليدية.
تقلل الأنظمة الموزعة من المخاطر التي ينطوي عليها وجود نقطة واحدة للفشل، ممّا يعزز الموثوقية وتحمل الخطأ، وتم تصميم الأنظمة الموزعة الحديثة بشكل عام لتكون قابلة للتطوير في الوقت الفعلي تقريباً، كما يمكن زيادة موارد الحوسبة الإضافية بشكل سريع ممّا يؤدي إلى زيادة الأداء وتقليل الوقت حتى الانتهاء.
تاريخياً كانت الحوسبة الموزعة باهظة الثمن ومعقدة في التكوين وصعبة الإدارة، ولكن بفضل منصات البرمجيات كخدمة (SaaS) التي توفر وظائف موسعة، أصبحت الحوسبة الموزعة أكثر انسيابية وبأسعار معقولة للشركات الكبيرة والصغيرة.
نتيجةً لذلك تستخدم جميع أنواع وظائف الحوسبة من إدارة قواعد البيانات إلى ألعاب الفيديو الحوسبة الموزعة، حيث لن تكون العديد من أنواع البرامج مثل أنظمة العملات المشفرة والمحاكاة العلمية وتقنيات (blockchain) ومنصات الذكاء الاصطناعي، ممكنة على الإطلاق بدون هذه الأنظمة الأساسية.
شبكة الكمبيوتر الموزعة (DCN) هي شبكة كمبيوتر تشارك الموارد والتي تتضمن عدداً من أجهزة الكمبيوتر (DEC PDP11)، كما يدعم (DCN) عدداً من العمليات في بيئة افتراضية متعددة البرامج ويمكن أن تتواصل العمليات مع بعضها البعض، وتتفاعل مع هذه البيئة بطريقة مستقلة عن مكان إقامتها داخل جهاز كمبيوتر معين.
يمكن الوصول عن بعد إلى الموارد مثل المعالجات والأجهزة ووسائط التخزين ومشاركتها لتوفير مزيد من الموثوقية والمرونة واستخدام النظام، وتُستخدم هياكل الأجهزة والبرامج للحفاظ على نظام موزع، كما يجب أن يكون كل شيء مترابطاً مع وحدات المعالجة المركزية عبر الشبكة والعمليات عبر نظام الاتصال.
يدعم (DCN) الآن العديد من لغات البرمجة وحزم التطبيقات ويمكن تنفيذ لغات البرمجة مثل (SIMPL) و(LISP) و(BASIC)، جنباً إلى جنب مع مكتبة واسعة من إجراءات الرسوم التفاعلية وفي عمليات تستفيد استفادة كاملة من البنية الموزعة للشبكة، ويمكن تنفيذ العديد من مكونات نظام تشغيل القرص (DOS) لـ (PDP11) في عملية افتراضية خاصة من نوع المحاكي يتم إنشاؤها الآن لهذا الغرض.
وبهذه الطريقة يمكن دعم مُجمّع (PDP11) ومُجمّع (FORTRAN) والعديد من أدوات النظام المساعدة في بيئة الشبكة، وفي الحالات التي تتجاوز طاقة معالجة الشبكة تتوفر التوصيلات بجهازين كبيرين من سلسلة (Univac 1100).
قد تكون الأجهزة التي تعد جزءاً من نظام موزع عبارة عن أجهزة كمبيوتر أو خوادم فعلية أو أجهزة افتراضية أو حاويات أو أي عقدة أخرى يمكنها الاتصال بالشبكة، ولها ذاكرة محلية والاتصال عن طريق تمرير الرسائل، وهناك طريقتان عامتان تعمل بهما الأنظمة الموزعة:
- تعمل كل آلة نحو هدف مشترك ويرى المستخدم النهائي النتائج كوحدة واحدة متماسكة.
- لكل جهاز مستخدم نهائي خاص به، ويسهل النظام الموزع مشاركة الموارد أو خدمات الاتصال.
على الرغم من أنّ الأنظمة الموزعة قد تكون صعبة في بعض الأحيان إلّا أنّها عادة ما يكون لها ثلاث خصائص معروفة، حيث تعمل جميع المكونات بشكل متزامن ولا توجد ساعة عالمية وتفشل جميع المكونات بشكل مستقل عن بعضها البعض.
- “DCN” هي اختصار لـ “Dynamic-Circuit-Network” و”BASIC” هي اختصار لـ “All-purpose-Symbolic-Instruction-Code”.
- “LISP” هي اختصار لـ “LISt-Processing” و”DOS” هي اختصار لـ “Disk-Operating-System”.
- “SaaS” هي اختصار لـ “Software-as-a-service” و”DEC” هي اختصار لـ “Digital-Equipment-Corporation”.
- “SNA” هي اختصار لـ “Systems-Network-Architecture” و”TCP/IP” هي اختصار لـ “Transmission-Control-Protocol/Internet-Protocol”.
فوائد شبكة الكمبيوتر الموزعة
1- قابلية التوسع الأفقي
نظراً لأنّ الحوسبة تحدث بشكل مستقل على كل عقدة، فمن السهل وغير المكلف عموماً إضافة عُقد ووظائف إضافية حسب الضرورة.
2- الموثوقية
- معظم الأنظمة الموزعة تتسامح مع الأخطاء، حيث يمكن أن تتآلف من مئات العقد “node” التي تعمل معاً.
- لا يواجه النظام عموماً أي اضطرابات في حالة فشل جهاز واحد.
3- الأداء
تعتبر الأنظمة الموزعة فعالة للغاية لأنّه يمكن تقسيم أحمال العمل وإرسالها إلى أجهزة متعددة.
تحديات شبكة الكمبيوتر الموزعة
1- الجدولة
- يجب أن يقرر النظام الموزع الوظائف التي يجب تفعيلها ومتى يجب تفعيلها وأين يجب فتحها.
- في نهاية المطاف توجد قيود على المبرمجين ممّا يؤدي إلى عدم استخدام الأجهزة بشكل كافٍ وأوقات تشغيل غير متوقعة.
2- الكمون
- كلما تم توزيع النظام على نطاق أوسع ارتفع زمن الانتقال الذي يمكن أن تواجهه مع الاتصالات.
- يؤدي هذا غالباً إلى قيام الفرق بإجراء مفاضلات بين التوافر والاتساق ووقت الاستجابة.
3- القابلية للملاحظة
يُعد جمع مقاييس استخدام الأجهزة ومعالجتها وتقديمها ومراقبتها للكتل الكبيرة تحدياً كبيراً.
أنواع الأنظمة الموزعة
1- خادم العميل
- يتصل العملاء بالخادم للحصول على البيانات، ثم يقومون بتنسيقها وعرضها على المستخدم النهائي.
- يمكن للمستخدم النهائي أيضاً القيام بتغيير من جانب العميل وإعادته إلى الخادم لجعله دائماً.
3- ثلاث طبقات
يتم تخزين المعلومات المتعلقة بالعميل في الطبقة الوسطى بدلاً من العميل لتبسيط نشر التطبيق، وهذا النموذج المعماري هو الأكثر شيوعاً لتطبيقات الويب.
2- شبكة n-tier
تُستخدم بشكل عام عندما يحتاج تطبيق أو خادم إلى إعادة توجيه الطلبات إلى خدمات مؤسسية إضافية على الشبكة.
4- شبكة نظير إلى نظير
- لا توجد أجهزة إضافية مستخدمة لتقديم الخدمات أو إدارة الموارد.
- يتم تقسيم المهام بشكل موحد بين الأجهزة في النظام التييطلق عليها النظراء والتي يمكن أن تعمل إمّا كعميل أو خادم.
