سه روش اتصال چند سوئیچ اترنت: Switch Cascading و Switch Stacking و Switch Clustering
وقتی یک سوئیچ پاسخگوی نیازهای شبکه نباشد، معمولا چند سوئیچ اترنت را با هم ترکیب می‌کنند تا بر محدودیت‌هایی مثل کمبود تعداد پورت‌ها غلبه کنند. اما چگونه می‌توان چند سوئیچ اترنت را به هم متصل کرد؟ برای متصل کردن چند سوئیچ اترنت به یکدیگر می‌توان سه فناوری را به کار گرفت: اتصال آبشاری سوئیچها (switch cascading)، اتصال انباشتی یا پشته‌ای سوئیچها (switch stacking) و اتصال خوشه‌ای سوئیچها (switch clustering). در ادامه، این سه فناوری و نیز مناسب‌ترین فناوری برای اتصال سوئیچها برحسب شاخص‌های مختلف بیان می‌شود.
برای متصل کردن چند سوئیچ اترنت به یکدیگر می‌توان سه فناوری یا سه شیوه زیر را به کار برد:
- اتصال آبشاری سوئیچها (switch cascading)
- اتصال انباشتی یا پشته‌ای سوئیچها (nswitch stacking)
- اتصال خوشه‌ای سوئیچها (switch clustering)
در ادامه، سه فناوری فوق و برخی ویژگی‌ها و مزایا و معایب آن‌ها بیان می‌شود.
1. اتصال سوئیچ‌های اترنت با فناوری آبشاری (Switch cascading)
اتصال آبشاری سوئیچها (Cascading) روشی سنتی برای متصل کردن چند سوئیچ اترنت به یکدیگر است. در اتصال آبشاری، پورت‌های سوئیچ‌های مختلف طوری به یکدیگر متصل می‌شوند که هر کدام از سوئیچها و پورت‌ها را می‌توان مستقل از دیگری در یک گروه پیکربندی و مدیریت کرد. برای اتصال آبشاری سوئیچها معمولا از پورت‌ها و کابل‌های عادی و در برخی سوئیچها از پورت ویژه آپ‌لینک استفاده می‌شود. در اتصل آبشاری، هر سوئیچ آدرس آی‌پی خاص خود را می‌طلبد و سوئیچها می‌توانند گوناگون و ساخت شرکتهای مختلف باشند و فاصله‌شان از هم، کم یا زیاد باشد. اتصال آبشاری را می‌توان با هم‌بندی‌ها یا اصطلاحا توپولوژی‌های مختلفی پیاده‌سازی کرد که دو شیوه رایج آن عبارتند از:
- هم‌بندی زنجیره‌ای (Daisy Chain topology)
- هم‌بندی ستاره‌ای (Star topology)
هم‌بندی زنجیره‌ای (Daisy Chain topology) برای اتصال سوئیچ‌های شبکه
در هم‌بندی یا توپولوژی زنجیره‌ای، هر سوئیچ به سوئیچ مجاور خود متصل می‌شود. این ساده‌ترین شیوه برای اضافه کردن سوئیچ به شبکه است. توپولوژی زنجیره‌ای می‌تواند خطی (linear) یا گرد (circular) باشد.
هم‌بندی زنجیره‌ای خطی (Linear): در هم‌بندی زنجیره‌ای خطی، سوئیچها به‌صورت سطری به هم متصل می‌شوند و ابتدا و انتهای آن باز است. اگر برای مثال، شش سوئیچ داشته باشید، زنجیره سوئیچها چنین خواهدبود: الف-ب-پ-ت-ث-ج
در هم‌بندی یا توپولوژی زنجیره‌ای خطی، داده‌ها در یک جهت حرکت می‌کنند و از سوئیچی به سوئیچ بعدی انتقال می‌یابند. لذا اگر یکی از سوئیچها دچار نقص شود، سوئیچ‌های دیگر نیز درگیر مشکل می‌شوند (و مسیر انتقال داده قطع می‌شود). در کل، اتصال زنجیره‌ای سوئیچها با توپولوژی خطی، شیوه چندان انعطاف‌پذیری نیست.
تصویر 1. سوئیچ‌هایی که با فناوری آبشاری و با توپولوژی زنجیره‌ای خطی به هم متصل شده‌اند.
هم‌بندی زنجیره‌ای گرد یا حلقه‌ای (circular): در هم‌بندی زنجیره‌ای گرد هر سوئیچ به سوئیچ مجاور خود متصل می‌شود تا نهایتا یک حلقه یا مسیر گرد تشکیل شود. لذا توپولوژی گرد، مسیر بسته‌ای تشکیل می‌دهد و ابتدا و انتهای آن باز نیست. مثلا اگر شش سوئیچ با توپولوژی زنجیره‌ای گرد به هم متصل شوند، زنجیره آن‌ها چنین خواهدبود: الف-ب-پ-ت-ث-ج-الف
تصویر 2. سوئیچ‌هایی که با فناوری آبشاری و با توپولوژی زنجیره‌ای گرد به هم متصل شده‌اند.
اگر بیش از سه دستگاه سوئیچ دارید، توپولوژی زنجیره‌ای گرد گزینه بهتری است. در توپولوژی گرد، مسیر ارتباطی سوئیچها با هم، دوطرفه است و لذا داده‌ها می‌توانند در هر دو جهت ارسال شوند. در این توپولوژی اگر با معیوب شدن یکی از سوئیچها حلقه بشکند و ارتباط سوئیچ مبدا با سوئیچ مقصد در یکی از جهات قطع شود، می‌توان داده‌ها را در جهت عکس به سوئیچ مقصد ارسال کرد. پس در توپولوژی گرد، نقص یکی از سوئیچها به عملکرد دیگر سوئیچها آسیب نمی‌زند. اما توپولوژی گرد ضعف‌هایی نیز دارد؛ از جمله این‌که مسیر تکراری یا اصطلاحا loop (بیش از یک مسیر بین دو سوئیچ) ایجاد می‌کند. مسیرهای تکراری می‌توانند سبب بروز توفان برودکست (پخش گسترده داده بین پورت‌ها) و ازدحام در شبکه (network congestion) شوند. برای مقابله با این مشکل سوئیچها باید از پروتکل STP (مخفف Spanning Tree Protocol) پشتیبانی کنند.
برخی از مطالب مرتبط:
معرفی بهترین مواد مصرفی پرینتر سه بعدی
روش های افزایش امنیت مودم یا روترهای بی‌سیم (وایرلس)
روش های جلوگیری از هک کامپیوتر و لپ تاپ
بررسی انواع روش های بکاپ گیری از اطلاعات کامپیوتر و هارد اکسترنال
سازه ساپورت پرینترهای سه بعدی چیست؟
هم‌بندی ستاره‌ای (Star topology)
در هم‌بندی یا توپولوژی ستاره‌ای، همه سوئیچ‌های شبکه مستقیما به یک سوئیچ مرکزی یا اصطلاحا سوئیچ هسته (core switch) متصل می‌شوند. بدین‌سان، اطلاعات از سوئیچ مرکزی به گره‌های مقصد انتقال می‌یابد و هر ارتباطی بین سوئیچ‌های شبکه ستاره‌ای توسط یک سوئیچ مرکزی کنترل می‌شود. توپولوژی ستاره‌ای برای متصل کردن چند سوئیچ اترنت گیگابیتی (Gigabit Ethernet switch) به یکدیگر کاربرد زیادی دارد.
برای متصل کردن چند سوئیچ اترنت گیگابیتی با هم‌بندی ستاره‌ای، معمولا یک سوئیچ قدرتمند (مثل سوئیچ اترنت 40 گیگابیت‌برثانیه) نقش سوئیچ هسته را بازی می‌کند و به سوئیچ‌های دسترسی (access switch) که سوئیچ‌های نسبتا ضعیف‌تری هستند (مثلا سوئیچ اترنت 10 گیگابیت‌برثانیه)، متصل می‌شود. در این هم‌بندی، مسیر تکراری (loop) پدید نمی‌آید.
تصویر 3. سوئیچ‌های دسترسی مستقیما به سوئیچ هسته متصل می‌شوند و هم‌بندی ستاره‌ای پدید می‌آید.
2. اتصال چند سوئیچ اترنت با فناوری انباشت یا پشته (switch stacking)
در اتصال انباشتی یا پشته‌ای سوئیچ (Switch stacking)، چند سوئیچ انباشت‌پذیر (Stackable switch) با هم ترکیب می‌شوند تا محدودیت‌هایی مانند کمبود تعداد پورت‌ها در شبکه را رفع کنند. سوئیچ انباشت‌پذیر (Stackable switch)، سوئیچی است که هم می‌تواند مستقل کار کند و هم در صورت نیاز، طوری به دیگر سوئیچ‌های انباشت‌پذیر متصل شود که گویی همگی یک سوئیچ واحد هستند. سوئیچ‌های انباشت‌پذیر با استفاده از کابل‌ها و ماژول‌های ویژه‌ای به هم متصل می‌شوند لذا معمولا محدودیت فاصله دارند و باید نزدیک هم باشند.
هر گروه از سوئیچ‌های انباشت‌شده را یک واحد انباشت یا واحد پشته (stack unit) می‌نامند. در هر واحد، یکی از سوئیچها به‌عنوان سوئیچ اصلی (اصطلاحا master switch) سوئیچ‌های دیگر را مدیریت می‌کند. تعداد سوئیچ‌های هر واحد کمتر از 10 دستگاه است. تمام سوئیچ‌های یک پشته (stack) با یک آدرس آی‌پی مشترک پیکربندی و مدیریت می‌شوند. چگالی یا تعداد کل پورت‌های هر واحد مساوی مجموع پورت‌های ترکیب شده است که نتیجتا اتصال‌پذیری شبکه را به‌طرز چشمگیری افزایش می‌دهد. مثلا با انباشت دو سوئیچ 24 پورتی، 48 پورت اترنت فراهم می‌آید و ظرفیت سوئیچینگ و پهنای باند سامانه افزایش می‌یابد.
تصویر 4. شش سوئیچ اترنت که یک پشته ساخته‌اند.
3. اتصال چند سوئیچ اترنت با فناوری خوشه‌سازی سوئیچ (Switch clustering)
خوشه‌سازی سوئیچ (Switch clustering) یعنی متصل کردن دو یا چند گروه سوئیچ که قبلا به‌شیوه آبشاری (Cascading) یا انباشتی (Stacking) به هم متصل شده‌اند. لذا آبشاری‌سازی و انباشت سوئیچ، پیش‌نیازهای خوشه‌سازی هستند.
با خوشه‌سازی یا کلاسترینگ سوئیچها می‌توان چندین سوئیچ به‌هم متصل شده را طوری مدیریت کرد که گویی یک سوئیچ واحد هستند. خوشه‌سازی، پیچیدگی مدیریت سوئیچ‌های متعدد را کاهش می‌دهد. برای خوشه‌سازی سوئیچها باید از سوئیچ‌هایی که قابلیت خوشه شدن دارند (cluster-capable switch)، بهره برد. در این فناوری معمولا فقط یک سوئیچ مدیریتی که اصطلاحا به آن سوئیچ فرمان (command switch) می‌گویند، دیگر سوئیچها (اصطلاحا سوئیچ‌های عضو یا member) را مدیریت می‌کند. می‌توان سوئیچ یا سوئیچ‌های دیگری را نیز به‌عنوان سوئیچ فرمان ذخیره تعیین کرد تا اگر سوئیچ فرمان اصلی دچار نقص شد، سوئیچ‌های فرمان ذخیره نقش آن را بر عهده بگیرند.
تصویر 5. در این تصویر فرضی، چند سوئیچ اترنت در یک واحد خوشه هستند. یکی از آن‌ها سوئیچ فرمان و چهار دستگاه دیگر اصطلاحا سوئیچ عضو هستند. فقط سوئیچ فرمان آدرس آی‌پی دارد (عبارت Fa مخفف Fast Ethernet است).
بهترین شیوه متصل کردن سوئیچ‌های اترنت به یکدیگر چیست؟
آبشارسازی سوئیچها (با هم‌بندی زنجیره‌ای یا با هم‌بندی ستاره‌ای) و نیز شیوه پیشرفته‌تر پشته‌سازی سوئیچها و خوشه‌سازی سوئیچها سه فناوری برای متصل کردن سوئیچ‌های شبکه به یکدیگر هستند. اما کدام فناوری مناسب‌تر است؟ جدول زیر تفاوت این سه فناوری و مزایا و معایب هر یک را نشان می‌دهد. بسته به کاربردهایی که از سوئیچ و شبکه انتظار می‌رود، می‌توان فناوری مناسب را برگزید.
جدول مقایسه فناوری‌های اتصال چند سوئیچ به یکدیگر
| اتصال آبشاری سوئیچها (Cascading) | اتصال انباشتی یا پشته‌ی سوئیچها (Stacking) | اتصال خوشه‌ای سوئیچها (Clustering) | |
| تعداد سوئیچ‌های متصل | در اصل بدون محدودیت | محدود (کمتر از 10) | محدود (حداکثر 16) |
| پهنای باند | افزایش نمی‌یابد | بسیار افزایش می‌یابد | بستگی دارد که سوئیچ‌هایی که می‌خواهند خوشه‌سازی شوند با فناوری آبشاری به هم متصل شده‌اند یا با فناوری انباشت. بر این اساس، پهنای باند واحد خوشه‌سازی‌شده برابر با پهنای باند واحد پشته یا واحد آبشاری خواهدبود. |
| عملکرد و کنترل | سوئیچ‌های عضو، جداگانه مدیریت می‌شوند | سوئیچ‌های عضو به‌صورت یکپارچه توسط سوئیچ اصلی (اصطلاحا master switch) مدیریت می‌شوند. | سوئیچ‌های عضو به‌صورت یکپارچه توسط سوئیچ فرمان مدیریت می‌شوند. |
| انعطاف‌پذیری | تقریبا هر سوئیچی فارغ از نوع و شرکت سازنده‌اش می‌تواند با فناوری آبشاری به دیگر سوئیچها متصل شود. | فقط سوئیچ‌های که با فناوری انباشت سازگارند می‌توانند پشته‌سازی شوند و معمولا باید از یک گونه و ساخت شرکت یکسانی باشند. | فقط سوئیچ‌هایی که با فناوری خوشه‌سازی سازگارند می‌توانند خوشه‌سازی شوند و معمولا باید ساخت شرکت یکسانی باشند. |
| مدیریت آدرس آی‌پی | هر سوئیچ یک آدرس آی‌پی دارد | همه سوئیچها آدرس آی‌پی مشترکی دارند. | فقط سوئیچ فرمان آدرس آی‌پی دارد. |
منبع : shabakeh-mag
