نظام موزع: الهيكل الخفي للإنترنت والبلوكتشين

هل تعلم؟ الشبكة التي تستخدمها الآن، البلوكتشين، وخدمات السحابة، كلها تعمل بنفس المنطق - نظام موزع. ببساطة، يعني ذلك تقسيم مهمة كبيرة على عدة أجهزة كمبيوتر للعمل عليها في نفس الوقت، ثم تتواصل مع بعضها البعض لتحقيق الهدف. يبدو الأمر غير معقد، لكن هذه التقنية تدعم الإنترنت بأكمله.

ما هو النظام الموزع بالضبط؟

تخيل أنك بحاجة إلى معالجة 10 مليار صفقة بيانات. سيستغرق الأمر حاسوبًا واحدًا زمنًا طويلاً جدًا. ولكن إذا قمت بتقسيم البيانات إلى 100 جزء، وأعطيت 100 حاسوب لمعالجتها في نفس الوقت، ستتمكن من إنجاز ذلك في 1/100 من الوقت. هذه هي المنطق الأساسي للتوزيع - المعالجة المتوازية، توزيع الضغط.

يتضمن النظام الموزع ثلاثة أجزاء رئيسية:

1. عدة عقد مستقلة

كل جهاز كمبيوتر هو عقدة يمكن أن تعمل بشكل مستقل، ويمكنها أيضًا التعاون مع بعضها البعض. مثل سرب النحل، كل نحلة لديها مهمتها الخاصة، لكنها تتعاون بشكل وثيق.

2. طبقة الاتصالات الشبكية

تتبادل العقد المعلومات عبر بروتوكولات الشبكة (TCP/IP، HTTP، إلخ). هذه هي النقطة الأساسية - إذا حدثت مشكلة في الاتصال، يمكن أن يتعطل النظام بأكمله.

3. الوسيط

مسؤول عن تنسيق عمل العقد المختلفة، وضمان أنها تسير بخطى متسقة.

لماذا الجميع يستخدمون التوزيع؟

مزايا مذهلة:

• أداء عالي: العديد من أجهزة الكمبيوتر تعمل، السرعة سريعة للغاية
• قدرة تحمل الأخطاء قوية: إذا تعطلت كمبيوتر واحد، تستمر الآخرين في العمل، لن يتعطل النظام.
• قابلية التوسع: عدد المستخدمين زاد؟ أضف جهاز كمبيوتر واحد فقط، لا حاجة لإعادة البناء بالكامل
• توفر عالٍ: خدمة مستمرة على مدار 7×24

مثل شبكة البيتكوين، حيث يتحقق الآلاف من العقد في جميع أنحاء العالم من المعاملات في نفس الوقت، ولا يؤثر فشل أي عقدة فردية على الشبكة بأكملها. هذه هي مرونة التوزيع.

لكن العيوب واضحة أيضًا:

• صعوبة التنسيق: تحتاج عدة عقد إلى مزامنة المعلومات، مما قد يؤدي إلى عدم تناسق البيانات.
• تعقيد عالي: تكاليف التصميم والصيانة ضخمة، تتطلب خبرات متخصصة
• خطر الإغلاق: عند تنافس العمليات المتعددة على الموارد، من السهل أن تنتظر بعضها البعض، مما يؤدي إلى التوقف

ما هي الأنظمة الموزعة الموجودة في الواقع؟

البلوكتشين (نظام موزع نهائي)

لديه جميع الميزات التي تريدها - اللامركزية، الأمان العالي، الحماية من التلاعب. يتم توزيع دفتر الحسابات على عقد في جميع أنحاء العالم، كل عقدة لديها نسخة كاملة، يجب على المخترقين مهاجمة أكثر من 51% من العقد للتلاعب، والتكلفة مرتفعة بلا حدود.

محرك البحث

تستخدم Google آلاف الخوادم الزاحفة الموزعة للزحف على صفحات الويب، وبناء الفهارس، ومعالجة الاستعلامات. في اللحظة التي تبحث فيها، قد تقوم الخلفية بتفعيل 100 جهاز كمبيوتر.

منصة وسائل التواصل الاجتماعي

تتوزع بيانات مستخدمي فيسبوك وتويتر في مراكز البيانات المختلفة حول العالم، إذا تعطل أحدها، يتم الاعتماد على الآخرين.

حوسبة سحابية

AWS و Azure كلاهما موزع. في الواقع، الخادم السحابي الخاص بك هو آلة افتراضية في مركز بيانات ما، حيث تعمل تخزين البيانات الموزعة والحساب في الطبقة الأساسية.

ما هي أنواع الأنظمة الموزعة؟

1. نموذج العميل-الخادم

متصفحك هو العميل، وخادم الموقع هو الخادم. الأكثر شيوعًا في الهيكل.

2. شبكة الند للند

كل عقدة هي عميل وخادم في نفس الوقت. يستخدم نموذج هذا في تنزيل BitTorrent وتخزين IPFS. لا يوجد خادم مركزي، ومن الناحية النظرية، من الأصعب السيطرة عليه.

3. قاعدة بيانات موزعة

قاعدة البيانات موزعة على عدة آلات. يتم تخزين قاعدة طلبات منصة التجارة الإلكترونية وقاعدة مستخدمي الشبكة الاجتماعية بهذه الطريقة، مما يتطلب توفرًا عاليًا واستجابة سريعة.

4. مختلط

دمج الهياكل المتنوعة. على سبيل المثال، بعض مشاريع Web3، تستخدم تخزين البيانات عبر P2P، وتوفر واجهة استعلام عبر نموذج العميل-الخادم.

الخصائص الأساسية التي يجب أن تفهمها

التوازي

تشغيل مهام متعددة في نفس الوقت. الفائدة هي الكفاءة العالية، والعيب هو سهولة حدوث حالات التنافس (race condition) والاحتجاز الميت.

قابلية التوسع

يمكن أن يؤدي إضافة العقد إلى تحسين الأداء بشكل خطي (في الحالة المثالية). في الواقع، سيكون هناك عنق زجاجة في الشبكة.

تحمل الخطأ

لن تؤدي بعض الأعطال إلى تعطل النظام بالكامل. يتم تحقيق ذلك من خلال التكرار والنسخ الاحتياطي والتحويل الفوري.

اتساق البيانات

هذا هو الأصعب. كيف يمكن ضمان توافق جميع النسخ عندما تقوم عدة عقد بتعديل البيانات في نفس الوقت؟ يستخدم البلوكتشين إثبات العمل لحل هذه المشكلة، بينما تستخدم قواعد البيانات الموزعة الالتزام الثنائي أو التوافق النهائي لحلها.

الشفافية

يجب تصميم هذا بعناية حتى يشعر المستخدمون أن النظام غير مركزي، كما لو كانوا يستخدمون جهاز كمبيوتر واحد.

الاتجاهات المستقبلية

الحوسبة السحابية أصبحت أرخص، حيث تتجه معالجة البيانات الضخمة، وتدريب الذكاء الاصطناعي نحو التوزيع. الحوسبة الطرفية تجعل الحوسبة أقرب إلى المستخدم، مما يقلل من زمن التأخير. العمارة السحابية الأصلية تجعل الأنظمة الموزعة أسهل في النشر والإدارة.

الخط السفلي: لم يعد النظام الموزع هو المستقبل، بل هو الحاضر. من استخدامك لهاتفك المحمول إلى تعدين البلوكتشين، فإن التوزيع يدعم كل ذلك بصمت. فهمه يعني فهم جوهر الإنترنت.