Een backbone-netwerk is het centrale deel van een computernetwerk dat verschillende delen van het netwerk met elkaar verbindt, waaronder LAN's (Local Area Networks), Wide Area Networks (WAN's)of subnetwerken. Zoals de naam al aangeeft, is het de “ruggengraat” die alle gegevensoverdracht binnen een netwerk ondersteunt. De methoden voor gegevensoverdracht omvatten hogesnelheidslijnen of een reeks verbindingen waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende technologieën.
Backbone-netwerken zijn te vinden in uiteenlopende contexten, waaronder kleine bedrijfsomgevingen en de enorme uitgestrektheid van het internet zelf, waar het bestaat uit transmissieverbindingen met hoge capaciteit en kernrouters die verschillende netwerken met elkaar verbinden. ISP's (Internet Service Providers), grootschalige netwerken en andere kritieke knooppunten.
Backbone-netwerkcomponenten
Hier is een lijst met de belangrijkste componenten die betrokken zijn bij een backbone-netwerk:
- routers. Routers zijn cruciale apparaten in een backbone-netwerk die datapakketten tussen verschillende netwerksegmenten sturen. Ze opereren op de netwerklaag (laag 3) van het OSI-model (Open Systems Interconnection) en nemen beslissingen over de beste paden voor gegevens op basis van netwerkbeleid, routeringsprotocollen en de huidige status van de netwerkpaden.
- schakelaars. Switches werken op de datalinklaag (laag 2) en zijn verantwoordelijk voor het doorsturen van pakketten binnen een netwerksegment op basis van MAC-adressen (Media Access Control). In backbone-netwerken kunnen Layer 3-switches die routerings- en schakelmogelijkheden combineren ook de prestaties en efficiëntie verbeteren.
- Kernrouters. Dit zijn routers met hoge capaciteit die speciaal zijn ontworpen om binnen het backbone-netwerk te werken. Kernrouters verwerken grote hoeveelheden gegevens en zijn geoptimaliseerd om deze efficiënt over lange afstanden te routeren.
- Bekabeling. Dit zijn de fysieke media waarover de gegevens reizen in een backbone-netwerk. Ze omvatten verschillende soorten kabels, zoals glasvezelkabels, die een hoge bandbreedte bieden en vaak worden gebruikt in backbone-netwerken vanwege hun capaciteit om grote hoeveelheden gegevens over lange afstanden te vervoeren met minimaal verlies.
- Netwerk interfaces. Met deze componenten kunnen verschillende netwerksegmenten en apparaten verbinding maken met de backbone. Ze omvatten verschillende poorttypen en standaarden, waardoor compatibiliteit wordt gegarandeerd en de communicatie tussen verschillende netwerktechnologieën wordt vergemakkelijkt.
- Repeaters en verlengers. In uitgebreide netwerken worden repeaters en extenders gebruikt om het signaal te regenereren om het bereik van het netwerk te vergroten zonder gegevensverlies. Ze zijn met name nuttig bij het handhaven van de signaalsterkte in grote gebieden of in omgevingen met een hoge mate van signaalverzwakking.
- Optische versterkers. Voor backbone-netwerken die afhankelijk zijn van glasvezelkabels worden optische versterkers gebruikt om de signaalsterkte te versterken zonder deze om te zetten in een elektrisch signaal. Ze spelen een cruciale rol in glasvezelcommunicatie over lange afstanden, waardoor signalen verder kunnen reizen zonder verslechtering.
- Firewalls en beveiligingsapparatuur. Gezien het cruciale belang en de hoeveelheid gegevens die door backbone-netwerken worden verwerkt, zijn beveiligingscomponenten zoals firewalls essentieel om het netwerk te beschermen tegen ongeoorloofde toegang en cyberdreigingen. Firewalls bewaken en controleren inkomend en uitgaand netwerkverkeer op basis van vooraf bepaalde beveiligingsregels.
- Netwerkbeheersystemen (NMS). Deze systemen bieden tools voor het monitoren, beheren en optimaliseren van het netwerk. NMS kan netwerkbeheerders helpen problemen op te sporen, de netwerkprestaties te beheren en ervoor te zorgen dat het backbone-netwerk efficiënt functioneert.
Hoe werkt een backbone-netwerk?
In de kern bestaat het backbone-netwerk uit routers, switches en transmissielijnen met hoge capaciteit die het dataverkeer dat over het netwerk stroomt, afhandelen. Datapakketten afkomstig van het ene netwerksegment worden via het backbone-netwerk verzonden om een ander segment te bereiken. Bij gegevensoverdracht zijn routeringsbeslissingen betrokken die worden genomen door kernrouters, die het beste pad voor elk datapakket bepalen op basis van factoren als netwerkbeleid, topologie en huidige omstandigheden. De backbone fungeert als de centrale slagader van datatransmissie en zorgt ervoor dat datapakketten efficiënt van hun bron naar hun bestemming worden gerouteerd.
Het functioneren van een backbone-netwerk is sterk afhankelijk van geavanceerde routeringsprotocollen en technologieën die de gegevensstroom beheren en een betrouwbare transmissie over lange afstanden garanderen. Deze protocollen omvatten Border Gateway-protocol (BGP) voor internet, dat beheert hoe pakketten worden gerouteerd tussen verschillende autonome systemen, en andere interne gatewayprotocollen (IGP's) zoals OSPF (Open Shortest Path First) en EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol).
Backbone-netwerken maken gebruik van redundantie- en failover-mechanismen, zoals redundante hardware en alternatieve routeringspaden, om de beschikbaarheid en prestaties van het netwerk te behouden in het geval van apparaatstoringen of andere verstoringen. Backbone-netwerken bereiken via deze mechanismen de noodzakelijke schaalbaarheid, betrouwbaarheid en prestaties om de enorme en gevarieerde eisen van moderne digitale communicatie te ondersteunen, waardoor connectiviteit tussen diverse netwerkomgevingen mogelijk wordt.
Backbone-netwerktypen
Er zijn verschillende soorten backbone-netwerken.
Enterprise-backbone-netwerken
Enterprise-backbone-netwerken vormen de kern van de IT-infrastructuur van een organisatie en verbinden verschillende segmenten van het netwerk, zoals afdelings-LAN's, data centers, en zelfs afgelegen vestigingen, in een verenigd en efficiënt systeem. Deze gecentraliseerde netwerkinfrastructuur is ontworpen om een breed scala aan bedrijfskritische toepassingen en diensten te ondersteunen, variërend van e-mail- en Enterprise Resource Planning (ERP)-systemen tot cloud diensten en VoIP-communicatie (Voice over Internet Protocol).
Het primaire doel van een bedrijfsbackbone is het bieden van een robuust netwerk met hoge capaciteit dat snelle en betrouwbare communicatie en gegevensoverdracht binnen de organisatie mogelijk maakt. Dit zorgt ervoor dat werknemers toegang hebben tot de middelen die ze nodig hebben om hun taken effectief uit te voeren, ongeacht hun fysieke locatie.
Metropolitan Area Network (MAN)-ruggengraat
Metropolitan Area Network (MAN)-backbone-netwerken dienen als infrastructuur-backbone voor het verbinden van verschillende Local Area Networks (LAN's) binnen een stad of grootstedelijk gebied, waardoor de kloof wordt overbrugd tussen kleinere netwerken en grootschalige netwerken zoals Wide Area Networks (WAN's).
MAN-backbones zijn essentieel in stedelijke omgevingen waar bedrijven, onderwijsinstellingen, overheidsinstanties en andere entiteiten snelle, betrouwbare connectiviteit nodig hebben over meerdere locaties binnen een relatief beperkt geografisch gebied. Door gebruik te maken van transmissiemedia met hoge capaciteit, zoals glasvezelkabels, bieden MAN-backbones aanzienlijke bandbreedte, waardoor grote verkeersvolumes kunnen worden afgehandeld met behoud van hoge prestatie- en betrouwbaarheidsniveaus.
Wide Area Network (WAN)-backbone
Wide Area Network (WAN) backbone-netwerken zijn uitgebreide communicatienetwerken die ongelijksoortige LAN's, MAN's en andere netwerktypen met elkaar verbinden over grote geografische afstanden, die regio's, landen of zelfs continenten omvatten. Deze backbones zijn van cruciaal belang voor organisaties die wereldwijd op meerdere locaties actief zijn, waardoor naadloze communicatie, het delen van gegevens en toegang tot gecentraliseerde IT-bronnen over grote afstanden mogelijk worden gemaakt.
WAN-backbones zijn afhankelijk van een mix van transmissietechnologieën, waaronder huurlijnen, satellietcommunicatie en openbare internetverbindingen, om het noodzakelijke bereik en de nodige connectiviteit te bieden. Ze zijn vooral belangrijk voor multinationale ondernemingen, overheidsinstanties en entiteiten die een nauwe integratie van processen en realtime toegang tot gegevens en systemen op meerdere locaties vereisen.
Internet-ruggengraat
De internetbackbone vertegenwoordigt de fundamentele netwerkinfrastructuur die de wereldwijde connectiviteit van het internet mogelijk maakt en verschillende autonome systemen met elkaar verbindt. Tot deze systemen behoren ISP's, grootschalige netwerkexploitanten en academische netwerken over de hele wereld. Deze combinatie van dataroutes en knooppunten met hoge capaciteit bestaat uit glasvezelkabels, geavanceerde routeringsapparatuur en data centerHet wordt beheerd door een consortium van particuliere, publieke en internationale entiteiten.
Deze backbone-netwerken zijn uitgerust met ultrasnelle verbindingen, waarbij vaak gebruik wordt gemaakt van technologieën zoals Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM) om de hoeveelheid dataverkeer die over één enkele optische vezel kan worden verzonden te vermenigvuldigen, waardoor de capaciteit en betrouwbaarheid van het internet aanzienlijk worden vergroot. De internetbackbone is essentieel voor de naadloze overdracht van grote hoeveelheden gegevens en zorgt ervoor dat e-mails, webpagina's, streaminginhoud en onlinediensten binnen enkele seconden overal ter wereld toegankelijk zijn.
Nationale backbone-netwerken
Nationale backbone-netwerken zijn van cruciaal belang bij het opzetten van een uitgebreide digitale infrastructuur binnen een land en dienen als de belangrijkste verkeersaders voor internet- en datacommunicatie in verschillende regio’s. Deze netwerken zijn ontworpen om steden, dorpen en plattelandsgebieden met elkaar te verbinden, waardoor een eerlijke toegang tot digitale diensten en hulpbronnen in het hele land wordt vergemakkelijkt.
Door gebruik te maken van transmissiemedia met hoge capaciteit, zoals glasvezelkabels, zorgen nationale backbones ervoor dat gegevens snel en betrouwbaar over lange afstanden reizen, en ondersteunen ze alles, van elementaire internettoegang tot geavanceerde diensten zoals online onderwijs, telegeneeskunde en e-overheidsinitiatieven.
Peering-backbone-netwerken
Peering-backbone-netwerken vormen een cruciaal onderdeel in de architectuur van het internet en faciliteren directe verbindingen tussen verschillende ISP's en grote netwerkexploitanten. In tegenstelling tot traditionele routering, waarbij gegevens via verschillende tussenliggende netwerken kunnen gaan om hun bestemming te bereiken, kunnen deze netwerken via peering rechtstreeks verkeer met elkaar uitwisselen. Deze directe uitwisseling vindt doorgaans plaats op netwerktoegangspunten (NAP's) of internetuitwisselingspunten (IXP's), waar meerdere netwerken samenkomen.
Peering helpt de afhankelijkheid van upstream-providers te verminderen, de latentie te verlagen door het pad dat gegevens afleggen te verkorten en mogelijk de transitkosten te verlagen die gepaard gaan met het verplaatsen van verkeer via netwerken van derden. Deze regeling is vooral gunstig voor netwerken die grote hoeveelheden verkeer uitwisselen, omdat het de efficiëntie en snelheid van de datatransmissie verbetert, wat leidt tot een betere servicekwaliteit voor eindgebruikers.
