توبولوجيا شبكة MSP للمبتدئين

لمقدمي الخدمات المُدارة (MSPs)، بناء شبكة عالية الأداء وقابلة للتوسع هو ركيزة النجاح. في مشاركة مدونة سابقة، غطينا أنواع توبولوجيا الشبكة الأساسية، وفي هذه المشاركة، سنفحص أنواع توبولوجيا الشبكة الأكثر تعقيدًا لمقدمي الخدمات، بما في ذلك تلك المفضلة لشبكات MSP. اقرأ هذه المشاركة في المدونة لتتعرف على أفضل توبولوجيا شبكية لمركز بيانات MSP، والسبب.

الشبكات التسلسلية الهرمية التقليدية بثلاث طبقات

قبل أن تصبح الشبكات المعرفة بالبرمجيات شائعة، كانت الشبكات في مراكز البيانات تعتمد على توبولوجيا الشبكة الهرمية الشجرية. تنقسم هذه التوبولوجيا إلى ثلاث طبقات رئيسية: الطبقة الأساسية، وطبقة التجميع أو التوزيع، وطبقة الوصول. في هذه التوبولوجيا، يتم ربط الخوادم بالمفاتيح في طبقة الوصول. يتم ربط موجهات الحافة بالنواة لتوفير الوصول من/إلى الشبكة الواسعة (WAN) والإنترنت. توجد هذه الموجهات بين النواة والإنترنت في الرسم أدناه.

من حيث نموذج OSI (التواصل بين الأنظمة المفتوحة)، الذي يقسم الشبكة إلى طبقة ربط البيانات (L2) وطبقة الشبكة (L3)، بين غيرها، تتقاطع توبولوجيا الشبكة الوصول-التجميع-النواة بين الطبقات، كما هو موضح في الرسم.

لنلق نظرة على هذه الطبقات الثلاث بدورها.

الطبقة الأساسية

النواة الشبكية (المعروفة أيضًا بالنواة الأساسية) هي المكون المركزي في الشبكة بأكملها. يتصل العقد الأساسية بالنواة. تعتمد الشبكة الأساسية عادةً على توبولوجيا الشبكة الشبكية، حيث تتصل جميع العقد ببعضها البعض داخل النواة (لنوع توبولوجية الشبكة الكاملة الشبكية). يتم ربط المفاتيح والموجهات في النواة الشبكية بروابط عالية السرعة (التي تُعرف أيضًا باسم اتصالات العمود الفقري). نظرًا لاستخدام الموجهات في النواة الشبكية، تعمل الطبقة الأساسية بحركة المرور L3.

الطبقة التوزيع/التجميعية

هذه هي الطبقة الوسطى المستخدمة لتجميع الروابط الصاعدة من الطبقة الأساسية لتوبولوجية الشبكة ذات الثلاث طبقات (الطبقة الوصول، التي تعمل على L2) إلى الطبقة الأساسية للشبكة (التي تعمل عادةً على L3) باستخدام روابط عرض النطاق الترددي الأعلى. تجمع الطبقة التوزيعية بين عدد كبير من منافذ السرعة المنخفضة مع عدد قليل من منافذ العنق التي تعمل بسرعة عالية. تبدأ التوجيهات على الطبقة التوزيع/التجميعية في هذه التوبولوجية عند نقل البيانات من الطبقة الوصول. يتم تعيين جدران الحماية، وتوازن الحمل، وتكوينات الأمان الأخرى على الطبقة التجميعية. تُستخدم الطبقة التوزيعية/التجميعية لتقليل وتبسيط مخطط الكابلات في مركز البيانات لإدارة أكثر راحة. يجب أن تدعم المفاتيح المثبتة على الطبقة التجميعية تخزين المزيد من عناوين MAC في جدول عناوين MAC في ذاكرتها. بينما تعمل الطبقة الوصول مع حركة المرور L2، تعمل الطبقة التوزيعية مع حركة المرور L2 و L3.

طبقة الوصول

هذه الطبقة تتكون من مفاتيح تعمل على مستوى L2. يتم توصيل الخوادم ومحطات العمل بمفاتيح الطبقة الوصول. تُستخدم عادة شبكات VLAN (شبكات الشبكة المحلية الافتراضية) لفصل نطاقات البث في مستوى L2 لتقليل حركة المرور المتلفزة وزيادة الأمان.

لتجنب الاختناقات ، يتم استخدام روابط أكثر سمكًا بالقرب من نواة الشبكة. على سبيل المثال ، تتم ربط الخوادم بمفاتيح الوصول باستخدام واجهات الشبكة بسرعة 10 جيجابت في الثانية ، ويتم ربط مفاتيح الوصول بمفاتيح التجميع باستخدام واجهات بسرعة 10 جيجابت في الثانية ، وتتم ربط مفاتيح / الموجهات في طبقة التجميع بمفاتيح / الموجهات الأساسية للشبكة عبر روابط بسرعة 100 جيجابت في الثانية. في هذه الحالة ، يمكن استخدام تجميع الروابط لزيادة النطاق الترددي والاحتياطية. يتم نقل جميع حركة المرور من الخوادم إلى الروابط الصعودية. يوجد مجموعة من المعدات الشبكية الذكية ، والملقبة بـ ‘صناديق الله’ ، موجودة في الجزء العلوي من تسلسل هرمي لهذه الشبكة. صناديق الله مسؤولة عن التوجيه وجميع الخدمات الأخرى. تتيح لك توبولوجيا الشبكة الهرمية إنشاء شبكة معمارية.

في توبولوجيا الشبكة الموضحة في الرسم البياني السابق ، يؤدي فشل رابط واحد إلى فشل تلك القطاع من الشبكة. لهذا السبب ، يتم استخدام قنوات محجوزة واحتياطية لهذا النوع من توبولوجيا الشبكة (انظر المخطط التالي) على كل طبقة شبكة. يؤدي فشل جهاز أو رابط واحد إلى تدهور الأداء ، لكن الشبكة ما زالت تعمل. تتطلب توبولوجيا الشبكة الاحتياطية هذه عادة بروتوكول STP (بروتوكول الشجرة الممتدة). الصيانة. إذا قمت بفصل بعض معدات الشبكة في الجزء العلوي من هذا النوع من توبولوجيا الشبكة الثلاثية الطبقات لتحديث البرنامج أو أداء مهام صيانة أخرى ، فإن أداء الشبكة سيتدهور. قد تكون بعض الخدمات غير متوفرة مؤقتًا.

التوسعية. عدد الخدمات التي تعمل على الخوادم يزداد كل عام ويزداد حجم حركة المرور بناءً على ذلك. تتطلب هذه الحالة ترقية وزيادة عرض النطاق الترددي في شبكة MSP. تعتبر زيادة عرض النطاق الترددي في مركز بيانات كلاسيكي عادة ما يتطلب ما يلي:

• زيادة اتصالات تجميع الروابط (LAG)
• شراء بطاقات الشبكة
• إذا لم تتوفر فتحات لتركيب بطاقات الشبكة، شراء خوادم جديدة أو معدات ذات صلة

إذا كنت بحاجة إلى إضافة حامل خوادم جديد (خزانة رفوف) كوحدة جديدة في مركز بياناتك، يمكنك زيادة عرض النطاق الترددي إلى هذا الحامل والخوادم المثبتة في هذا الحامل. هذه الأنواع من توبولوجيا الشبكة لا يمكن أن تضمن مستوى عالٍ من الحجز والتكرارية نتيجة لميزات بروتوكول L2 مثل STP و MSTP (بروتوكول الشجرة المتعددة الطبقات).

يمكن دمج تصميم الشبكة ذات الثلاث طبقات الكلاسيكية في مركز البيانات مع تصاميم نهاية الصف وأعلى الرف. تصميم ربط أعلى الرف أصبح الآن أكثر شيوعًا. يتم استخدام هذا الاسم لأن الخوادم والمفاتيح متصلة بالمفتاح الرئيسي في كل رف. تتصل مفاتيح أعلى الرف (مفاتيح ToR) بمفاتيح / موجهات المستويات العليا في شبكة MSP. تختلف مفاتيح أعلى الرف عن مفاتيح حافة المستخدم، وتحتوي على عدة منافذ رابط عالية السرعة إضافية (مثل منافذ 10 جيجابت في الثانية) وعدد عالٍ من المنافذ للاتصال بالخوادم. يتم تثبيت مفاتيح أعلى الرف بأزواج لضمان الاحتياطية وتمكين صيانة المفتاح. مزايا هذا التصميم لربط أعلى الرف هي طول الكابل الأقل عند ربط الأجهزة في الرف وبين الرفوف. عادةً ما يتم استخدام مفاتيح الوصول في تصميم الشبكة الهرمية متعددة الطبقات كمفاتيح أعلى الرف.

اتجاه حركة المرور

العيوب التي تم شرحها سابقًا ليست غاية في الحرج، ويمكن لشبكة مركز البيانات العمل بنجاح مع إدارة مناسبة. تغيير L2 إلى L3 في جزء من الشبكة يساعد في حل مجموعة من المشاكل. هناك ميزة أخرى تتعلق بكيفية تطور مراكز البيانات وكيفية تشغيل التطبيقات بشكل مختلف اليوم عما كانت عليه في الماضي. في سنوات الألفية الجديدة، تم إنشاء التطبيقات باستخدام هندسة معمارية مركزية، وكانت التطبيقات ذات هندسة معمارية العميل-الخادم في المقام الأول موحدة. وهذا يعني أن مكونات التطبيق يمكن أن تكون موجودة على خادم واحد. ونتيجة لذلك، في رسم الخط، تم إرسال طلب المستخدم من أعلى الشبكة، وتم إرسال الطلب الذي تم إنشاؤه من التطبيق من مستوى الخادم السفلي مرة أخرى إلى أعلى الشبكة. تم التعامل مع طلب المستخدم على مضيف واحد. كانت حركة المرور الأفقية (شرق-غرب) بين المضيفين قليلة، وكانت حركة المرور الشمال-الجنوب مفضلة. تلبي الهيكلية التقليدية المتعددة الطبقات الهرمية المستخدمة لشبكات MSP في مراكز البيانات هذه المتطلبات. ومع ذلك، مع مرور الوقت، تم التفضيل بشكل متزايد للهندسات الجديدة عند تطوير التطبيقات.

N-tier layered architecture. Application components are distributed across multiple tiers, for example, the logic tier, the presentation tier, and the data tier. Web applications that have multiple components require these components to run on different servers, for example, a web server, application server, and database server. Application components running on multiple servers interact with each other over a network.

هندسة الخدمات المصغرة تفترض أن مكونات التطبيق (الخدمات) تعمل في حاويات منفصلة منطقيًا ومعزولة تمامًا تتصل ببعضها البعض عبر شبكة. يمكن أن تعمل الحاويات على مضيفين مختلفين في المجموعات. تعتبر هذه الهندسة قابلة للتوسع بشكل كبير وتُستخدم على نطاق واسع في الغيوم في الوقت الحالي.

بالإضافة إلى ذلك، تعمل مراكز البيانات الآن مع البيانات الكبيرة، وقواعد البيانات الكبيرة، وتحليلات، والإعلانات ذات السياق، والتطبيقات القائمة على الذكاء الاصطناعي، وغيرها من البرمجيات التي تتطلب التواصل مع عدة خوادم، ومصفوفات تخزين، وآليات افتراضية، أو حاويات. توزع مكونات التطبيق عبر عدة خوادم أو آليات افتراضية في مركز البيانات.

ونتيجة لذلك، يكون حركة المرور من الشرق إلى الغرب أعلى من حركة المرور من الشمال إلى الجنوب في شبكة MSP. حركة المرور الداخلية في شبكة مركز البيانات (حركة داخلية للمركز) أعلى من حركة المرور من/إلى مستخدم خارجي يرسل طلبًا إلى مركز البيانات. لا تنسى حركة المرور الداخلية بين أنظمة التخزين، تكرار قاعدة البيانات، نسخ البيانات، وغيرها من الأنشطة الخدمية باستخدام الشبكة في مركز البيانات.

على الرسوم البيانية التالية، يمكنك رؤية التمثيل البياني للحركة الداخلية المتزايدة في شبكات MSP داخل مراكز البيانات على مدى السنوات القليلة الماضية. تظهر الاتجاهات أن حركة المرور الداخلية للمركز البيانات تنمو أكثر من حركة المرور الواردة/الصادرة.

الشبكات التقليدية، التي تم بناؤها باستخدام توبولوجيا الشبكة الهرمية الثلاثية التقليدية، موثوقة ولكنها غير مكيفة لتدفقات حركة المرور الجانبية بالطريقة الأكثر رشدا. يعود ذلك إلى التركيز على الشبكات L2 وحركة المرور من الشمال إلى الجنوب.

توبولوجيا الشبكة Clos

شبكة Clos تم اختراعها لأول مرة من قبل إدسون إيروين في عام 1938. في عام 1953، قرر تشارلز كلوس استخدام شبكات التبديل غير المانعة في أنظمة الهاتف للوصول إلى استخدام أكثر عقلانية للاتصالات مقارنة بنظام الاتصال المتقاطع. قد يبدو مخطط التوصيل صعبًا للوهلة الأولى باستخدام مصفوفات ذات عدد قليل من نقاط التوصيل والمدخلات والمخرجات. ومع ذلك، فإن شبكة Clos أقل تعقيدًا بسبب عدد أقل من نقاط الاتصال وفقًا للمعادلة: 6n^(3/2) – 3n. يصبح هذا الأمر واضحًا ابتداءً من نقاط التوصيل البالغ عددها 36.

في حال كان م يمثل عدد مفاتيح الإدخال و ن يمثل عدد مفاتيح الإخراج، يمكن حساب خصائص المنع في شبكة Clos باستخدام المعادلة التالية. وفقًا لنظرية كلوس، تكون شبكة Clos غير مانعة تمامًا إذا كان عدد مفاتيح المرحلة الثانية م ≥ 2ن – 1.

الشبكة المانعة هي شبكة يتعذر فيها العثور على مسار اتصال من منفذ دخول حر إلى منفذ خرج حر.

الشبكة غير المانعة هي الشبكة التي يوجد فيها دائمًا مسار لتوصيل أي منفذ دخول ومنفذ خرج. يمكن إنشاء الشبكات غير المانعة عن طريق إضافة مرحلة توصيل إضافية.

الشبكة غير المانعة القابلة لإعادة الترتيب هي الشبكة التي يمكن فيها إعادة ترتيب جميع المسارات الممكنة لتوصيل جميع منافذ الإدخال والإخراج.

في نهاية التسعينيات من القرن الماضي، مع تطور تقنيات الاتصال وشبكات الحاسوب، أصبح مفهوم شبكات Clos ذو أهمية مجددًا. هناك حاجة لتواصل جميع العقد في نسيج الشبكة مع بعضها البعض، وإذا كان ذلك ممكنًا، دون استخدام توبولوجيا الشبكة ذات التجانب الكامل عندما يتصل جميع الأجهزة ببعضها البعض. تمت إضافة طبقة اتصال جديدة لربط أجهزة الشبكة. نتيجة لذلك، تم إحياء مفهوم شبكة Clos في تجسيد جديد. في الصورة التالية، يمكنك رؤية مخطط نموذجي لشبكة Clos ذات ثلاث طبقات.

دعنا نقوم بتعديل عرض شبكة Clos إلى الرؤية المستخدمة على نطاق واسع وهي الرؤية Leaf-Spine لمزيد من الراحة من خلال طي الجانبين الأيسر والأيمن من الشكل. تُعرف هذه التوبولوجيا الشبكية باسم Leaf-Spine وFolded Clos وشبكة Clos ذات الثلاث مراحل (انظر الصورة التالية).

طبقة العمود الفقري. تُستخدم مفاتيح العمود الفقري لربط جميع مفاتيح الأوراق في توبولوجيا الشبكة ذات التجانب الكامل. تحل طبقة العمود الفقري، إلى حد ما، محل طبقة التجميع المستخدمة في توبولوجيا الشبكة الهرمية الثلاثية التقليدية. ولكن طبقة العمود الفقري ليست مكافئًا مباشرًا لطبقة التجميع. المهمة الرئيسية لطبقة العمود الفقري هي نقل البيانات بسرعة من مفتاح أوراق إلى آخر. لا تتصل الأجهزة النهائية بمفاتيح العمود الفقري.

طبقة الأوراق. في هذا النموذج، تتصل الخوادم أو الأجهزة النهائية الأخرى في مركز البيانات بالأوراق. تتصل جميع الأوراق بجميع الأعمدة الفقرية. نتيجة لذلك، يوجد عدد عالٍ من اتصالات الشبكة مع عرض نطاق متساوي بين جميع الخوادم. هناك اتصالات L3 بين الأعمدة الفقرية والأوراق (L3 في نموذج OSI).

عند نقل حركة المرور من المصدر إلى الوجهة في الشبكة، يكون عدد القفزات هو نفسه (على سبيل المثال، يلزم ثلاثة قفزات لنقل البيانات بين أي خوادم داخل الشبكة ذات الهيكل الثنائي الأوراق والعمود الثنائي). التأخير متوقع ومنخفض. تم زيادة سعة الشبكة أيضًا لأنه لم يعد هناك حاجة لاستخدام STP الآن. عند استخدام STP للاتصالات الزائدة بين المفاتيح، يمكن أن يكون هناك رابط واحد نشط في وقت واحد.

في تصميم الشبكة ذات الهيكل الثنائي الأوراق والعمود الثنائي، يمكن استخدام بروتوكول توجيه ECMP (تكلفة متساوية متعددة المسارات) لتوازن حمولة حركة المرور ومنع الحلقات في الشبكة (لاتصالات الشبكة من الطبقة 3). يمكن أيضًا استخدام بروتوكولات BGP و OSPF و EIGRP و ISIS.

يشار أيضًا إلى هذا المفهوم الشبكي بتصميم الشبكة ذات الطبقات المتعددة والشبكة ذات الهيكل الكبير. الفكرة هي تجنب تكون أصابع زجاجية في الطبقات العلوية من الشجرة (بالقرب من جذع الشجرة) وإضافة روابط إضافية لزيادة النطاق الترددي في هذه الأجزاء. نتيجة لذلك، هناك زيادة في سعة الروابط نحو الجذع. الشجرة الكبيرة هي حالة خاصة من شبكة Clos. يتم تحويل شبكة Clos ذات الطبقات الثلاث إلى شبكة ذات الهيكل الثنائي الأوراق والعمود الثنائي بعد الطي. يمكن استخدام مفاتيح الأوراق أو مفاتيح الحافة الأوراق/الموجهات للوصول إلى الشبكات الخارجية ومراكز البيانات الأخرى.

مزايا تصميم الشبكة ذات الهيكل الثنائي الأوراق والعمود الثنائي

يوفر تصميم الشبكة ذات الهيكل الثنائي الأوراق والعمود الثنائي مجموعة من المزايا على تصميم الشبكة الوصول-التجميع-النواة. هذه المجموعة من المزايا هي السبب في استخدام نوع تصميم الشبكة ذات الهيكل الثنائي الأوراق والعمود الثنائي في مركز البيانات.

الاتصالات المُحسّنة. الروابط ذات النطاق الترددي العالي بين أجهزة الشبكة مثالية لحركة المرور شرقاً – غرباً. لا توجد روابط غير مستخدمة (نظرًا لاستخدام L3 بدلاً من L2). يُوصى باستخدام ECMP لتحقيق كفاءة عالية، ولا يُعتبر STP ضروريًا.

الموثوقية. فشل جهاز واحد أو فصل رابط واحد لا يسبب نتائج سلبية كبيرة ولا مساوئ. إذا فشلت مفتاح ToR الذي يعمل كمفتاح طرفي، فإن الرف المقابل يتأثر. إذا فشل مفتاح العمود، فإن عرض نطاق الشبكة يتدهور ولكن ليس بشكل كبير مقارنة بتوبولوجيا الشبكة الهرمية ذات الطبقات الثلاث. تدهور عرض النطاق لتوبولوجيا العمود-الورقة هو 1/n، حيث n هو عدد الأعمدة. تدهور عرض النطاق للتوبولوجيا الهرمية في هذه الحالة هو 50%.

قابلية التوسع العالية. يمكنك إضافة أوراق جديدة حتى يكون لديك منافذ فارغة على الأعمدة. إضافة أعمدة جديدة تسمح لك بزيادة الروابط الصاعدة للأوراق. أضف مفاتيح/موجّهات الحافة لزيادة عرض النطاق إلى الشبكات الخارجية. الطريقة التقليدية لزيادة عرض النطاق وتوصيل المزيد من الخوادم لتوبولوجيا الشبكة الهرمية ذات الطبقات الثلاث هي إضافة المزيد من بطاقات الشبكة بمزيد من المنافذ، وتجهيزات الشبكة ذات الواجهات الشبكية الأسرع، وأجهزة الأجهزة الأكثر قوة بشكل عام. يُطلق على هذه الطريقة التقليدية توسيع الحجم أو قابلية التوسع الرأسية.

عند استخدام توبولوجيا الورقة-العمود في مراكز البيانات ولشبكات مزودي الخدمات المُدارة، يمكنك إضافة طبقة إضافية من الأعمدة. تُعرف هذه الطريقة بـ قابلية التوسع الأفقية أو التوسيع الخارجي. إضافة جهاز شبكة نموذجي واحد مثل مفتاح/موجّه يزيد من قابلية التوسع بطريقة خطية.

الصيانة. يمكنك فصل الشوكات بسهولة عن الشبكة للصيانة أو الاستبدال. المهام الصيانية على الشوكات ليست خطرة مقارنة بصناديق الله لأنه لا يوجد وظائف ذكاء على الشوكات، وتقليل النطاق الترددي طفيف بعد الفصل.

شبكة Clos متعددة المستويات

في القسم السابق، شرحت الشبكة Clos ذات المراحل الثلاثة مع المراحل: مفتاح الإدخال، ومفتاح الوسيط، ومفتاح الإخراج. حيث يتم استخدام الأجهزة في المراحل الإدخال والإخراج لاستقبال/إرسال البيانات، يمكن طي الشبكة عن طريق استخدام خط وسيط يتألف من شبكة نجوم الأوراق والشوكات ذات مستويين. يمكنك إضافة المزيد من المراحل وبناء شبكة Clos متعددة المستويات لربط المزيد من أجهزة الشبكة بهذه الشبكة. في هذه الحالة، لديك خمس مراحل: مفتاح الإدخال، ومفتاح الوسيط 1، ومفتاح الوسيط 2، ومفتاح الوسيط 3، ومفتاح الإخراج.

في الشكل التالي، يمكنك رؤية المخطط الأولي لشبكة Clos غير المانعة للخمس مراحل بعد إعادة ترتيب الكتل الزرقاء والخضراء. هناك أيضًا عرض شبكة الأوراق والشوكات المطوي أو الشجرة السمينة (4,3) (لأن هناك 4 مفاتيح شوكية و 3 مراحل على التخطيط الأوراق والشوكات)، ولكن دعنا ننظر كيفية توصيل الأجهزة إلى شبكة Clos ذات الخمس مراحل خطوة بخطوة. نوعية تخطيط شبكة Clos ذات أكثر من 5 مراحل ليست شائعة ولا تستخدم عمليًا لأن عدد الاتصالات كبير جدًا.

بعد تدوير النظام الأولي لشبكة كلوس من خمس مراحل 90 درجة باتجاه عقارب الساعة ، ستحصل على الرؤية التقليدية مع مفاتيح الإدخال ومفاتيح الإخراج وثلاث مراحل من مفاتيح الوسط. دعنا نرسم خط الطي عبر مفاتيح الوسط في وسط النظام لجعل الرؤية المطوية لشبكة كلوس من خمس مراحل.

بعد طي النظام ، تحصل على الرؤية المطوية أو الرؤية الخضرواتية لهذا النوع من توبولوجيا الشبكة (انظر النظام التالي). هناك 4 مجموعات فردية تعمل كنقاط توصيل (PODs). يعد POD وحدة عالمية لبناء مراكز البيانات. يتصل POD بالشوكات من المستوى الأول. إذا كنت بحاجة إلى توسيع مركز البيانات الخاص بك ، أو إضافة المزيد من الخوادم / معدات الشبكة ، فقم بإضافة PODs جديدة وتوصيلها بالقماش الشبكي. يتصل شوكات POD واحدة بشوكات POD أخرى عبر شوكات المستوى الثاني. في الوقت نفسه ، ليست جميع شوكات L1 متصلة بجميع شوكات L2 ، وهي مقسمة بواسطة الطائرات.

يوجد هناك طائرتان – الطائرة 0 والطائرة 1 في النظام التالي. يتم استخدام هذا المفهوم بسبب العدد المحدود من منافذ الشوكات ، ولا يمكن إنشاء توبولوجيا الشبكة المتصلة بالكامل في هذه الحالة. في النظام التالي ، يحتوي كل شوكة على حد 4 منافذ. وفقًا للفكرة الرئيسية ، تعتمد شبكة كلوس غير المحظورة على نفس العناصر (مفاتيح بأربعة منافذ ، كما هو مبين أدناه).

من الممكن أن تكون مرتبكًا من النظرة الأولى للمصطلحات مثل Clos و Clos المطوية و leaf-spine و fat tree. دعني أوضح هذه المصطلحات.

Clos أو شبكة كلوس هو المصطلح الذي يغطي الأساس النظري لنوعية توبولوجيا شبكة كلوس.

الشبكة المقفلة هي تمثيل أكثر راحة لشبكة كلوس، حيث تكون المداخل والمخارج لها نفس الدور وتوجد في نفس المكان.

شبكة الورقة والعمود هي توبولوجيا شبكية تستند إلى مخطط شبكة كلوس وتستخدم في العمل العملي في مراكز البيانات لبناء الشبكات، بما في ذلك شبكات MSP.

شجرة الدهون تُشار إليها عادةً باعتبارها اختلافًا على شبكة كلوس. يعتبر هذا المصطلح الأكثر ارتباكًا لأن بعض المقالات تذكر شجرة الدهون كالشبكة الكلاسيكية للوصول والتجميع والنواة. أنا أشير إلى مستند RFC 7938 الذي يقول إن شجرة الدهون مبنية على توبولوجية شبكة كلوس المقفلة.

حسابات

يمكنك حساب عدد مفاتيح النواة، ومفاتيح الحافة، وإجمالي عدد المفاتيح اللازمة، والعدد الإجمالي للمضيفين الذين يمكن توصيلهم بشبكة التكوين المحدد باستخدام الصيغ حيث:

k is the number of ports in the switch

L is the number of levels in the leaf-spine (fat tree) network topology

المعلمة الرئيسية للحساب قبل بناء شبكتك هي عدد المضيفين المدعومين. يمكن كتابة تكوين شجرة الدهون كـ FT(k، L). على سبيل المثال، FT(32،3) هي شبكة شجرة دهون ثلاثية المستويات مع مفاتيح بـ 32 منفذًا. يمكنك استخدام هذا الآلة الحاسبة المجانية لشبكات كلوس التي تولد أيضًا مخطط التصور للتكوين المحدد.

يمكنك حساب أنه إذا كانت شبكتك بنظام الشجرة السمينة لديها 2 مستوى و 8 منافذ لكل تبديل، فيمكنك توصيل 32 مضيفًا بالشبكة. إذا زدت عدد المنافذ لكل تبديل، فإن عدد المضيفين المدعومين يزداد إلى 512. كما يمكنك أن ترى، يعتمد عدد المضيفين المتصلين على عدد المنافذ على كل تبديل. إذا تركت الشجرة السمينة عند 2 مستوى (شبكة كلوس ذات 3 مراحل) وزدت عدد المنافذ لكل تبديل، فإن عدد الفقرات يزيد بشكل كبير. يمكنك حل هذه المشكلة عن طريق إضافة مستوى إضافي إلى الشجرة السمينة. بالنسبة لشجرة سمينة ذات ثلاثة مستويات، إذا كان عدد المنافذ لكل تبديل 8، يمكنك توصيل 128 مضيفًا.

إذا زدت عدد المنافذ لكل تبديل إلى 32، يمكنك توصيل 8192 مضيفًا باستخدام هذه الشبكة التبويبية. هذا العدد لشبكة كلوس ذات 5 مراحل هو 16 مرة أكثر من ذلك لشبكة كلوس ذات 3 مراحل. تذكر قيود رف الخوادم عند تخطيط مخطط التثبيت للخوادم ومعدات الشبكة في مركز البيانات.

تستخدم الأعداد الفردية للمراحل لبناء شبكات كلوس غير المحظورة (3، 5، 7، إلخ). لا توفر شبكة كلوس ذات 2 مرحلة الاتصال غير المحظور والاتصالات المتعددة بين التبديلات.

في الشكل التالي، يمكنك أن ترى أنه في حالة شبكة كلوس ذات مرحلتين، هناك مسار انتقال واحد فقط لتوصيل الخادم 1 والخادم 2. يتم توصيل ¼ فقط من المنافذ، والمنافذ الأخرى غير متصلة وتعيقك.

نسبة التداخل الزائد هي نسبة عرض النطاق الترددي الوارد إلى عرض النطاق الترددي الصادر في الاتجاه من الطبقات الأدنى إلى الطبقات الأعلى. تتراوح نسبة التداخل الزائد عادة من 2 إلى 4.

مثال: يحتوي المفتاح على 48 منافذ 10 جيجابت و 4 منافذ توصيل 40 جيجابت. إجمالي سعة النطاق الترددي للروابط الهابطة إلى الخوادم هو 48 × 10 = 480 جيجابت/ث. إجمالي سرعة الروابط الصاعدة هو 4 × 40 = 160 جيجابت/ث. نسبة الزيادة فوق الحاجة هي 480/160 = 4.

إذا كانت سرعة النطاق الترددي الإجمالية متساوية لجميع منافذ الروابط الهابطة والصاعدة للمفتاح، فإن المفتاح غير مرتبط بالحاجة الزائدة، ولا توجد أي عقبات في هذه الحالة. نسبة الزيادة الزائدة 1:1 هي الحالة المثالية. يمكن تقدير حركة المرور في اتجاهات مختلفة قبل شراء المفاتيح بالسرعة المناسبة وعدد المنافذ.

غالبًا ما يتم استخدام المفاتيح التي لديها نسبة زيادة فوق الحاجة أعلى من 1 على مستوى الورقة في شبكات توبولوجيا شبكة الورقة-العمود. يجب استخدام المفاتيح غير المرتبطة بالحاجة الزائدة على مستوى العمود. عادةً ما يتم استخدام المفاتيح على مستوى الورقة في نوع توبولوجيا شبكة الورقة-العمود كمفاتيح ToR. ومع ذلك، يمكن تثبيت مفاتيح الورقة كمفاتيح نهاية الصف.

الاختلافات الأساسية

عند إنشاء شبكة، تؤثر بعض القرارات على تصميم الشبكة. فيما يلي بعض القرارات إما-أو التي تؤثر على عمل الشبكة.

ToR مقابل End of Row

يعتبر نظام اتصال أعلى الرف (ToR) في مركز البيانات حيث يتم تثبيت مفتاح أو مفاتيح متعددة في كل رف. يتم استخدام كابلات التصحيح القصيرة لربط مفتاح أعلى الرف بأجهزة الشبكة الأخرى والخوادم داخل الرف. عادةً ما تحتوي مفاتيح ToR على روابط رفع سريعة السرعة إلى مفاتيح/موجهات المستوى الأعلى ويمكن ربطها بكابلات الألياف البصرية. الميزة في استخدام هذا النظام من أجل شبكة MSP هو عدم الحاجة إلى تثبيت حزم سميكة من الكابلات من كل رف في مركز البيانات. يكون استخدام الكابلات في مركز البيانات أكثر رشدًا عند استخدام نظام ToR. في هذه الحالة، تنفق أقل على الكابلات وتحظى بإدارة كابلات أفضل. يمكنك إدارة كل رف كوحدة واحدة دون التأثير على الرفوف الأخرى داخل مركز البيانات لأن الخوادم في رف واحد فقط هي التي تتأثر. على الرغم من اسم النظام، يمكنك تثبيت مفتاح في منتصف أو أسفل كل رف.

نظام اتصال نهاية الصف (EoR) هو عندما يحتوي رف الخادم في نهاية الصف على معدات الشبكة. تتضمن المعدات مفتاح شبكة مشترك لربط جميع الخوادم والأجهزة الأخرى في جميع رفوف الخوادم في الصف. يتم ربط الكابلات من معدات الشبكة المثبتة في رف الخادم EoR بالأجهزة في جميع الرفوف في الصف باستخدام لوحات تصحيح مثبتة في كل رف. نتيجة لذلك، يتم استخدام كابلات طويلة لربط جميع أجهزة الشبكة في صف واحد. إذا تم استخدام اتصالات الشبكة الزائدة، فإن عدد الكابلات يزيد أيضًا. يمكن أن تحجب حزم الكابلات السميكة الوصول إلى الهواء إلى المعدات.

تتم وضع رفوف الخوادم عادةً كصفوف متجاورة في مركز بيانات. يمكن أن تحتوي صف واحد على 10 أو 12 رفًا، على سبيل المثال. يُعتبر الصف بأكمله وحدة إدارية واحدة عند استخدام نظام الاتصال EoR لشبكة MSP في مركز بيانات. يُستخدم نموذج الإدارة لكل صف في هذه الحالة. يكون هناك حاجة إلى عدد أقل من التبديلات الفردية في نموذج الاتصال بالشبكة EoR. تكون المرونة أقل عند الحاجة إلى أداء صيانة أو ترقية التبديلات لأنه يتأثر عدد أكبر من الأجهزة عند قطع تبديل EoR. على الرغم من اسمه، يمكن وضع رف ذو تبديل (تبديلات) مشترك في منتصف الصف.

الاتصال بالطبقة 2 مقابل الطبقة 3

تقرير الاتصالات ضمن شبكة يشمل حسابات الاعتماد، السرعة، والتكلفة، بالإضافة إلى الهيكلية التي تم إنشاءها.

على سبيل المثال، هناك شرائح شبكة لهيكلية الشبكة المتداخلة الثلاثية الطبقات الوصول-التجميع-النواة وهيكلية الشبكة الورقة-الشوكة. هناك، يتم نقل حركة المرور على نموذج OSI L2 و L3. في الشبكة الهرمية ثلاثية الطبقات، تعمل الطبقة الوصول على L2، طبقة التوزيع/التجميع تجمع روابط L2 وتوفر توجيه L3، طبقة الشبكة النواة تنفذ التوجيه على الطبقة الثالثة من نموذج OSI. يمكن تكوين شبكة هيكلية ورقة-شوكة متعددة الطبقات عن طريق استخدام L2 مع VLANs و L3 مع توجيه IP والشبكات الفرعية.

تكون معدات الشبكة L2 أكثر تكلفة من معدات الشبكة L3، ولكن يوجد بعض العيوب عند استخدام الشبكة L2 لربط أجهزة الشبكة في شبكة MSP في مركز بيانات. يُستخدم VLAN عادةً لعزل الشبكات بشكل منطقي باستخدام البيئة الفيزيائية نفسها. يكون العدد الأقصى للـ VLANs هو 4095 (ناقص بعض الـ VLANs المحجوزة مثل 0، 4095، 1002-1005).

آخر عيب، كما ذُكر سابقًا، هو عدم القدرة على استخدام الروابط الزائدة عند استخدام STP على L2. هذا لأنه يمكن أن تكون رابطة واحدة نشطة في نفس الوقت فقط، ولا يتم استخدام كل عرض النطاق الترددي المتاح لجميع الروابط. ثم يصبح المجال L2 مع STP كبيرًا، وتزداد احتمالية حدوث مشاكل ناتجة عن التوصيل غير الصحيح وأخطاء الإنسان، ويصبح عملية العزل صعبة.

تسمح تكوينات الشبكة L3 للمهندسين بتحسين استقرار وقابلية توسع شبكة MSP وشبكات مراكز البيانات بشكل عام.

البروتوكولات الشبكية التالية تساعدك في إدارة الشبكة L3 وتوجيه حركة المرور.

بروتوكول BGP (بروتوكول البوابة الحدودية) هو بروتوكول للتوجيه الديناميكي يستخدم على نطاق واسع ويُعتبر المعيار في العديد من المؤسسات ذات مراكز بيانات بمقياس كبير. BGP هو بروتوكول قابل للتوسيع وفعال للغاية.

تقنية ECMP (التوجيه متعدد التكلفة المتساوية) هي تقنية توجيه الشبكة تُستخدم لتوزيع حركة المرور باستخدام مسارات أفضل متعددة تم تحديدها بواسطة المقاييس على الطبقة الثالثة من نموذج OSI. يُستخدم ECMP مع بروتوكولات التوجيه لتوازن الحمولة في الشبكات الكبيرة. معظم بروتوكولات التوجيه، بما في ذلك BGP وEIGRP وIS-IS وOSPF، تدعم تقنية ECMP.

حاول دائمًا استخدام بروتوكولات الشبكة الأكثر تقدمًا. ولكن تذكر أن كلما زاد عدد البروتوكولات المستخدمة في الشبكة، زادت سهولة إدارة الشبكة.

توبولوجيا الشبكة لـ NV و SDN

بالإضافة إلى الافتراض الأجهزة واستخدام آلات افتراضية، أصبحت الافتراض الشبكات مع نهج تطبيقي شائعة أيضًا. تستخدم حلول الافتراض الشبكات مثل VMware NSX وشبكات OpenStack و Cisco ASI حركة المرور شرق-غرب في الشبكة الفعلية، وتعتبر توبولوجية الشبكة الورقة-ساق مناسبة لحلول الافتراض الشبكات لهذا السبب. اقرأ مقال المدونة حول VMware NSX لمعرفة المزيد حول الافتراض الشبكات.

يُستخدم الشبكات المحددة بالبرمجيات (SDN) لافتراض الشبكات لاستخدام الإمكانيات بشكل فعال وتحقيق المرونة والإدارة المركزية. هذا هو الحل الأمثل في مركز بيانات افتراضي حيث تكون الآلات الافتراضية متصلة بالشبكة. يمكن للآلات الافتراضية التهجير بين الخوادم، مما ينشئ حركة شرق-غرب داخل مركز البيانات. يُستخدم SDN على نطاق واسع لشبكات MSP من قبل مقدمي الخدمات الإدارية المُقدمة للبنية التحتية كخدمة (IaaS).

يكون تكوين الشبكات المحددة بالبرمجيات فعالًا عند استخدام توبولوجية الشبكة الورقة-ساق الأساسية مع التوجيه الديناميكي وعدد ثابت من القفزات والتأخير المنخفض المتوقع وتحسين حركة المرور شرق-غرب للاتصال بين الخادم والخادم في مركز البيانات.

VXLAN

يُستخدم بروتوكول VXLAN (Virtual eXtensible Local Area Network) كبديل محسن لبروتوكول VLAN في شبكات التراكب. تُنشئ أنفاق L2 عن طريق استخدام الشبكات الأساسية L3 (التحتية الشبكية L3) لتوفير اتصال شبكي L2 دون قيود VLAN التقليدية. باستخدام VXLAN، يمكنك تهيئة الشبكة L2 عبر الشبكة L3. قد تكون الهيكلية الظاهرية مختلفة عن الهيكلية الفعلية للشبكة الأساسية.

تُحزم إطارات VXLAN في حزم IP عن طريق استخدام نظام تغليف MAC-in-UDP. VNI هو ما يعادل معرف VLAN. الحد الأقصى لعدد VNI هو 2^24، أي حوالي 16 مليون. يُستخدم VXLAN لإنشاء شبكات L2 في بيئات مُمتدة جغرافيًا، على سبيل المثال، عند الحاجة إلى إنشاء شبكة عبر مركزي بيانات منتشرين جغرافيًا.

يُساعد استخدام VXLAN والتخزين الظاهري للشبكات في تحسين حجم جدول عناوين MAC لمفاتيح ToR. يحدث ذلك لأن عناوين MAC المستخدمة بواسطة الآليات الظاهرية وحركة المرور L2 ذات الصلة يتم نقلها عبر الشبكة التراكبية L2 باستخدام VXLAN. إنها لا ترهق جداول MAC للمفاتيح الفعلية. جداول عناوين MAC للمفاتيح الفعلية لا تتجاوز قدرة الجدول المتاحة القصوى للمفاتيح.

الختام

تقليديًا، كانت الشبكات في مراكز البيانات تُبنى باستخدام توبولوجية الوصول-التجميع-النواة الكلاسيكية ذات الثلاث طبقات. نظرًا لتطور تطبيقات العميل-الخادم الحديثة والتطبيقات الموزعة، والخدمات المصغرة، والبرمجيات الأخرى التي تُعتبر مصادر لحركة المرور شرقًا-غربًا داخل شبكات MSP، فإن توبولوجية شبكة الورقة والعمود، المستندة إلى مفهوم شبكة Clos، هي المفضلة في مراكز البيانات الحديثة وهي واحدة من أكثر توبولوجيات الشبكات شيوعًا. توبولوجية شبكة الورقة والعمود هي أفضل توبولوجية شبكية لمراكز البيانات الكبيرة لأن هذه التوبولوجية موثوقة للغاية وقابلة للتوسيع. قبل تثبيت شبكة في مركز بيانات، قم بعمل الحسابات وقم بتقدير حركة المرور وأعباء العمل المُولدة. خذ في الاعتبار حركة الخدمة مثل حركة النسخ الاحتياطي وحركة التكرار في الشبكة.

يعتبر NAKIVO Backup & Replication برنامج قوي لنسخ احتياطية للآلات الافتراضية يمكنه حماية أعباء العمل في VMware Cloud Director، وآلات VMware VMs، وآلات Hyper-V VMs، بالإضافة إلى أجهزة Linux و Windows المادية، وقواعد بيانات Oracle. يمكن لمزودي الخدمات المُدارة الذين يقدمون البنية التحتية كخدمة (IaaS)، ونسخ الاحتياطي كخدمة (BaaS)، واستعادة الكوارث كخدمة (DRaaS) استخدام NAKIVO Backup & Replication المثبت في وضع متعدد المستأجرين. قم بتنزيل النسخة التجريبية المجانية من NAKIVO Backup & Replication لمزودي الخدمات المُدارة التي تدعم وضع التثبيت متعدد المستأجرين.