Backbone network

A backbone network or core network is a part of a computer network which interconnects networks, providing a path for the exchange of information between different LANs or subnetworks.^[1] A backbone can tie together diverse networks in the same building, in different buildings in a campus environment, or over wide areas. Normally, the backbone's capacity is greater than the networks connected to it.^[2]

A large corporation that has many locations may have a backbone network that ties all of the locations together, for example, if a server cluster needs to be accessed by different departments of a company that are located at different geographical locations. The pieces of the network connections (for example: Ethernet, wireless) that bring these departments together is often mentioned as network backbone. Network congestion is often taken into consideration while designing backbones.^[3][4]

One example of a backbone network is the Internet backbone.^[5]

The theory, design principles, and first instantiation of the backbone network came from the telephone core network when traffic was purely voice. The core network was the central part of a telecommunications network that provided various services to customers who were connected by the access network. One of the main functions was to route telephone calls across the PSTN.

Typically the term referred to the high capacity communication facilities that connect primary nodes. A core network provided paths for the exchange of information between different sub-networks.

In the United States, local exchange core networks were linked by several competing interexchange networks; in the rest of the world, the core network has been extended to national boundaries.

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ーを採用している。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保有している。一部の大企業も独自のコア／バックボーンネットワークを保有しており、これらは通常、公共ネットワークに接続されている。

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、特に遠隔地へのインターネットサービス提供のための長距離無線ソリューションを提供する上で不可欠です。^{[ 6 ]}

コアネットワークは通常、以下の機能を提供していました。

1. 集約：サービスプロバイダネットワークにおける最高レベルの集約。コアノードの次の階層はディストリビューションネットワーク、そしてエッジネットワークとなる。顧客宅内機器（CPE）は通常、大規模サービスプロバイダのコアネットワークには接続されない。
2. 認証：通信ネットワークからサービスを要求しているユーザーが、そのネットワーク内で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、通話信号処理に基づいて通話の今後の経路を決定します。例えば、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ーのネットワーク内の加入者にルーティングするか、番号ポータビリティがより普及している場合は別のオペレーター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：これは、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収集と処理の機能です。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。自動メッセージ課金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、加入者に対するサービス呼び出しを実行します。サービス呼び出しは、ユーザーによる明示的な操作（例：通話転送）に基づいて行われる場合もあれば、暗黙的に（通話待機）行われる場合もあります。ただし、サービス実行は必ずしもコアネットワークの機能であるとは限らず、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関与する場合もあることに注意が必要です。
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設置される必要があります。ゲートウェイの機能は、接続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うち1つ以上が、特定のコアネットワークノード内に同時に存在し得る。

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構成していた。

• O&M（運用保守）：ネットワーク運用センターと運用サポートシステムは、コアネットワークノードの設定とプロビジョニングを行います。加入者数、ピーク時の通話率、サービスの種類、地理的な優先順位などが、設定に影響を与える要因です。O&Mセンターでは、ネットワーク統計情報の収集、アラームの監視、各種ネットワークノードの動作ログ記録も行われます。これらの統計情報、アラーム、トレースは、ネットワーク事業者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（GSMシステムにおけるHLRなど）もホストしています。コアネットワークノードは、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加入者データベースにアクセスします。

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 ]} このようなトポロジーでは、既存のレイヤーにデバイスのレイヤーを追加できるため、拡張が容易で、成長のための資本支出も限定的です。^{[ 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媒体を共有します。このネットワークに接続されているすべてのデバイスが、そのネットワークに配置されるすべての伝送を受け取ります。^{[ 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や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が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管理を容易にするためにワークグループを分離できることです。^{[ 7 ]}

直列階層の上位にある接続デバイスに関して、単一障害点の可能性があります。^{[ 7 ]} 分散バックボーンは、ルーターやブリッジなどのアクセスデバイスを使用して、各LAN上で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 ]}

従来の基幹ネットワークは、複数の拠点間の相互接続を提供するために、長距離にわたって構築されます。ほとんどの場合、基幹ネットワークはリンクであり、スイッチング機能やルーティング機能は各拠点の機器によって実行されます。これは分散型アーキテクチャです。

縮退バックボーン（インバーテッドバックボーン、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。縮退バックボーンの場合、各拠点は中央拠点へのリンクを持ち、中央拠点から縮退バックボーンに接続されます。縮退バックボーンは、クラスタ構成、単一のスイッチ、またはルータ構成のいずれかになります。縮退バックボーンのトポロジーとアーキテクチャは、スター型またはルート付きツリー型です。

バックボーンを縮退させるアプローチの主な利点は、

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. バックボーンは基本的に筐体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、独自の高性能技術を使用することができます。

しかし、バックボーンを統合する方式の欠点は、バックボーンを収容する機器がダウンしたり、中央拠点への接続に問題が発生したりすると、ネットワーク全体がダウンしてしまうことです。これらの問題は、冗長構成のバックボーン機器を用意したり、予備のバックボーン拠点を設けたり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で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、縮退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、ルーターまたはスイッチが複数ある場合に重複接続が可能です。各スイッチとルーターは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領域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ーよりも多くのケーブルが必要となるため、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全体のトポロジーを使用するかを決定する際の主要な要因となる可能性がありますが、そのコストは、パフォーマンスの向上とフォールトトレランスの追加によって生み出される効率性によって補われます。ほとんどの組織は、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は、接続が失われることがないように、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、最も単純なタイプ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、1本のケーブルでデイジーチェーン方式で相互接続された2つ以上のインターネットワーキングデバイスで構成されます。デイジーチェーンは、シリアル方式で相互接続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ように接続されることがよくあります。ただし、シリアルバックボーンに接続できるデバイスはハブだけではありません。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 ]}

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