نحوه اتصال چند سوئیچ شبکه به یکدیگر

در شبکه‌ های محلی (LAN) با وسعت متوسط و بزرگ، معمولاً نیاز است چندین سوئیچ شبکه به یکدیگر متصل شوند تا پوشش‌دهی گسترده‌تر، افزایش ظرفیت و افزونگی فراهم گردد. اتصال بهینه و صحیح سوئیچ‌ ها منجر به بهبود عملکرد، کاهش تأخیر، افزایش قابلیت اطمینان و سادگی مدیریت می‌شود. در این مقاله به بررسی روش‌های اصلی اتصال چند سوئیچ، مفاهیم کلیدی، پیکربندی لازم و بهترین شیوه‌ ها خواهیم پرداخت.

آشنایی با انواع روش‌ های اتصال سوئیچ‌ شبکه ها

به طور کلی اتصال صحیح چند سوئیچ  شبکه به یکدیگر مستلزم درک دقیق مفاهیم لینک‌های بین‌سوئیچی، پروتکل‌ه ای کنترل حلقه، و بهترین شیوه‌ های طراحی توپولوژی است. با بکارگیری روش‌های Link Aggregation، Stacking و Trunking همراه با پیکربندی STP/RSTP، می‌توان شبکه‌ای با کارایی بالا، افزونگی مناسب و مدیریت متمرکز ایجاد کرد که نیازهای امروز سازمان‌ها و دیتاسنترها را پوشش دهد.

در ساده‌ ترین روش اتصال، سوئیچ‌ شبکه ها به صورت خطی یا زنجیره‌ای (Daisy Chain) به هم متصل می‌شوند؛ یعنی با کابل RJ45 یا فیبر از یک پورت در سوئیچ اول به پورت سوئیچ دوم، از آنجا به سوم و الی‌آخر لینک می‌کنیم. پیکربندی این ساختار بسیار آسان است و نیازی به تنظیمات خاصی ندارد؛ کافی است کابل را در پورت‌های مناسب جای دهید. اما نقطه ضعف اصلی آن در فقدان افزونگی و افزایش تأخیر در هر گرهٔ میانی است: اگر هر کدام از سوئیچ‌ شبکه های میانی دچار خرابی شوند یا لینکی از بین برود، بخش انتهایی زنجیره از شبکه جدا می‌شود و کارکرد آن متوقف خواهد شد.

Link Aggregation یا تجمیع لینک (بر اساس استاندارد IEEE 802.3ad یا LACP) روشی است که در آن چند کابل فیزیکی را به یک «لینک منطقی» واحد تبدیل می‌کنیم. برای پیکربندی، در محیط CLI یا رابط وب سوئیچ شبکه، پورت‌ های موردنظر را در یک گروه LAG (Link Aggregation Group) تعریف کرده و LACP را فعال می‌کنیم. مزیت این روش دوگانه است: اول، پهنای باند تجمعی برابر مجموع سرعت پورت‌ ها فراهم می‌شود و دوم، در صورت قطعی یکی از لینک‌ ها، سایر کابل‌ ها تا زمان بازسازی لینک پشتیبان، ترافیک را ادامه می‌دهند. این ساختار ضمن افزایش کارایی، افزونگی لازم را نیز عرضه می‌کند.

برای انتقال هم زمان ترافیک چندین VLAN بر روی یک یا چند لینک بین سوئیچ، از پورت‌های Trunk و برچسب‌گذاری استاندارد IEEE 802.1Q استفاده می‌کنیم. در پیکربندی، پورت سوئیچ را به حالت trunk می‌بریم و فهرست VLANهای مجاز (Allowed VLANs) را مشخص می‌کنیم. هر فریم روی این لینک با تگ مخصوص VLAN فرستاده می‌شود تا سوئیچ مقصد ترافیک را در VLAN صحیح قرار دهد. این روش ترافیک منطقی جداگانه را بدون نیاز به کابل‌های جداگانه برای هر VLAN فراهم می‌کند، اما در عین حال نیازمند دقت در تعریف VLANها و جلوگیری از اتلاف یا نشت داده بین VLANهاست.

Stacking تکنیکی است که سوئیچ‌ شبکه های هم‌رده یک برند را با کابل‌های اختصاصی (مانند StackWise در Cisco) به یک «سوئیچ منطقی» واحد تبدیل می‌کند. پس از اتصال سخت‌افزاری، همهٔ سوئیچ‌های پشته یک IP مدیریتی مشترک می‌گیرند و تنظیمات، Firmware و جدول مسیریابی یکپارچه بر روی کل پشته اعمال می‌شود. این رویکرد برای شبکه‌های متوسط تا بزرگ ایده‌آل است، چون هم پهنای باند داخلی میان سوئیچ‌ شبکه را به‌صورت خودکار افزایش می‌ دهد و هم افزونگی سیستمی فراهم می‌کند؛ در نتیجه اگر یک سوئیچ از پشته خارج شود، سایر اعضا همچنان ترافیک را عبور خواهند داد.

منظور از حالت های مختلف اتصال سوئیچ شبکه ها چیست؟

لینک بین‌سوئیچی (ISL) به هر اتصال فیزیکی گفته می‌شود که دو سوئیچ را به هم متصل می‌سازد. این لینک می‌تواند از طریق کابل مسی (RJ-45) یا فیبر نوری برقرار شود و معمولاً برای انتفال حجم زیادی از ترافیک در فواصل مختلف به کار می‌رود. وقتی چندین VLAN بر روی این لینک‌ها ترافیک عبور می‌دهند، از مفهوم Trunking استفاده می‌شود: پورت‌های Trunk با فعال کردن برچسب‌گذاری VLAN (Tagging) بر اساس استاندارد IEEE 802.1Q، هر فریم را با شناسه VLAN مخصوص خود می‌فرستند تا سوئیچ مقصد بتواند ترافیک را به VLAN صحیح بازگرداند. به این ترتیب یک لینک فیزیکی واحد می‌تواند ترافیک چند شبکه مجازی را به‌صورت همزمان حمل کند.

Link Aggregation یا LACP (IEEE 802.3ad) روشی است برای ترکیب چندین لینک فیزیکی میان دو سوئیچ شبکه به یک «کانال منطقی» واحد. با تعریف گروه تجمیع (LAG) در تنظیمات سوئیچ و فعال‌کردن LACP، بسته‌ ها به‌طور خودکار میان تمام لینک‌های عضو گروه توزیع می‌شوند. این کار پهنای باند تجمعی را افزایش می‌دهد و در عین حال افزونگی را تضمین می‌کند: اگر یکی از کابل‌ها قطع شود، ترافیک به‌سرعت از طریق لینک‌های باقیمانده ادامه می‌یابد. همچنین LACP این امکان را فراهم می‌کند که سوئیچ‌ شبکه ها ناهماهنگی پورت‌ها را تشخیص داده و از مشکلات ناشی از تطبیق ناصحیح سرعت یا Duplex جلوگیری کنند.

Stacking به معنای اتصال مستقیم سخت‌افزاری چند سوئیچ هم‌رده با کابل‌های اختصاصی (Stack Cables) است تا یک «سوئیچ واحد منطقی» تشکیل دهند. در این ساختار، همهٔ اعضای پشته یک IP مدیریتی مشترک دارند، تنظیمات و Firmware به‌صورت همگام بین سوئیچ‌ها توزیع می‌شود و پورت‌های همهٔ آن‌ها در یک جدول واحد پردازش ترافیک را انجام می‌دهند. مزیت اصلی پشته‌سازی، سهولت مدیریت متمرکز و افزونگی کامل مسیرهای بین‌ سوئیچی است؛ به‌طوری که اگر یکی از سوئیچ‌ شبکه های پشته از کار بیافتد، سایر اعضا به‌صورت خودکار ترافیک را بدون وقفه هدایت می‌کنند.

وقتی چند لینک میان سوئیچ‌ شبکه ها برقرار می‌شود، احتمال ایجاد حلقه‌های لایه ۲ و Broadcast Storm بالا می‌رود. STP با ایجاد یک درخت پوشا (Spanning Tree) در توپولوژی شبکه، لینک‌های غیرضروری را به‌صورت موقت غیرفعال می‌کند و تنها مسیرهای بدون حلقه را باز نگه می‌دارد. در صورت خرابی یکی از لینک‌های فعال، STP به‌ سرعت یک مسیر جایگزین را فعال می‌کند تا اتصال حفظ شود. نسخه‌های سریع‌تر مانند RSTP و MSTP زمان همگرایی کوتاه‌تری دارند و امکان پیکربندی چندین Instance برای VLANهای مختلف را فراهم می‌آورند. با بهره‌گیری از STP، می‌توان ضمن تضمین افزونگی، از مشکلات ناشی از حلقه‌ های شبکه جلوگیری کرد.

طراحی توپولوژی و بهترین شیوه‌ های اتصال سوئیچ شبکه ها

در طراحی توپولوژی شبکه، استفاده از معماری سه‌لایه شامل لایه دسترسی (Access Layer)، لایه توزیع (Distribution Layer) و لایه هسته (Core Layer) از اصول مهم برای ساختار شبکه‌های بزرگ و مقیاس‌پذیر است. در لایه دسترسی، سوئیچ‌ شبکه ها دستگاه‌ های مختلف مانند کامپیوترها، چاپگرها و دوربین‌ها را به شبکه متصل می‌کنند. لایه توزیع مسئول انتقال داده‌ ها میان لایه دسترسی و هسته است و معمولا از سوئیچ‌ شبکه های مدیریتی استفاده می‌شود که پیکربندی و سیاست‌ های امنیتی را اعمال می‌کنند.

در نهایت، لایه هسته برای انتقال داده‌های بین شبکه‌های مختلف و به اینترنت یا دیتاسنترها عمل می‌کند. طراحی این سه لایه به شبکه انعطاف‌پذیری، مقیاس‌پذیری و قابلیت مدیریت بهتری می‌دهد. استفاده از VLAN در شبکه‌ها به تفکیک منطقی شبکه‌ ها کمک می‌کند و یکی از بهترین شیوه‌ ها برای مدیریت ترافیک است. با جداسازی ترافیک شبکه به VLANهای مختلف، می‌توان به‌ طور موثری از مشکلاتی همچون broadcast storm جلوگیری کرد که می‌تواند عملکرد شبکه را تحت تاثیر قرار دهد.

در این توپولوژی، هر VLAN به‌طور جداگانه از یکدیگر عمل می‌کند و ترافیک شبکه محدود به هر VLAN باقی می‌ماند. این باعث می‌شود که تنها دستگاه‌های موجود در هر VLAN بتوانند به‌طور مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و ترافیک غیرضروری بین سایر قسمت‌های شبکه منتقل نشود. در اتصال سوئیچ‌ شبکه ها به یکدیگر، استفاده از Link Aggregation (LAG) برای ارتباطات Uplink یکی از بهترین شیوه‌ ها برای تضمین پهنای باند کافی و ایجاد افزونگی است.

LAG اجازه می‌دهد که چندین لینک فیزیکی به‌ صورت یک لینک منطقی ترکیب شوند، که نتیجه آن افزایش پهنای باند تجمعی و همچنین فراهم کردن مسیرهای جایگزین در صورت خرابی یکی از لینک‌ها است. این روش نه تنها از تنگناهای پهنای باند جلوگیری می‌کند، بلکه باعث می‌شود شبکه مقاوم‌تر و پایدارتر باشد. مدیریت شبکه از طریق پروتکل‌هایی نظیر SNMP، NetFlow و sFlow به مدیران شبکه امکان می‌دهد که وضعیت سوئیچ‌ شبکه ها، لینک‌ها و ترافیک شبکه را به‌طور متمرکز نظارت کنند.

این پروتکل‌ ها اطلاعات مفیدی را درباره ترافیک عبوری، منابع مصرفی و سلامت تجهیزات فراهم می‌کنند که به مدیران این امکان را می‌دهند که مسائل پرفشار یا خرابی‌ها را به‌سرعت شناسایی کرده و اقدامات لازم را انجام دهند. همچنین، پیاده‌سازی مانیتورینگ و اعلام هشدار برای بررسی وضعیت لینک‌ها و سلامت سوئیچ‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است تا در صورت بروز مشکلاتی همچون قطع لینک یا افزایش ترافیک غیرعادی، هشدارهای مناسبی به مدیران ارسال شود و اقدامات اصلاحی به‌موقع انجام شود.