آموزش رایگان cisco ccna enterprise؛ قسمت هفتم: توپولوژی‌های رایج طراحی شبکه

در مجموعه مقالات آموزش ccna فالنیک مباحث بنیادین و مفاهیم کلیدی در شبکه‌های کامپیوتری بررسی می‌شود. در این قسمت با مدل‌های طراحی شبکه‌های سیسکو و توپولوژی‌های رایج در طراحی شبکه‌ها آشنا می‌شوید. با فالنیک همراه باشید.

• مدل‌های طراحی شبکه های سیسکو
• معرفی توپولوژی یا پیکربندی های شبکه
• توپولوژی فیزیکی در مقابل توپولوژی منطقی
• توپولوژی مشبک (مش) کامل یا جزئی
• توپولوژی سوهو
• مقایسه استقرار درون سازمانی و ابری

مدل‌های طراحی شبکه های سیسکو

هنگام طراحی شبکه‌های سیسکو، ما معمولا از سه مدل طراحی رایج استفاده می‌کنیم:

1. مدل سه لایه (Three-tier)
2. مدل دو لایه/فروریخته (Collapsed/ Two-tier)
3. Spine-leaf

در محتوای ” آموزش رایگان cisco ccna enterprise ؛ قسمت سوم: معماری leaf spine” به تفضیل این معماری‌ها را بررسی کردیم، بنابراین در این‌جا اشاره کوتاهی به آن‌ها خواهیم داشت.

1. معماری سه لایه

مدل معماری سه لایه یک مدل رایج است که توسط متخصصان شبکه سیسکو برای طراحی شبکه‌های مبتنی بر تجهیزات سیسکو طراحی شده است. تعریف هر یک از این لایه‌ها به شرح زیر است:

•   لایه دسترسی (Access Layer): این لایه در عمق سلسله مراتب طراحی قرار دارد و به کاربران نهایی اجازه می‌دهد از طریق سوئیچ‌ها به شبکه متصل شوند. لایه دسترسی به سرپرستان شبکه اجازه می‌دهد از طریق دامنه‌های پخشی ترافیک کاربران را از یکدیگر متمایز کنند. در شبکه‌های بزرگ سازمانی، هر یک از سوییچ‌های نصب شده در هر طبقه از ساختمان به عنوان سوییچ لایه دسترسی شناخته می‌شود.

•   لایه توزیع (Distribution layer): لایه میانی که پس از لایه دسترسی قرار دارد به شما امکان می‌دهد با استفاده از ویژگی‌هایی مانند مسیریابی، فهرست‌های کنترل دسترسی (ACL) و خط‌مشی‌های دسترسی به شبکه، تعیین کنید که چه کسی می‌تواند به چه بخشی از شبکه دسترسی داشته باشد.

•   لایه مرکزی (Core Layer): بالاترین لایه این مدل ستون فقرات شبکه را تشریح می‌کند. این لایه معمولا برای اتصال شبکه‌های ساختمان‌های مختلف به یکدیگر استفاده می‌شود و شامل روترهای اصلی است که وظیفه انتقال ترافیک به/از شبکه را بر عهده دارند.

• معماری هسته فروریخته (Two-tier)

معمولا یک سازمان کوچک نیازی به استفاده از یک مدل سه لایه ندارد، بنابراین می‌تواند لایه‌های توزیع و هسته را در یک لایه به‌نام لایه فرو ریخته ادغام کند. در این معماری، لایه دسترسی به همراه لایه مرکزی/توزیع شده تعریف می‌شوند. در حالت کلی، این معماری بیشتر در ارتباط با شرکت‌های کوچکی استفاده می‌شود که شبکه‌ای میان چند طبقه از ساختمان را پیاده‌سازی کرده‌اند. هر طبقه دارای یک سوئیچ لایه دسترسی است که کلاینت‌های آن طبقه برای اتصال به شبکه به سوییچ متصل می‌شوند. در ادامه سوئیچ‌های هر طبقه به سوییچ مرکزی متصل می‌شوند که خود متصل به روتری است که دسترسی به شبکه گسترده (WAN) یا اینترنت را امکان‌پذیر می‌کند.

• معماری برگ-ستون فقرات (Spine-leaf)

نمونه دیگری از معماری دو لایه معماری ستون فقرات است که در آن لایه پایینی لایه برگ است که شامل سوئیچ‌های دسترسی است که دستگاه‌ها را قادر می‌سازد به شبکه متصل شوند. سپس سوئیچ‌های لایه برگ به سوئیچ‌های لایه ستون فقرات متصل می‌شوند که تمام سوئیچ‌ها را به بقیه شبکه متصل می‌کند. مدل برگ-ستون فقرات در شکل زیر نشان داده شده است. توجه داشته باشید که سوئیچ‌های لایه برگ، سوئیچ‌های لایه دسترسی با توپولوژی شبکه کامل هستند که به سوئیچ‌های لایه ستون فقرات متصل می‌شوند.

شبکه‌‌ای که خوب طراحی شده باشد دارای ساختار سلسله مراتبی و ماژولار است، به این معنا که مشکلی بابت اضافه کردن کلاینت‌ها یا تجهیزات جدید به شبکه وجود ندارد و هر لایه مسئول انجام وظایف خاصی است. در چنین شبکه‌هایی گسترش‌پذیری به‌سادگی انجام می‌شود و شبکه این توانایی را دارد که همسو با اهداف تجاری سازمان رشد کرده و بزرگ شود. مهم‌ترین نکته‌ای که هنگام طراحی یک شبکه سازمانی باید به آن دقت کنید انعطاف‌پذیری (flexible) و تاب‌آوری (resilient) است. به این معنا که شبکه همیشه در دسترس باشد. رعایت این دو نکته باعث می‌شود که در عمل به فکر پیاده‌سازی افزونگی باشید.

معرفی پیکربندی های شبکه

علاوه بر طراحی‌های رایج در شبکه‌های سیسکو، توپولوژی‌های دیگری نیز در طراحی شبکه کاربرد دارند. هنگامی که دستگاه‌ها را به یک شبکه متصل می‌کنید باید تصمیم بگیرید که از کدام توپولوژی استفاده کنید. توپولوژی شبکه، طرح‌واره (Schema) شبکه است. شما می‌توانید از میان توپولوژی‌های مختلف شبکه که در دسترس قرار دارند گزینه موردنظر را انتخاب کنید. مسئله مهم این است که توپولوژی هماهنگ با خط‌مشی‌های تجاری را استفاده کنید.

1. پیکربندی نقطه به نقطه (Point to Point): یک ارتباط واحد بین دو مولفه برقرار می‌کند. در این توپولوژی، دو مولفه می‌توانند به‌شکل مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. این نوع ارتباط هنگامی که ارتباطات محدود هستند و قرار نیست دستگاه‌های مختلف به یکدیگر متصل شوند مناسب است. نمونه‌ای از توپولوژی نقطه به نقطه، اتصال دو روتر است که از طریق یک لینک WAN اختصاصی به یکدیگر متصل می‌شوند.
2. پیکربندی ستاره (Star): یک دستگاه مرکزی اتصالات نقطه به نقطه زیادی با سایر مولفه‌ها برقرار می‌کند. توپولوژی‌های ستاره‌ای در محیط‌هایی استفاده می‌شود که در آن مولفه‌های زیادی نیاز به اتصال دارند. نمونه‌ای از یک رسانه‌ انتقال که در توپولوژی ستاره از آن استفاده می‌شود 1000BaseTx Ethernet است. هنگام اتصال مولفه‌ها به یکدیگر، همه دستگاه‌ها مانند کلاینت‌ها و سرورها به یک سوئیچ مرکزی متصل می‌شوند.

عیب بزرگ توپولوژی ستاره این است که اگر دستگاه مرکزی از کار بیفتد، هیچ‌یک از مولفه‌ها قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر نیستند. برای حل این مشکل، می‌توان از توپولوژی ستاره توسعه یافته استفاده کرد. یک توپولوژی ستاره توسعه به این صورت عمل می‌کند که چند توپولوژی ستاره‌ای را به یکدیگر متصل می‌کند.

• پیکربندی خطی/اتوبوسی (Bus): همه مولفه‌ها به کابل شبکه واحد که میان ‌آن‌ها به‌اشتراک قرار گرفته متصل می‌شوند. توپولوژی‌های خطی سال‌ها قبل با معماری‌های شبکه مثل 10Base5 و 10Base2 Ethernet استفاده می‌شد. در این توپولوژی انواع خاصی از کانکتورها یا فرستنده‌گیرنده‌ها برای اتصال دستگاه‌ها به کابل‌کشی خطی استفاده می‌شوند. به‌طور مثال، در 10Base5 قدیمی، تجهیزات از طریق دستگاه خاصی که vampire tap نامیده می‌شد به کابل کواکسیال متصل می‌شدند.

این دستگاه سیگنالی روی کابل کواکسیال ارسال و اتصال فیزیکی میان یک دستگاه شبکه با کابل شبکه را برقرار می‌کرد.

• پیکربندی حلقه (Ring): در معماری فوق دستگاه اول به دستگاه دوم متصل می‌شود، دستگاه دوم به دستگاه سوم متصل می‌شود و این روند ادامه پیدا می‌کند تا آخرین دستگاه به دستگاه اول متصل شود. توپولوژی‌های حلقه را می‌توان به‌شکل یک حلقه یا یک حلقه دوگانه پیاده‌سازی کرد. معمولا حلقه‌های دوتایی در مواقعی استفاده می‌شوند که نیازمند افزونگی هستید. به عنوان مثال، اگر یکی از مولفه‌ها در حلقه از کار بیفتد، حلقه یک دور بی پایان را به‌وجود آورد. شکل زیر این مسئله را نشان می‌دهد.

رابط داده‌های توزیع شده فیبر FDDI (سرنام Fibre Distributed Data Interface) نمونه‌ای از معماری شبکه است که از توپولوژی حلقه دوگانه برای اتصال سیستم‌ها به شبکه استفاده می‌کند و تا حدودی مشکل توپولوژی تک حلقه‌ای را برطرف می‌کند. به‌عنوان یک کارشناس شبکه به این نکته مهم دقت کنید که توپولوژی‌های تک حلقه فاقد این نوع ویژگی افزونگی هستند و در نتیجه اگر در حلقه مشکلی به‌وجود بیاید، شبکه از کار می‌افتد.

نکته: Token Ring و FDDI نمونه‌هایی از معماری شبکه هستند که از توپولوژی حلقه استفاده می‌کنند. امروزه به ندرت در شبکه‌ها از این معماری استفاده می‌شود.

توپولوژی فیزیکی در مقابل منطقی

توپولوژی فیزیکی نحوه کابل‌کشی فیزیکی و ارتباط میان مولفه‌ها را توضیح می‌دهد. به‌طور مثال، شبکه‌های 1000BaseT دارای توپولوژی ستاره فیزیکی هستند و FDDI از توپولوژی حلقه دوگانه فیزیکی استفاده می‌کند.

توپولوژی منطقی نحوه ارتباط مولفه‌ها در توپولوژی فیزیکی را توصیف می‌کند. بنابراین باید بدانیم توپولوژی‌های فیزیکی و منطقی مستقل از یکدیگر هستند. به‌عنوان مثال، شبکه اترنتی را تصور کنید که از توپولوژی خطی منطقی برای برقراری ارتباط مولفه‌ها با یکدیگر بدون توجه به طرح فیزیکی کابل‌کشی استفاده می‌کند. در این‌جا، ممکن است از 1000BaseT همراه با توپولوژی ستاره فیزیکی برای اتصال مولفه‌ها به یکدیگر استفاده کنید، اما مؤلفه‌های مذکور از توپولوژی خطی منطقی برای برقراری ارتباط استفاده کنند.

Token Ring نمونه خوب دیگری از معماری شبکه است که توپولوژی فیزیکی متفاوتی با توپولوژی منطقی خود دارد. از نظر فیزیکی، Token Ring از توپولوژی ستاره‌ای، مشابه اترنت 1000BaseT استفاده می‌کند. یعنی هر سیستم به‌طور فیزیکی به یک دستگاه مرکزی متصل است، اما به‌طور منطقی، مولفه‌های Token Ring از توپولوژی حلقه برای برقراری ارتباط بین دستگاه‌ها استفاده می‌کنند. رویکرد فوق می‌تواند باعث سردرگمی شود، به‌ویژه هنگامی که در نظر دارید مشخص کنید مولفه‌ها قرار است به چه نحوی به یکدیگر متصل شده و با هم ارتباط برقرار کنند.

جدول زیر معماری‌های رایج شبکه و توپولوژی‌های فیزیکی و منطقی آن‌ها را نشان می‌دهد.

توپولوژی مشبک (مش) کامل یا جزیی

به‌طور کلی، الگوی مشبک نحوه اتصال مولفه‌ها به یکدیگر را توصیف می‌کند. امروزه دو نوع توپولوژی مشبک جزئی و کامل استفاده می‌شود. در یک محیط نیمه مشبک، هر دستگاهی به هر دستگاه دیگر متصل نیست. در یک محیط کاملا مشبک، هر مولفه به هر مولفه دیگر متصل است. شکل زیر نمونه‌هایی از این دو نوع توپولوژی را نشان می‌دهد.

مهم است به این نکته دقت کنید که مانند توپولوژی‌های فیزیکی و منطقی، مشبک جزئی و کامل هم از منظر فیزیکی و منطقی قابل بحث هستند. به‌عنوان مثال، در یک توپولوژی خطی فیزیکی، همه مولفه‌ها به‌طور کامل مشبک هستند، زیرا همه آ‌ن‌ها به یک کابل متصل هستند. در این‌جا نیز صحبت از یک توپولوژی فیزیکی و یک توپولوژی کاملا مشبک منطقی است که در توپولوژی‌های LAN رایج است. از طرف دیگر شبکه‌های WAN به دلیل این‌که هزینه‌بر هستند، معمولاً از توپولوژی‌های نیمه مشبک برای کاهش هزینه اتصال مولفه‌ها و مکان‌ها استفاده می‌کنند. به‌طور مثال، در شبکه نیمه مشبک نشان داده شده در سمت چپ شکل بالا، مولفه‌های بالا، چپ و پایین همگی می‌توانند از طریق دستگاه سمت راست ارتباط برقرار کنند. این ارتباط باعث تاخیر در انتقال می‌شود، اما هزینه را کاهش می‌دهد، زیرا به تعداد کمی اتصال نیاز است.

نکته: فرمول مورد استفاده برای تعیین تعداد لینک‌های پیوندهای مورد نیاز برای مشبک‌سازی کامل یک شبکه گسترده به شرح زیر است:

WAN is N × (N – 1) / 2

در فرمول فوق، N تعداد مکان‌ها است. به عنوان مثال، اگر 10 مکان داشتید، به 10  × (10-1) /2 = 45 لینک نیاز دارید تا سایت‌ها را بر مبنای توپولوژی مشبک کامل به یکدیگر مرتبط کنید.

توپولوژی سوهو – soho

توپولوژی شبکه سوهو (سرنام Small Office/Home Office) یک توپولوژی خاص شبکه است که برای متصل کردن تعداد کمی از دستگاه‌ها به شبکه و اینترنت از آن استفاده می‌شود. یک شبکه SOHO معمولاً شامل یک اتصال اینترنت پرسرعت از مودم شرکت ارائه‌دهنده خدمات اینترنتی به خانه یا دفتر است.

در این مدل، مودم ISP به یک پورت WAN/اینترنت روتر بی‌سیم متصل می‌شود. روتری که معمولاً دارای چهار پورت است و به کاربران اجازه می‌دهد با استفاده از کابل‌های (UTP) یک ارتباط سیمی یا بی‌سیم میان تجهیزات برقرار کنند. یک روتر بی‌سیم در یک شبکه SOHO می‌تواند خدمات مختلفی مانند  سرور DHCP، یک دستگاه NAT، یک فایروال یا یک اکسس‌پوینت بی‌سیم را ارائه دهد.

مقایسه استقرار درون سازمانی و ابری

بیایید مقایسه‌ای بین استقرار درون سازمانی که با اصطلاح on premise شناخته می‌شود، با مدل ابری داشته باشیم. امروزه میان مدیران ارشد فناوری اطلاعات در داخل و خارج از ایران بحث داغی پیرامون محیط‌های شبکه‌ای و دو مبحث درون سازمانی و ابری، برقرار است. در مدل استقرار درون سازمانی تجهیزات شبکه همگی در محل سازمان وجود دارند و نظارت بر آن‌ها به شکل فیزیکی یا از راه دور صورت می‌گیرد. در نقطه مقابلِ استقرار درون سازمانی، معماری ابرمحور قرار دارد که تمامی تجهیزات و قابلیت‌های موردنیاز برای انجام کارها در شبکه ارائه‌دهنده خدمات ابری وجود دارد.

به‌طور مثال، ممکن است یک کنترلر LAN بی‌سیم داشته باشید که برای پیکربندی چند اکسس‌پوینت بی‌سیم از یک نقطه مرکزی به عنوان یک دستگاه درون سازمانی (در دفتر شما) استفاده می‌شود یا ممکن است از یک سرویس ابری استفاده کنید، به این معنا که خدمات موردنیاز از طریق ارائه‌دهنده خدمات ابری در اختیارتان قرار می‌گیرد.

یکی از مزایای راه‌حل‌های ابرمحور این است که ارائه‌دهنده معمولاً مسائلی مانند دسترس‌پذیری بالای سرویس را تضمین می‌کند و شما تنها از خدمات استفاده می‌کنید، بدون آن‌که دغدغه‌ای بابت خرابی سرویس‌ها داشته باشید.