Централизованные, децентрализованные и распределенные сети: что это такое?

При обсуждении технологии блокчейн часто используется термин «децентрализованная сеть». Но многим людям все еще трудно объяснить, что такое децентрализованная сеть, есть ли разница между децентрализованными и распределенными сетями и какие преимущества имеют эти сетевые структуры по сравнению с централизованными сетями.

Каждый тип сетевой архитектуры имеет свой набор плюсов и минусов.

В этой статье мы обсудим основные различия между централизованными, децентрализованными и распределенными сетями.

Что такое централизованная сеть?

Централизованные сети строятся вокруг единого централизованного сервера / главного узла, который обрабатывает все основные данные и хранит данные и информацию о пользователях, к которым могут получить доступ другие пользователи.

Отсюда клиентские узлы могут быть подключены к главному серверу и отправлять запросы данных вместо того, чтобы выполнять их напрямую.

Большинство веб-сервисов, включая YouTube, магазин мобильных приложений или вашу учетную запись в онлайн-банке, координируются владельцем централизованной сети, а это означает, что все транзакции с данными в этих сетях требуют проверки сторонним органом.

Централизованные сети в настоящее время являются наиболее широко используемым типом сети в Интернете.

Эти сети зависят от центрального владельца сети для подключения всех других спутниковых пользователей и устройств - это означает, что существует единая точка отказа, которая может быть преднамеренно использована злоумышленниками.

Преимущества централизованной сети

• Простое и быстрое развертывание: поскольку цепочки команд четко определены в централизованных сетях, делегирование внутри сети относительно просто, и требуется меньше перекрестного обмена сообщениями на разных уровнях авторизации. Также легко добавлять и удалять клиентские узлы из сети, создавая или удаляя соединения между клиентским узлом и основным сервером. Однако это не увеличивает вычислительную мощность сети.
• Доступное обслуживание: централизованные сети, как правило, являются наиболее экономичным вариантом для небольших систем и требуют меньше ресурсов для настройки и обслуживания. Кроме того, когда сетевому администратору необходимо исправить или обновить сеть, необходимо обновить только центральный сервер. Это сокращает время и накладные расходы, необходимые для поддержания сети в актуальном состоянии.
• Согласованность: учитывая нисходящий характер централизованных сетей, проще стандартизировать взаимодействие между основным сервером и клиентскими узлами. Это может привести к более последовательному и оптимизированному взаимодействию с конечным пользователем. Кроме того, поскольку отслеживать и собирать данные в сети относительно легко, посторонние или отклоняющиеся от нормы действия можно искоренить и удалить в соответствии с приоритетами и потребностями сети.

Недостатки централизованной сети

• Повышенные риски простоя: поскольку централизованные сети имеют единую точку отказа, в случае отказа основного сервера вся сеть, скорее всего, отключится. Таким образом, клиентские узлы не смогут самостоятельно отправлять, получать или обрабатывать пользовательские запросы. Кроме того, обслуживание сервера может включать временное отключение основного сервера, что, вероятно, приведет к перебоям в обслуживании и, как следствие, к неудобствам / снижению надежности с точки зрения пользователя.
• Более высокие риски безопасности: наличие единой точки отказа также увеличивает шансы нарушения безопасности или сбоев из-за угроз кибербезопасности, таких как атаки DDOS, поскольку существует только одна цель, которую можно скомпрометировать. Кроме того, поскольку существует только одно центральное хранилище для пользовательских данных, централизованные сети всегда будут сопряжены с внутренними рисками конфиденциальности. Если главный сервер поврежден или отключен, его данные могут быть безвозвратно потеряны.
• Ограниченная масштабируемость: централизованные сети может быть трудно масштабировать после определенной точки, поскольку единственный способ сделать это - добавить больше хранилища, или вычислительной мощности на центральный сервер. Более того, если в сети возникают всплески трафика, превышающие те, для обработки которых сеть была спроектирована, могут возникнуть информационные узкие места, при этом пользователи, удаленные от центрального сервера, будут испытывать увеличенную задержку.

Что такое децентрализованная сеть?

Напротив, децентрализованная сеть распределяет рабочие нагрузки по обработке информации между несколькими устройствами вместо того, чтобы полагаться на один центральный сервер.

Каждое из этих отдельных устройств служит мини-центральным блоком, который независимо взаимодействует с другими узлами.

В результате, даже если один из главных узлов выходит из строя или скомпрометирован, другие серверы могут продолжать предоставлять пользователям доступ к данным, и вся сеть будет продолжать работать с ограниченными или нулевыми нарушениями.

Децентрализованные сети стали возможны благодаря последним технологическим достижениям, которые снабдили компьютеры и другие устройства значительной вычислительной мощностью и могут быть синхронизированы и использоваться для распределенной обработки.

Однако, хотя децентрализованные сети существенно отличаются от централизованных сетей, важно отметить, что децентрализованные сети не распределяют хранение и обработку данных равномерно по всей сети и по-прежнему полагаются на основные серверы, хотя и более одного на сеть.

Преимущества децентрализованной сети

• Повышенная гибкость / масштабируемость: поскольку децентрализованные сети не имеют единой точки отказа, они могут продолжать работать, даже если главный узел скомпрометирован или отключен. Кроме того, децентрализованные сети легко масштабируются, поскольку вы можете просто добавить в сеть больше устройств, чтобы увеличить ее вычислительную мощность, а обслуживание сети обычно не требует полного отключения сети.
• Более высокая производительность: пользовательские запросы часто выполняются быстрее при использовании децентрализованной сети, потому что сетевые администраторы могут создавать главные узлы в регионах с высокой пользовательской активностью, в отличие от маршрутизации соединений на обширных пространствах к одному централизованному серверу.
• Повышенная конфиденциальность: децентрализованные сети обеспечивают большую степень конфиденциальности пользователей, поскольку информация, сохраненная в сети, распространяется по нескольким точкам, а не через одну точку. Это затрудняет отслеживание потоков данных в сети и устраняет риски того, что злоумышленники могут преследовать только одну цель.

Недостатки децентрализованной сети

• Высокие затраты на обслуживание: децентрализованные сети более отказоустойчивы, чем централизованные. Это обычно делает обслуживание этих сетей более дорогостоящим и трудоемким. Поскольку децентрализованная сеть использует несколько устройств для поддержки системы, это ложится соразмерной нагрузкой на IT-ресурсы организации. В результате децентрализованные системы часто не подходят для организаций, которым требуется только небольшая система, поскольку соотношение затрат и выгод в этих условиях не является благоприятным.
• Проблемы координации: поскольку главные узлы в децентрализованной сети действуют независимо и могут не взаимодействовать друг с другом, более крупные организации могут столкнуться с проблемами координации и столкнуться с трудностями при управлении коллективными задачами и их выполнении. Хотя это преднамеренная особенность децентрализованных сетей, это означает, что не все бизнес-модели и организационные структуры обязательно выиграют от использования децентрализованной сети.

Что такое распределенная сеть?

Распределенная сеть похожа на децентрализованную сеть в том смысле, что она отказывается от единственного централизованного главного сервера в пользу нескольких владельцев сети.

Однако распределенные сети состоят из равных, взаимосвязанных узлов, что означает, что владение данными и вычислительные ресурсы равномерно распределяются по всей сети.

Термин «распределенная сеть» иногда используется для описания сети, которая просто географически распределена, но может следовать модели иерархии узлов сверху вниз. Однако в большинстве случаев этот термин относится к сети, в которой расположение узлов и вычислительные ресурсы распределены равномерно.

Поскольку распределенные сети не имеют центрального сервера или отдельного набора главных узлов, бремя обработки данных перекладывается на всю сеть, при этом всем пользователям предоставляется равный доступ к данным.

Поэтому процесс принятия решений в распределенной сети обычно включает голосование отдельных узлов за переход в новое состояние, а окончательное поведение системы изменяется в соответствии с совокупными результатами решений, за которые голосует каждый отдельный узел.

Конкретные процессы, с помощью которых распределенная сеть голосует и принимает решения, зависят от механизма консенсуса в сети.

Все формы распределенного принятия решений включают взаимодействие отдельных компонентов сети друг с другом для достижения общей цели.

Следовательно, благодаря своей действительно децентрализованной природе распределенные сети чрезвычайно отказоустойчивы и безопасны.

Их преимущества и недостатки полностью повторяют преимущества и недостатки децентрализованных сетей, но в большей степени.

Преимущества распределенных сетей

• Исключительная отказоустойчивость: в распределенных сетях узел может выйти из строя независимо, не затрагивая остальную систему, поскольку вычислительная нагрузка будет просто перебалансирована между оставшимися узлами. В результате распределенные системы данных значительно более устойчивы, чем другие сетевые архитектуры, которые полагаются на ту или иную форму иерархии узлов сверху вниз.
• Скорость и масштабируемость: распределенные сети более масштабируемы, чем централизованные и децентрализованные сети. Как правило, они также имеют меньшую задержку из-за равномерного распределения вычислительной мощности и данных в сети.
• Повышенная прозрачность: поскольку данные в распределенной сети распределяются равномерно по всей сети, значительно сложнее успешно изменить, подвергнуть цензуре или уничтожить информацию в сети. В результате распределенные сети по своей сути более прозрачны, чем другие системы, особенно с учетом того факта, что они часто используют криптографию для защиты своих данных.

Недостатки распределенных сетей

• Высокие затраты на обслуживание: как и в случае с децентрализованными сетями, распределенные сети требуют больше ресурсов для обслуживания или перенастройки, поскольку любое значимое изменение требует обновления каждого отдельного узла. А поскольку распределенные узлы имеют разные задержки и не следят за общими часами, сетевые администраторы не могут временно упорядочивать команды или журналы. В результате может быть сложно разработать и отладить алгоритмы для распределенной сети.
• Проблемы координации: при отсутствии иерархии узлов нет вышестоящих узлов, контролирующих поведение подчиненных узлов, и, следовательно, нет способа регулировать отдельные узлы в системе. Поэтому может быть сложно принимать своевременные решения или решать крупномасштабные задачи. Эта децентрализованная цепочка подчинения может стать непреодолимой проблемой для определенных предприятий и организаций. Кроме того, поскольку любому отдельному узлу сложно получить глобальное представление обо всей сети, поэтому для отдельных узлов сложнее принимать обоснованные решения на основе состояния других узлов в системе.

Блокчейн-сети: вывод

Обсуждая относительные достоинства различных сетевых архитектур, важно помнить, что ни одна конфигурация не превосходит любую другую во всех средах. 

При этом современный Интернет в значительной степени построен на централизованных сетях, поэтому большинство устаревших систем включают некоторую форму централизованной конфигурации.

В настоящее время происходит много инноваций за счет более широкого внедрения децентрализованных и распределенных сетевых структур, которые во многом были разработаны для устранения ограничений устаревших системных архитектур.

Например, децентрализованные и распределенные системы могут актуализировать ранее теоретические приложения, такие как децентрализованные финансы и создание суверенной идентичности.

По мере того, как спектр вариантов конфигурации сети продолжает расширяться, организации будут все в большей степени иметь возможность выбирать сетевую архитектуру, которая лучше всего соответствует их конкретным потребностям, вместо того, чтобы пытаться проектировать вокруг ограниченного набора сетевых моделей.

В результате, поскольку альтернативные сетевые архитектуры становятся все более распространенными, сама структура цифрового мира вполне может сместиться в сторону чего-то более децентрализованного и распределенного.