ما المقصود بالحوسبة الشبكية؟

يعتمد كِلا النوعين من الحوسبة على بنية تحتية مشتركة، لكن الحوسبة الشبكية تركِّز أكثر على معالجة المشكلات العلمية أو الهندسية واسعة النطاق، في حين تركِّز الحوسبة الموزعة على المهام الأبسط.

ترتبط الحوسبة الشبكية غالبًا بنوع من الحوسبة يُعرَف باسم "التحدي الكبير" - وهي مشكلة حوسبية ذات أساس علمي أو هندسي ولها تطبيقات واسعة. ربما يكون أشهر التحديات الكبرى التي أسهمت الحوسبة الشبكية في دعمها هو مصادم الهادرونات الكبير في CERN، أقوى مسرِّع جسيمات في العالم.

بالإضافة إلى التعامل مع التحديات الكبرى، يتم استخدام الحوسبة الشبكية في مجموعة واسعة من الأغراض العملية للأعمال، بما يشمل إدارة البيانات الكبيرة، وتحليلات البيانات عالية السرعة، واستخلاص الرؤى، والبحث العلمي، ومحاكاة ظروف الطقس والأنظمة المالية المعقدة، والحوسبة عالية الأداء (HPC).

تُعَد الحوسبة السحابية، والتي تعني الوصول عند الطلب إلى الموارد الحوسبية عبر الإنترنت، مشابهةً للحوسبة الشبكية لكنها تختلف عنها في عدة جوانب مهمة. على الرغم من أنَّ كلًّا من بِنى الحوسبة السحابية وبِنى الحوسبة الشبكية تُعَد أنظمة موزعة، فإن الحوسبة السحابية تعتمد على نموذج عميل-خادم مُدار مركزيًا ومرن للغاية، ما يجعل الوصول إليها سهلًا للمستخدمين. في الحوسبة السحابية، تصل الشركات إلى الخدمات عبر الإنترنت باستخدام بروتوكولات قياسية، وتدفع فقط مقابل الموارد الحوسبية التي تحتاجها.

من ناحية أخرى، تعتمد الحوسبة الشبكية على بنية تحتية تُدار بشكل تعاوني، حيث تمتلك الموارد وتُديرها جهة واحدة. يجعل هذا الأمر الحوسبة الشبكية مثالية للشركات التي تُدير أعباء عمل ثابتة، لكنه يجعل الوصول إليها أصعب ويقلل من قابليتها للتوسع مقارنةً ببنى الحوسبة السحابية. بدلًا من استخدام بروتوكولات الحوسبة القياسية للوصول إلى خدمة معينة، يجب على مستخدمي الحوسبة الشبكية استخدام البرامج الوسيطة الخاصة بالشبكة، وهي تطبيقات متخصصة لبِنى الحوسبة الشبكية.

تتكون بيئة الحوسبة الشبكية من عدة عُقَد، وهي أجهزة كمبيوتر وأجهزة وموارد مبرمجة لأداء مهمة محددة. هذه الميزة تجعل الحوسبة الشبكية أكثر تنوعًا من الحوسبة العنقودية، وهو نوع آخر من الحوسبة تتم فيه مشاركة الموارد الحوسبية عبر شبكة.  بينما تحتوي المجموعات الحاسوبية على أجهزة ومهام ثابتة، فإن الحوسبة الشبكية توفِّر بيئة أكثر مرونة بكثير لمشاركة الموارد.

عادةً ما تتكون شبكة الحوسبة الشبكية من نوعين من العناصر: العُقد والبرامج الوسيطة.

تعتمد بنى الحوسبة الشبكية على ثلاثة أنواع من العُقد لإتمام مهمة الحوسبة الشبكية:

• عُقد المستخدم: عقدة المستخدم هي جهاز كمبيوتر يرسل طلبًا إلى نظام الحوسبة الشبكية للحصول على مورد محدد.

• عُقد المزوِّد: عقدة المزوِّد هي جهاز الكمبيوتر الذي شارك الموارد. غالبًا ما يتبادل المستخدم والمزوِّد الأدوار، حيث يطلب موردًا من عقدة ويشارك موردًا مع أخرى.

• عُقد التحكم: تُدير عُقد التحكم الشبكة وتخصِّص الموارد المختلفة على الشبكة. يعمل البرنامج الوسيط، وهو تطبيق أساسي لجميع شبكات الحوسبة الشبكية، على عُقد التحكم.

في البنية التحتية للحوسبة الشبكية، يُعرَف البرنامج الوسيط باسم وسيط الشبكة ويعمل كطبقة برمجية تمكِّن العُقد المختلفة من التواصل وتبادل الموارد. تتولى البرامج الوسيطة في الحوسبة الشبكية مسؤولية تنسيق الطلبات التي تقدِّمها عُقد المستخدمين مع الموارد المتاحة لدى عُقد المزوِّد.

تتميز البرامج الوسيطة في الحوسبة الشبكية بتخصص عالٍ وقدرة على التعامل مع الطلبات المتعلقة بمجموعة واسعة من الموارد الحوسبية مثل القدرة المعالجة (CPU) والذاكرة والتخزين. ويُعَد هذا الأمر حيويًا لعمل بنية الحوسبة الشبكية، إذ يوازن الموارد لمنع سوء الاستخدام ويضمن تشغيل النظام بأمان وكفاءة.

تتكون بنية الحوسبة الشبكية النموذجية من أربع طبقات تشمل التطبيقات، والبرامج الوسيطة، والموارد، وطبقة سفلية تُتيح لكل عقدة الاتصال بالشبكة.

• الطبقة الأولى: تُعرَف أيضًا باسم الطبقة العليا في نموذج الحوسبة الشبكية القياسي، وتتكون من تطبيقات عالية المستوى ذات غرض محدد، مثل تطبيق يعمل على تحليل البيانات أو النمذجة.

• الطبقة الثانية: الطبقة الثانية من بنية الحوسبة الشبكية هي التي توجد فيها البرامج الوسيطة، حيث تُدير طلبات عُقد المستخدم وتخصِّص الموارد من عُقد المزوِّد حسب الحاجة.

• الطبقة الثالثة: تتكون الطبقة الثالثة من شبكة الحوسبة الشبكية من جميع الموارد المتاحة على الشبكة، مثل وحدة المعالجة المركزية والذاكرة والتخزين والأجهزة والبرمجيات وغيرها.

• الطبقة الرابعة: الطبقة الأخيرة والمعروفة أيضًا باسم الطبقة "السفلية" أو طبقة "النسيج"، تمكِّن جميع العُقد في شبكة الحوسبة الشبكية من الاتصال بالشبكة. تتكون الطبقة الرابعة من الموارد المادية والمنطقية، بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر الفائقة، وأنظمة التخزين، وأنظمة الملفات الموزعة (DFS)، والمجموعات الحاسوبية.

عادةً ما يتم تقسيم الحوسبة الشبكية إلى خمسة أنواع أساسية بناءً على الغرض.

تُعَد الشبكات الحاسوبية أكثر أنواع بنية الحوسبة الشبكية شيوعًا، ويتم استخدامها لمجموعة واسعة من مهام الحوسبة عالية الأداء (HPC). الحوسبة الشبكية الحاسوبية تتطلب موارد كبيرة جدًا، حيث تجمع القدرة الحوسبية لعدة حواسيب عالية الأداء لإجراء محاكاة معقدة وحل مشكلات رياضية وخوارزميات واسعة النطاق.

يمكن للشبكة الحاسوبية تقسيم مهمة معقدة إلى مهام فرعية أصغر وأبسط، وتكليف كلٍّ منها لعقدة محددة. تُعرَف هذه العملية باسم الحوسبة الموازية أو البرمجة الموازية، وتعمل على تقليل الوقت والتكلفة بشكل كبير لحل المشكلات المعقدة والمستهلكة للموارد، والتي تُعَد جزءًا أساسيًا من التقنيات الحديثة مثل الذكاء الاصطناعي (AI)، والتعلّم الآلي (ML)، وتقنية سلسلة الكتل. وبسبب سرعتها، تُعَد الحوسبة الموازية مثالية للتقنيات المتقدمة التي تتطلب معالجة في الوقت الفعلي، مثل السيارات ذاتية القيادة، ونمذجة الطقس، وتطبيقات إنترنت الأشياء.

تُعرَف الحوسبة الشبكية المقتنصة أيضًا باسم شبكة اقتناص المعالج أو دورة الاقتناص، ولها تصميم ووظيفة مشابهان للشبكة الحوسبية، مع وجود فرق أساسي واحد. في الحوسبة الشبكية المقتنصة، تساهم العقد والأجهزة بالموارد المتاحة فقط في الشبكة الأكبر. يُشير مصطلح الاقتناص في هذا السياق إلى عملية البحث في شبكة من الموارد الحوسبية المتصلة عن الموارد المتاحة.

في الحوسبة الشبكية المقتنصة، تؤدي بعض العُقد مهامًا تتعلق بالغرض الأكبر للشبكة، بينما يتم استخدام العُقد الأخرى لأغراض أخرى غير ذات صلة. إذا احتاج مستخدمو الشبكة للوصول إلى أجهزة الكمبيوتر لأغراض غير مرتبطة بالحوسبة الشبكية، يعمل برنامج الشبكة ببساطة على تحديد العُقد والموارد الحوسبية المتاحة وتخصيصها.

شبكات البيانات هي شبكات حوسبة شبكية كبيرة تربط أجهزة الكمبيوتر بهدف زيادة سعة تخزين البيانات. تعمل الحوسبة الشبكية للبيانات على تقسيم مجموعة بيانات كبيرة بحيث يمكن تخزينها على أجهزة كمبيوتر متعددة متصلة عبر الشبكة. عادةً ما تتبادل أجهزة الكمبيوتر في الشبكة الحوسبية البيانية البيانات والموارد عبر منطقة جغرافية واسعة، ما يربط المستخدمين في مواقع بعيدة.

تُعَد شبكات البيانات مثالية لمهام الحوسبة التي يمكن تقسيمها إلى مهام فرعية أصغر وحلها بالتوازي. ويتم استخدامها على نطاق واسع في تقنيات الخدمات المصغرة وكأساس للسحابة الخاصة حيث يتم جمع الأجهزة معًا وتخصيص جزء من مواردها لغرض محدد. علاوةً على ذلك، غالبًا ما تظهر الأجهزة الافتراضية (VMs) في شبكة البيانات، ما يسمح بتجميع الموارد بكفاءة أكبر لمهام الحوسبة الشائعة مثل معالجة البيانات والتخزين.

تسمح الشبكات التعاونية، أو أطر عمل الحوسبة الشبكية التعاونية، لمجموعات من الأفراد بالاستفادة من شبكة حسابية للوصول إلى العمل والموارد المشتركة بسهولة أكبر.

تُتيح الشبكات التعاونية للفِرق المنتشرة على نطاق واسع مشاركة الخبرات والمساهمة في العمل في الوقت الفعلي أثناء سعيهم إلى تحقيق هدف مشترك. على سبيل المثال، تعمل الشبكات التعاونية على تمكين العديد من علماء المناخ والفيزيائيين من العمل على حل المشكلات عبر البيانات المشتركة والموارد الحسابية من جامعات ومؤسسات مختلفة في جميع أنحاء العالم.

تركِّز شبكات الوحدات على فصل موارد الحوسبة داخل نظام معين إلى وحدات منفصلة لزيادة أداء التطبيق. في شبكة الوحدات، يتم تفكيك الموارد المشتركة عادة مثل وحدات معالجة الرسومات والتخزين والذاكرة وإعادة دمجها لتحقيق كفاءة أكبر في تشغيل التطبيقات والخدمات المحددة.

يُتيح نهج الوحدات لفِرق تكنولوجيا المعلومات أن تكون أكثر مرونة عند تخصيص بيئة الحوسبة لتناسب احتياجاتهم. على سبيل المثال، في شبكة الوحدات، يمكن تخصيص التكوين لتلبية احتياجات الموارد المحددة لتطبيق أو خدمة فردية.

تُتيح الحوسبة الشبكية للمؤسسات معالجة كميات كبيرة من البيانات بشكل أسرع وأكثر كفاءة مقارنةً بالإعدادات التقليدية. تمكَّنت الشركات التي تستفيد من الحوسبة الشبكية من تحقيق قدر أكبر من المرونة وقابلية التوسع والفعالية من حيث التكلفة من خلال الاستفادة من الموارد لعدد من أغراض الأعمال. وفيما يلي بعض الفوائد الأكثر شيوعًا التي حققتها المؤسسات من الحوسبة الشبكية.

يتم استخدام الحوسبة الشبكية على نطاق واسع من قِبل المؤسسات الكبيرة عبر مجموعة واسعة من الصناعات. وقد نشرت الجامعات شبكات لحل مشكلات كبيرة ومعقدة تتطلب أجهزة كمبيوتر فائقة والتعاون مع الزملاء في جميع أنحاء العالم. لقد تمكَّنت أجهزة الكمبيوتر العملاقة الافتراضية القوية التي تعتمد على إطار عمل الحوسبة الشبكية من معالجة مهام علمية وهندسية معقدة تتعلق بتغيّر المناخ والفيزياء الفلكية وغيرها. وفيما يلي بعض حالات استخدام الحوسبة الشبكية الأكثر شيوعًا.

• الخدمات المصرفية: تستخدم البنوك الحوسبة الشبكية لمجموعة واسعة من أغراض الأمن وإدارة المخاطر. من خلال الاستفادة من موارد الحوسبة المجمعة لشبكة واسعة النطاق، يمكن للمؤسسات المالية التنبؤ بالتغيّرات في سوق الأوراق المالية واكتشاف التوجهات لمساعدتها على اتخاذ قرارات مالية أكثر ذكاءً لعملائها. وفقًا لمعهد Institute of Business Value، أفاد 78% من البنوك أنهم اتَّبعوا نهجًا تكتيكيًا تجاه الذكاء الاصطناعي التوليدي العام الماضي.

• علوم الحياة:تعتمد علوم الحياة مثل علم الأحياء وعلم الجينوم وعلم الأعصاب بشكل متزايد على الحوسبة الشبكية للمساعدة على استخراج كميات كبيرة من البيانات للحصول على رؤى وإجراء عمليات محاكاة أكثر دقة. على سبيل المثال، في دراسة الجينات البشرية، ساعدت الحوسبة الشبكية على معالجة وتحليل مجموعات البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة تسلسل الحمض النووي، وساعدت الباحثين على تحديد الطفرات.

• حوسبة الحافة وتطبيقات إنترنت الأشياء (IoT): تستخدم حوسبة الحافة، وهي إطار عمل للحوسبة الموزعة له أهمية خاصة لتطبيقات الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء المتطورة، والحوسبة الشبكية لمعالجة البيانات وتحليلها في مصدرها. وفقًا لتقرير حديث صادر عن شركة Straits Research، فإن حوسبة الحافة ضرورية لمعدل النمو السنوي المركب القوي للحوسبة الشبكية (CAGR) والذي من المتوقع أن يبلغ 17.1% على مدى السنوات الست المقبلة.¹

• صناعة الأفلام: يستخدم العديد من المؤثِّرات الخاصة المتقدمة التي نشاهدها في الأفلام اليوم نوعًا ما من إطار عمل الحوسبة الشبكية لتسريع المعالجة. ويعتمد مصمِّمو المؤثرات الخاصة على خدمات الشبكة لتقصير الجداول الزمنية للإنتاج والوفاء بالمواعيد النهائية عند تقديم صور معقدة.

• الألعاب: يعتمد مطوِّرو ألعاب الفيديو على الحوسبة الشبكية للحصول على موارد حوسبية إضافية عند بناء العوالم المرئية المذهلة التي سيستكشفها اللاعبون. تعمل أنظمة الحوسبة الشبكية على تقسيم المهام الحوسبية الكبيرة وتوزيعها على العُقد في شبكة متصلة من أجهزة الكمبيوتر، ما يقلل من زمن الإنتاج.