تحليل بنية الـ Campus LAN
يشير مصطلح Campus LAN إلى الشبكة المحلية التي يتم إنشاؤها لدعم الأجهزة في مبنى أو في مبانٍ متعددة بالقرب من بعضها البعض إلى حد ما. فقد تستأجر شركة ما مكاتبها في عدة مبانٍ في نفس المجمع ويطلب من مهندسي الشبكات بعد ذلك إنشاء وتأسيس شبكة Campus LAN تتضمن مبدلات (Switches) في كل مبنى إضافةً إلى روابط Ethernet بين تلك المبدلات في المباني المتجاورة لإنشاء شبكة LAN الكبيرة والتي اصطلح في هذه الحالة على تسميتها Campus LAN.
عند التخطيط والتصميم لشبكة Campus LAN يجب على المهندسين مراعاة أنواع Ethernet المتاحة وأطوال الكابلات التي يمكن أن يدعمها كل نوع كما يحتاج المهندسون أيضاً إلى اختيار السرعات المطلوبة لكل قطاع إيثرنت ويجب أيضاً التفكير في استخدام بعض المبدلات للاتصال مباشرة بأجهزة المستخدم النهائي في الشبكة في حين أن بعضها الآخر سيتصل بعدد كبير من مبدلات أخرى وهكذا.
ليس فقط ذلك بل تتطلب معظم المشاريع أن يأخذ المهندس في الاعتبار نوع المعدات التي الموجودة والتي تم تركيبها وما إذا كانت زيادة السرعة في بعض القطاعات ستؤثر على الأخرى وهل يجب توفير معدات جديدة للتوائم معها وما إلى ذلك من الاعتبارات.
يناقش هذا الجزء بنية ومعمارية شبكات Campus LAN فمصممو الشبكات لا يقومون فقط بتوصيل الأجهزة بأي منفذ وتوصيل المبدلات ببعضها البعض بطريقة عشوائية بل هناك طرق معروفة تعتبر هي الأفضل في تصميم بنية ومعمارية شبكات Campus LAN وسنوضح هنا بعض من هذه الأمور والطرق.
تصميم Campus LAN من مستويين
يوضح الشكل أدناه تصميماً نموذجياً لشبكة LAN كبيرة الحجم بحيث تحتوي هذه الشبكة المحلية على حوالي 1000 جهاز كمبيوتر متصلة بمبدلات تدعم حوالي 25 منفذاً لكل منها وتستخدم Cisco ثلاثة مصطلحات لوصف دور كل مبدل في تصميم Campus LAN : الوصول(access) والتوزيع(distribution) والنواه(core) بحيث تختلف الأدوار بناءً على ما إذا كان المبدل يمرر حركة المرور من أجهزة المستخدم النهائي وبقية أجهزة الشبكة في جهة الـ (access) أو ما إذا كان المبدل يمرر حركة المرور بين مبدلات الشبكة الأخرى الموجودة في (distribution و core).
تتصل مبدلات الـ (access) مباشرة بالمستخدمين النهائيين مما يوفر وصول جهاز المستخدم إلى الشبكة المحلية وعادةً ما ترسل مبدلات (access) حركة المرور من وإلى أجهزة المستخدم النهائي التي تتصل بها وتوجد على حافة الشبكة المحلية.
بينما توفر مبدلات الـ (distribution) مساراً يمكن المبدلات من التواصل مع بعضها وإعادة تمرير حركة المرور بينها. يتصل كل مبدل من مبدلات الـ (access) بمبدل واحد على الأقل من مبدلات الـ (distribution) وأحياناً أكثر من واحد لضمان التوافر وعدم الانقطاع
يوضح الشكل السابق تصميماً من مستويين حيث تكون الطبقات هي طبقة الوصول (access) وطبقة التوزيع (distribution). وهذا النوع من التصميم المتكون من مستويين يعالج احتياجين من احتياجات التصميم الرئيسية:
■ يوفر مكاناً لتوصيل أجهزة المستخدم النهائي (طبقة الوصول مع مبدلات الوصول).
■ توصيل المبدلات بعدد معقول من الكابلات ومنافذ المبدلات عن طريق توصيل جميع مبدلات الوصول والبالغ عددها الأربعين مبدلاً بمبدلين من مبدلات التوزيع.
تظهر العديد مصطلحات بنية الشبكة الـ (Topology) ضمن التصميم المكون من مستويين بحيث نستخدم في ميدان الشبكات العديد من المصطلحات الشائعة حول ذلك منها ما يلي:
Star: تصميم يتصل فيه جهاز مركزي واحد بالعديد من الأجهزة الأخرى بحيث إذا قمت برسم الروابط في جميع الاتجاهات فإن التصميم سيبدو كنجمة بضوء ساطع في جميع الاتجاهات.
Full mesh: لأي مجموعة من أجهزة الشبكة هذا التصميم يربطها ببعضها ربطاً بين كل زوج من الأجهزة.
Partial mesh: لأي مجموعة من أجهزة الشبكة هذا التصميم يربطها ببعضها ربطاً بين كل زوج من الأجهزة ولكن ليس جميعها تماماً.
Hybrid: تصميم يجمع بين ما سبق من تصاميم في تصميم أكبر وعادةً ما يكون أكثر تعقيداً.
بعد هذه التعريفات لبعض البنى الخاصة بالشبكات لاحظ أن التصميم ذي المستويين هو تصميم هجين (Hybrid) يستخدم كلاً من الهيكل النجمي (Star) في طبقة الوصول وهيكل (Partial mesh) في طبقة التوزيع.
للتوضيح ضع في اعتبارك الشكل أدناه ففيه رسم مبدل من طبقة الوصول (access) إلا أنه وبدلاً من وضع جميع أجهزة الكمبيوتر أسفل المبدل فإنه تم نشرها حوله وعلى اليمين يوضح شكل مماثل لماذا نستخدم مصطلح النجمة فهي تبدو إلى حد ما مثل رسم لنجمة.
تكوّن طبقة التوزيع (distribution) شبكة من نوع (Partial mesh) فإذا قمت بعرض مبدلات الوصول (access) والتوزيع (distribution) كأجهزة في التصميم فإن بعضها له ارتباط بالبعض الآخر دون البعض. ما عليك سوى الرجوع إلى الشكل 13-1 ولاحظ أنه ، حسب التصميم ، لا يوجد جهاز واحد في طبقة الوصول (access) يتصل مع جميع أجهزة الطبقة.
تصميم حرم ثلاثي المستويات (أساسي)
التصميم ذو المستويين والذي تمت مناقشته سابقاً هو التصميم الأكثر شيوعًا لشبكات Campus LAN. كما أنه معروف ومشهور باسمين شائعين هما (two-tier design) و (collapsed core). والجدير بالذكر أنه يوجد تصميم آخر يتكون من ثلاث طبقات أي أنه يحتوي على النواه(core) أيضاً.
تخيل أن هناك Campus LAN يحتوي على مبنيين أو ثلاثة مبانٍ فقط بحيث يحتوي كل مبنى على تصميم من مستويين داخل المبنى مع زوج من مبدلات التوزيع(distribution) في كل مبنى ومبدلات وصول (access) منتشرة في المبنى بحسب الحاجة فكيف يمكن توصيل الشبكات المحلية في كل مبنى مع بعضها البعض. من المنطقي توصيل مبدلات التوزيع (distribution) معاً كما هو موضح في الشكل أدناه
يعمل التصميم في الشكل السابق بشكل جيد وتستخدم فعلياً العديد من الشركات هذا التصميم. أحياناً يستخدم مركز الشبكة بنية الـ (Full mesh) وأحياناً بنية الـ (Partial mesh) وذلك بناءً على مدى توفر الكابلات بين المباني. ومع ذلك فإن تصميم المستويات الثلاثة يعتبر موفر على مستوى منافذ المبدلات والكابلات في التصاميم الأكبر ولا تنسَ أنه عند الربط بين المباني يتم استخدام الكابلات بالخارج وغالباً ما تكون أكثر تكلفة للتركيب وتكون دائمًا ألياف ضوئية ذات منافذ خاصة في المبدلات وهي أكثر تكلفة لذا وجب الحفاظ على عدد الكيابل المستخدمة بين المباني لتقليل التكاليف المادية.
يظهر الشكل أدناه أن تصميم المستويات الثلاثة أضاف عدداً محدوداً من المبدلات(core) والتي توفر وظيفة واحدة هي توصيل مبدلات التوزيع (distribution)
تلخص القائمة التالية المصطلحات التي تصف أدوار مبدلات Campus LAN:
■ الوصول(access): يوفر نقطة اتصال أو وصول لأجهزة المستخدم النهائي ولا يقوم بإعادة بتمرير الإطارات بين مبدلي وصول آخرين في الوضع العادي والطبيعي.
■ التوزيع(distribution): يوفر نقطة تجميع لمبدلات الوصول مما يوفر الاتصال ببقية الأجهزة في شبكة LAN وإعادة تمرير الإطارات بين المبدلات ولكن لا يتم الاتصال مباشرة بأجهزة المستخدم النهائي.
■ الأساسي(core): يقوم بتجميع مبدلات التوزيع في شبكات Campus LAN مما يوفر معدلات إعادة تمرير عالية جداً للبيانات وذلك لكبر حجم حركة المرور والمرتبطة بحجم الشبكة.
مصطلحات تصميم البنى المعمارية للشبكات (Topology)
يظهر الشكل أدناه بعض المصطلحات المستخدمة. فأولاً يظهر على اليسار مبدل وصول (access) بسلسلة من الكابلات المتوازية مع بعضها البعض ومع ذلك فإن الهيكل يسمى بالهيكل النجمي (star) وبجواره نفس الشكل مع تغيير لوضع الكيابل فقط ومن هنا جاءت تسمية النجمي كما مر سابقاً.
يظهر الجانب الأيمن من الشكل أعلاه تصميماً من مستويين مع التركيز على شبكة الروابط بين مبدلات الوصول والتوزيع وعادةً ما تسمى أي مجموعة من الأجهزة التي تتصل ببعضها بروابط أكثر من روابط الهيكل النجمي بالـ (mesh) وفي هذه الحالة تكون الشبكة عبارة عن (Partial mesh) لأنه ليس لكل الأجهزة مرتبطة ارتباط مباشر مع بعضها البعض.
تستفيد الشبكات الحقيقية من أفكار هذه الهياكل وغالباً ما تجمع هذه الأفكار معاً. فعلى سبيل المثال يمكن أن يدمج الجانب الأيمن من الشكل مع الهيكل النجمي لطبقة الوصول ومع الشكل (Partial mesh) لطبقة التوزيع ولذلك قد تسمع هذه التصاميم التي تجمع بين كل ذلك والتي تسمى بالتصميم الهجين (hybrid design).
شبكة المكتب الصغير / شبكة المنزل
يعتبر (Small Office/Home Office) من شبكات LAN الأصغر حجماً من سابقتها والذي يختصر أحياناً بـ (SOHO). يشير SOHO إلى التصميمات والتطبيقات التي لها عدد قليل من منافذ المبدلات وعدد قليل من نقاط الوصول (Access point) وعدد قليل من أجهزة التوجيه وعدد قليل من ارتباطات WAN. ويشير المصطلح إلى الحالتين الأكثر شيوعًا منه مستخدم يعمل من المنزل أو من مكتب صغير به عدد قليل من الموظفين والأجهزة.
يستخدم معظمنا شبكة Wi-Fi بشكل يومي في منازلنا ويظهر الشكل أدناه الإعداد الأساسي للجهاز المستخدم وغالباً ما يكون جهازاً واحداً يسمى الموجه اللاسلكي بحيث يتصل أحد جانبي الجهاز بالإنترنت بينما يتصل الجانب الآخر بالأجهزة الموجودة في المنزل والتي يمكنها الاتصال بشبكة Wi-Fi أو بكبل Ethernet سلكي.
بينما يوضح الشكل أعلاه الأجهزة كجهاز توجيه واحد إلا أنه داخليًا يعمل هذا الموجه اللاسلكي كأجهزة منفصلة:
■ جهاز مبدل (Switch) إيثرنت لتوصيلات إيثرنت بشكل سلكي
■ نقطة وصول لاسلكية (AP) للاتصال بالأجهزة اللاسلكية وإعادة تمرير
الإطارات
■ موجه (Router) لتوجيه الحزم IP من/الى منافذ LAN و WAN (الإنترنت)
■ جدار الحماية (Firewall) والذي غالبًا ما يسمح افتراضيًا للعملاء بالاتصال بالخوادم على الإنترنت ولكن ليس العكس
يكرر الشكل أدناه الشكل السابق إلا أنه يفصل المكونات الداخلية كما لو كانت أجهزة مادية منفصلة فقط لتوضيح أن جهاز توجيه لاسلكي واحد للمستهلك يعمل مثل عدة أجهزة مختلفة.
الطاقة عبر إيثرنت (PoE)
عملت فكرة الطاقة عبر الإيثرنت (PoE) على تغيير فكرة أن جميع أجهزة الشبكة يجب أن تتصل بشكل مباشر بمنافذ ومزودات الكهرباء بحيث أصبحت مسؤولية توفير الطاقة الكهربائية لبعض الأجهزة موجودة على عاتق فريق هندسة الشبكة. فقد تم تصميم بعض الأنواع من الأجهزة لتتمكن من تلقي طاقتها الكهربائية عبر كابل Ethernet بدلاً من استخدام سلك الطاقة الكهربائية ولإنجاز ذلك يجب أن يكون جهاز التبديل (Switch) في الشبكة المحلية متصلاً بالكابل لتزويده بالطاقة ويقوم هو بتزويد غيره بها عن طريق خاصية PoE وهذا يمكّن الشركات من العديد من المزايا مثل تخفيض التكاليف المادية للكيابل وكذلك قدرات أفضل لإدارة الطاقة مقارنة باستخدام كابل الطاقة الكهربائية التقليدي ومأخذ الطاقة بشكل مباشر.
أساسيات PoE
الفكرة باختصار هي أن بعض الأجهزة تعمل كمصدر للطاقة وعادةً ما تكون أجهزة التبديل (Switch) كما هو موضح في الشكل أدناه ويُطلق على الجهاز الذي لديه القدرة على أن يتم تشغيله عبر كبل Ethernet بدلاً من موصل طاقة آخر على الجهاز باسم Powered Device(PD).
تتمتع PoE بميزة رائعة للأجهزة المثبتة في المواقع والتي لا تحتوي غالباً على كابل طاقة مثبت مسبقاً. فعلى سبيل المثال يكون غالباً أثناء التصميم اللاسلكي تواجد نقاط الوصول في نطاق واسع عبر أسقف المبنى وكذلك وضع كاميرات فيديو ووضعها في زوايا الأسقف بالداخل أو بالخارج فبدلاً من ايجاد كيابل جديدة للطاقة الكهربائية لكل جهاز يمكن أن يوفر كبل Ethernet واحد الطاقة اللازمة لجهاز ما بينما يسمح أيضاً باتصالات Ethernet العادية في نفس الوقت ومن خلال نفس أزواج الأسلاك الداخلية له. يساعد PoE كذلك في استقرار التيار المستمر عبر كابل Ethernet لذلك لا يحتاج الجهاز إلى محول AC/DC.
طريقة عمل PoE
يجب أن يكون لدى PoE وسيلة لتجنب إلحاق الضرر بالأجهزة الموجودة في نهاية الدائرة الكهربائية لأنه من الممكن أن يتضرر أي جهاز كهربائي من خلال تلقي الكثير من التيار الكهربائي وهذا هو السبب الدافع لتركيب قواطع الدائرة و الواقيات من زيادة التيار وبطبيعة الحال فقد يكون لتمرير الطاقة عبر كبل Ethernet نفس التأثير مما قد يؤدي إلى الإضرار بالجهاز الموجود على الطرف الآخر إذا كان هذا الجهاز لا يدعم PoE.
إن PoE يعمل وفق معيار تم اعتماده من خلال IEEE والذي يوضح ويحدد آلية عمل الـ PoE بحيث يجب أن تراعى بعض الأمور وذلك قبل بدء تشغيل الجهاز يمكن توضيحها في هذه الخطوات الرئيسية:
الخطوة الأولى: لا يتم التزويد بالطاقة لمنفذ قادر على استقبال الطاقة من خلال الإيثرنت (PoE) ما لم تفضي المفاوضات من أن الجهاز يحتاج إلى طاقة.
الخطوة الثانية: يجب استخدم تقنيات التفاوض التلقائي عبر Ethernet وإرسال إشارات منخفضة الطاقة وانتظار إشارة الرد لتحديد فئة طاقة PoE والتي تحدد مقدار الطاقة التي يجب توفيرها للجهاز.
الخطوة الثالثة: إذا تم تحديد الجهاز على أنه PD فيجب توفير الطاقة اللازمة بحسب فئته والتي تسمح للجهاز بالتمهيد(boot).
الخطوة الرابعة: يجب مراقبة التغييرات التي تطرأ على فئة الطاقة سواء من خلال التفاوض التلقائي وكذلك الاستماع إلى رسائل CDP و LLDP من الجهاز.
الخطوة الخامسة: إذا تم تحديد فئة طاقة جديدة فيجب ضبط مستوى الطاقة لتلك الفئة.
