バックボーンネットワーク

バックボーンまたはコアネットワークは、ネットワークを相互接続し、異なるLANまたはサブネットワーク間で情報を交換するためのパスを提供するコンピュータネットワークの一部です。^[1]バックボーンは、同じ建物内、キャンパス環境内の異なる建物内、または広いエリア内のさまざまなネットワークを結び付けることができます。通常、バックボーンの容量は、それに接続されているネットワークよりも大きくなります。^[2]

多くの拠点を持つ大企業では、例えば、異なる地理的な場所にある会社の異なる部門からサーバー クラスターにアクセスする必要がある場合など、すべての拠点を結び付けるバックボーン ネットワークが存在することがあります。これらの部門を結び付けるネットワーク接続 (例: イーサネット、ワイヤレス) の部分は、ネットワーク バックボーンと呼ばれることがよくあります。バックボーンを設計する際には、ネットワークの輻輳が考慮されることがよくあります。^{[3] [4]}

バックボーンネットワークの一例としては、インターネットバックボーンが挙げられます。^[5]

バックボーン ネットワークの理論、設計原理、および最初のインスタンス化は、トラフィックが純粋に音声であった時代の電話コア ネットワークから生まれました。コア ネットワークは、アクセス ネットワークで接続された顧客にさまざまなサービスを提供する電気通信ネットワークの中心部分でした。主な機能の 1 つは、電話の通話をPSTN経由でルーティングすることでした。

通常、この用語は、プライマリ ノードを接続する大容量通信設備を指します。コア ネットワークは、異なるサブネットワーク間で情報を交換するためのパスを提供します。

米国では、ローカル交換コア ネットワークは、複数の競合する相互交換ネットワークによってリンクされていましたが、世界の他の地域では、コア ネットワークは国境まで拡張されています。

コア ネットワークは通常、ネットワーク上のデバイス間で任意の接続を提供する メッシュ トポロジを備えています。多くの主要サービス プロバイダーは、相互接続された独自のコア/バックボーン ネットワークを持っています。一部の大企業は独自のコア/バックボーン ネットワークを持っており、通常はパブリック ネットワークに接続されています。

バックボーンネットワークは、通常10～100マイル、場合によっては最大150マイルの長距離伝送を可能にするリンクを作成します。このため、バックボーンネットワークは、特に遠隔地にインターネットサービスを提供する長距離ワイヤレスソリューションを提供するために不可欠です。^[6]

コア ネットワークは通常、次の機能を提供します。

1. 集約: サービス プロバイダー ネットワークにおける集約の最高レベル。コア ノードの次の階層レベルは配信ネットワーク、その次はエッジ ネットワークです。顧客構内設備(CPE) は通常、大規模サービス プロバイダーのコア ネットワークに接続しません。
2. 認証: 通信ネットワークからサービスを要求するユーザーが、このネットワーク内でそのサービスを要求する権限を持っているかどうかを判断する機能。
3. 通話制御とスイッチング:通話制御またはスイッチング機能は、通話シグナリ​​ング処理に基づいて通話の今後の経路を決定します。たとえば、スイッチング機能は、「着信番号」に基づいて、通話をこのオペレータのネットワーク内の加入者にルーティングするか、または番号ポータビリティがより普及している別のオペレータのネットワークにルーティングするかを決定します。
4. 課金: さまざまなネットワークノードによって生成された課金データの照合と処理の機能。現在のネットワークでよく見られる課金メカニズムには、プリペイド課金とポストペイド課金の 2 種類があります。自動メッセージ アカウンティングを参照してください。
5. サービス呼び出し: コア ネットワークは、加入者に対してサービス呼び出しのタスクを実行します。サービス呼び出しは、ユーザーによる明示的なアクション (コール転送など) に基づいて発生する場合もあれば、暗黙的に発生する場合もあります (コール ウェイティング)。ただし、サードパーティのネットワークやノードが実際のサービス実行に参加する場合があるため、サービス実行はコア ネットワーク機能である場合とそうでない場合があることに注意することが重要です。
6. ゲートウェイ: ゲートウェイは、他のネットワークにアクセスするためにコア ネットワーク内に存在する必要があります。ゲートウェイの機能は、インターフェイスするネットワークの種類によって異なります。

物理的には、これらの論理機能の 1 つ以上が、特定のコア ネットワーク ノードに同時に存在する場合があります。

上記の機能に加えて、以下の機能も通信コア ネットワークの一部を形成します。

• O&M:ネットワーク オペレーション センターとオペレーション サポート システムは、コア ネットワーク ノードを構成およびプロビジョニングします。加入者数、ピーク時の通話率、サービスの性質、地理的な設定は、構成に影響を与える要因の一部です。ネットワーク統計の収集、アラームの監視、さまざまなネットワーク ノードのアクションのログ記録も、O&M センターで行われます。これらの統計、アラーム、トレースは、ネットワーク オペレータがネットワークの健全性とパフォーマンスを監視し、改善するための重要なツールとなります。
• 加入者データベース: コア ネットワークは加入者データベースもホストします (例: GSM システムの HLR)。加入者データベースは、認証、プロファイリング、サービス呼び出しなどの機能のためにコア ネットワーク ノードによってアクセスされます。

分散バックボーンは、ハブ、スイッチ、ルーターなどの一連の中央接続デバイスに階層的に接続された多数の接続デバイスで構成されるバックボーンネットワークです。^[7] この種類のトポロジでは、既存のレイヤーにさらに多くのデバイスレイヤーを追加できるため、拡張が簡単で、成長のための資本支出が制限されます。^[7] 分散バックボーンネットワークでは、バックボーンにアクセスするすべてのデバイスが伝送メディアを共有します。このネットワークに接続されているすべてのデバイスに、そのネットワークに配置されたすべての伝送が送信されます。^[8]

分散バックボーンは、実際には、すべての大規模ネットワークで使用されています。^[9]特定の接続デバイスを特定のフロアまたは部門に割り当てることができるため、単一の建物に限定された企業全体のシナリオでのアプリケーションも実用的です。^[7] 各フロアまたは部門には、LANと配線クローゼットがあり、そのワークグループのメインハブまたはルーターは、バックボーンケーブルを使用してバススタイルのネットワークに接続されています。^[10] 分散バックボーンを使用するもう1つの利点は、ネットワーク管理者がワークグループを分離して管理を容易にできることです。^[7]

直列階層の上位にある接続デバイスに単一障害点が発生する可能性があります。^[7] 分散バックボーンは、ルータやブリッジなどのアクセスデバイスを使用して、個々のLANを循環するネットワークトラフィックをバックボーンネットワークトラフィックから分離するように設計する必要があります。^[11]

従来のバックボーン ネットワークは、複数の場所を相互接続するために長距離にわたっています。ほとんどの場合、バックボーンはリンクであり、スイッチングまたはルーティング機能は各場所の機器によって実行されます。これは分散アーキテクチャです。

コラプスド バックボーン (インバーテッド バックボーンまたはバックボーン イン ア ボックスとも呼ばれる) は、バックボーン ネットワーク アーキテクチャの一種です。コラプスド バックボーンの場合、各ロケーションには、コラプスド バックボーンに接続される中央ロケーションへのリンクがあります。コラプスド バックボーンは、クラスターまたは単一のスイッチまたはルーターにすることができます。コラプスド バックボーンのトポロジとアーキテクチャは、スターまたはルート付きツリーです。

折り畳みバックボーン方式の主な利点は

1. バックボーンが単一の場所と単一のボックスにあるため管理が容易であり、
2. バックボーンは本質的にボックスのバックプレーンまたは内部スイッチング マトリックスであるため、独自の高性能テクノロジを使用できます。

ただし、バックボーンが崩壊した場合の欠点は、バックボーンを収容するボックスがダウンしたり、中央の場所への到達可能性に問題があったりすると、ネットワーク全体がクラッシュしてしまうことです。これらの問題は、冗長バックボーン ボックスとセカンダリ/バックアップ バックボーンの場所を用意することで最小限に抑えることができます。

企業全体のネットワークに使用されるバックボーンには、いくつかの種類があります。組織が非常に強力で信頼性の高いバックボーンを探している場合は、パラレル バックボーンを選択する必要があります。このバックボーンは、中央ノード(接続ポイント) を使用する点で、コラプス バックボーンのバリエーションです。ただし、パラレル バックボーンでは、複数のルータまたはスイッチがある場合に重複接続が可能です。各スイッチとルータは 2 本のケーブルで接続されます。各デバイスを複数のケーブルで接続することで、企業全体のネットワークのどのエリアにもネットワーク接続が確保されます。^[12]

パラレル バックボーンは、他のネットワークトポロジよりも多くのケーブルを必要とするため、他のバックボーン ネットワークよりも高価です。これは、どのエンタープライズ トポロジを使用するかを決定する際の主要な要因になる可能性がありますが、そのコストは、パフォーマンスとフォールト トレランスの向上によってもたらされる効率を補います。ほとんどの組織では、ネットワーク上に重要なデバイスがある場合にパラレル バックボーンを使用します。たとえば、給与などの重要なデータがあり、複数の部門が常にアクセスする必要がある場合、組織は接続が失われないようにパラレル バックボーンを実装することを選択する必要があります。^[12]

シリアルバックボーンは、最も単純な種類のバックボーンネットワークです。^[13] シリアルバックボーンは、デイジーチェーン方式で単一のケーブルで相互に接続された2つ以上のインターネット動作デバイスで構成されます。デイジーチェーンは、シリアル方式でリンクされた接続デバイスのグループです。ハブは、ネットワークを拡張するためにこの方法で接続されることがよくあります。ただし、ハブは、シリアルバックボーンに接続できる唯一のデバイスではありません。ゲートウェイ、ルーター、スイッチ、ブリッジは、より一般的にはバックボーンの一部を形成します。^[14]シリアルバックボーントポロジは、企業全体のネットワークに使用できますが、その目的で実装されることはほとんどありません。^[15]

• バックホール
• コアルータ
• ネットワークサービスプロバイダー

• IPv6 バックボーン ネットワーク トポロジ