مترو إيثرنت (Metro Ethernet)
يتضمن MetroE مجموعة متنوعة من خدمات الـ WAN مع بعض الميزات المشتركة فيما بينها. تستخدم كل خدمة من خدمات MetroE روابط حقيقة لشبكة إيثرنت وذلك لتوصيل جهاز العميل بجهاز مزود الخدمة هذه الخدمات عن خدمة من الطبقة الثانية حيث يقوم موفر الـ WAN بإعادة تمرير إطارات Ethernet من جهاز عميل إلى آخر.
يعمل الـ Metro Ethernet كما لو تم إنشاء خدمة WAN بواسطة جهاز مبدل Ethernet واحد كما هو موضح في الشكل أدناه بحيث يوضح الشكل أربعة مواقع في نفس الشركة في كل منها جهاز توجيه ويتم توصيل كل جهاز توجيه بخدمات WAN عن طريق الإيثرنت وبأحد أنواع التوصيل عادةً الألياف وذلك بسبب عنصر المسافة. من وجهة نظر العميل يعمل خادم الـ WAN مثل جهاز مبدل في شبكة محلية حيث يقوم بإعادة تمرير إطارات الـ Ethernet.
على الرغم من أن المفهوم الرئيسي يجعل خدمة الـ Metro Ethernet وكأنها جهاز تبديل كبير لشبكة محلية LAN إلا أن هناك العديد من الخيارات المتاحة والتي يجب أن تتضح أساسيات كل منها. أضف إلى ذلك تنوع طرق الاتصال من العملاء بخدمة الـ Metro Ethernet فقد تكون من خلال أجهزة التوجيه أو مبدلات الطبقة الثالثة والتي بطبيعة الحال تبرز على السطح بعض مشاكل الطبقة الثالثة فيما يخص بروتوكولات التوجيه وعناوين الـ IP.
تصميم وطوبولوجيا مترو إيثرنت الفيزيائي
ما تحتاجه المؤسسة الطالبة لخدمة الـ Metro Ethernet هو اتصال كل موقع من مواقعها بالخدمة من خلال ارتباط Ethernet واحد وليست هناك حاجة لتوصيل كل جهاز توجيه من أجهزتها مع الجهاز الآخر بشكل مادي ومباشر فعلى سبيل المثال في الشكل السابق كان هناك اتصال لكل جهاز من أجهزة التوجيه الأربعة الخاصة بالمؤسسة بخدمة الـ MetroE الخاصة بـ Service Provider(SP) وذلك باستخدام ارتباط إيثرنت مادي واحد وذلك عوضاً عن الاتصال المباشر بأجهزة توجيه المؤسسة الأخرى مع بعضها البعض.
يحتاج SP إلى بناء شبكته الخاصة لإنشاء خدمة الـ Metro Ethernet. وسيضع نصب عينيه موضوع تخفيض التكاليف ولذلك سيضع جهاز مبدل غالباً بالقرب من أكبر عدد ممكن من مواقع تواجد العملاء وسيسمي هذه المنشأة بنقطة التواجد Point Of Presence(PoP). والغاية أن تكون مبدلات SP هذه قريبة بدرجة كافية من العديد من مواقع العملاء بحيث تكون قادرة على دعم بعض معايير Ethernet ذات العلاقة بالمسافة من منشأة PoP الخاص بـ SP إلى كل موقع من مواقع العملاء والشكل أدناه يوضح الفكرة.
بالنظر الى التفاصيل الموجودة في الشكل أعلاه يُطلق على الرابط المادي بين العميل ومقدم الخدمة SP اسم ارتباط وصول (access link) أو ، عند استخدام Ethernet على وجه التحديد (Ethernet access link) وكل ما يحدث على هذا الارتباط يدخل تحت تعريف واجهة شبكة المستخدم (UNI) يشير المصطلح UNI إلى User Network Interface وتشير كلمة Network إلى شبكة SP بينما يُعرف العميل والمقدمة له الخدمة (المؤسسة) على أنه الـ User.
وبالنظر إلى مركز ووسط الشكل السابق نرى أن تفاصيل شبكة SP مخفية عننا إلى حد كبير. ما يعد به SP هو تقديم إطارات Ethernet عبر WAN وللقيام بذلك تتصل الـ access link بمبدل إيثرنت. وكما تعرف سينظر ويهتم المبدل بحقول عناوين الـ MAC لرأس إطارات Ethernet وفي رؤوس الـTrunking المعنية بتوصيل 802.1Q والمرتبطة بالـ VLANs إلا أن التفاصيل داخل الشبكة تظل مخفية.
تشير UNI إلى مجموعة متنوعة من المعايير بما في ذلك حقيقة أنه يمكن استخدام أي معيار من معايير IEEE Ethernet لـ access link. يوضح الجدول أدناه بعض المعايير التي يمكن استخدامها كروابط وصول إلى Ethernet وذلك بسبب دعمها لمسافات أطول من المعايير التي تستخدم كيابل UTP.
خدمات وشبكات Ethernet WAN
علاوةً على إضافة اتصال Ethernet مادي من كل موقع من مواقع خدمة Metro Ethernet الخاصة بشركة SP يجب على المؤسسة (العميل) أن تختار بين العديد من الأشكال والخيارات الممكنة لخدمات MetroE. هذه الأشكال والخيارات المختلفة تلبي احتياجات العملاء المختلفة.
تحدد MEF ويمكن زيارة موقعهم (www.mef.net) معايير Metro Ethernet بما في ذلك مواصفات الأنواع المختلفة من خدمات MetroE. الجدول أدناه يوضح ثلاثة أنواع من الخدمات التي سنناقشها في هذه الورقة.
خدمة خط إيثرنت نقطة إلى نقطة (Point-to-Point)
خدمة خط Ethernet أو E-Line ، هي أبسط خدمات Metro Ethernet بحيث يربط العميل موقعين محددين بـ access link. ثم تسمح خدمة MetroE للجهازين بإرسال إطارات Ethernet لبعضها البعض يوضح الشكل أدناه ذلك وخذ في عين الاعتبار أن أجهزة التوجيه هنا تمثل أجهزة CPE.
في هذه الحالة:
■ ستستخدم أجهزة التوجيه واجهات إيثرنت فعلية.
■ ستقوم أجهزة التوجيه بإعداد عناوين IP لتظهر وكأنها لنفس الشبكة الفرعية مثل بعضها البعض.
■ ستصبح بروتوكولات التوجيه الخاصة بهم وكأنها متصلة مباشرةً وعليه ستقوم بتبادل معلومات التوجيه.
تحدد مواصفات الـ MetroE مفهوم (Ethernet Virtual Connection) أو EVC لتحدد أي أجهزة المستخدم (العميل) التي يمكنها الاتصال بأي جهاز آخر. كما واضح من الاسم فإن خدمة الخط الإلكتروني (E-Line) تنشئ EVC من نقطة إلى نقطة مما يعني أن الخدمة تسمح بنقطتي نهاية للتواصل.
قد ترغب إحدى المؤسسات في عمل شبكة تحوي موقعين وجهازي توجيه من خلال اتصالMetroE وباستخدام خدمة E-Line. إلا أنه يوجد اختلافات أخرى حتى في طريقة الاستفادة من (E-Line) الخط الإلكتروني.
فعلى سبيل المثال تخيل هيكل WAN الخاص بمؤسسة مع موقع مركزي واحد و 100 موقع بعيد. وكما عرفنا الى الآن ومع خدمة E-Line سيحتاج موجه الموقع المركزي إلى 100 واجهة إيثرنت مادية للاتصال بهذه المواقع البعيدة والكثيرة وهذا بلا شك سيكون مكلفا وكبديل تستطيع للمؤسسة استخدام فكرة التصميم الموضح في الشكل السابق حيث تظهر ثلاثة مواقع بعيدة فقط وفيها:
■ يستخدم جهاز توجيه الموقع المركزي ارتباط وصول واحد بسرعة 10 جيجابت في الثانية.
■ الموقع المركزي يتصل بـ 100 خط إلكتروني (ثلاثة فقط معروضة).
■ تقوم جميع الخطوط الإلكترونية بإرسال واستقبال الإطارات عبر نفس ارتباط الوصول.
قبل الانتقال إلى خدمة MetroE التالية تجدر الإشارة أنه يمكن للعميل استخدام المبدلات بدلاً من أجهزة التوجيه للاتصال بشبكة WAN. وقد يكون هذا الأمر مستغرب لك أيها القارئ الكريم لأنه ومن الناحية التاريخية تعودنا على وضع أجهزة التوجيه على حافة شبكة WAN وذلك بسبب أن هذا الجهاز قادر على الاتصال بكل من WAN و LAN إضافة إلى LAN و WAN تستخدمان أنواعاً مختلفة من المنافذ المادية وبروتوكولات ارتباط البيانات. وكنتيجة لكل ذلك كانت أجهزة التوجيه بمثابة الجهاز المثالي للجلوس على الحافة بين LAN و WAN ولكن مع MetroE تكون كل من LAN و WAN على حد سواء مع Ethernet وهذا ما يجعل المبدل هنا خياراً متاحاً.
خدمة إيثرنت LAN (Full Mesh)
تخيل أن مؤسسة ما تحتاج إلى ربط عدة مواقع بشبكة WAN وتريد أن تسمح وتمكن كل موقع من إرسال واستقبال الإطارات مباشرة إلى كل المواقع الأخرى. يمكن تنفيذ ذلك باستخدام E-Lines التي تمت مناقشتها سابقاً لكن سنحتاج إلى الكثير من الخطوط الإلكترونية وللتوضيح لو أردنا ربط ثلاثة مواقع عن طريق (E-Lines) لتحقق إمكانية كل موقع منهم من إرسال واستقبال الإطارات مباشرة إلى المواقع الأخرى فالحاجة هنا تكون إلى ثلاثة خطوط إلكترونية (E-Lines) بينما لو كانت المواقع أربعة أو خمسة أو ستة مواقع فالحاجة ستكون إلى 6 أو 10 أو 15 (E-Lines) على التوالي وماذا لو كانت المواقع 20 موقعاً فإن الحاجة ستكون إلى 190 (E-Lines). (الصيغة المستخدمة لحساب ذلك هي N (N – 1) / 2)
ولهذا السبب أتاحت اتصالات الـ MetroE تصميمات تسمح بشبكة كاملة (Full Mesh) بحيث تتيح لكل زوج من الأجهزة في الخدمة الإرسال والاستقبال للإطارات مباشرة. ومع قليل من التأمل فإن السماح لجميع الأجهزة بالإرسال مباشرة إلى بعضها يشبه إلى حد كبير شبكة محلية LAN ولذلك تسمى خدمة MetroE هذه بخدمة Ethernet LAN أو E-LAN.
تتيح خدمة E-LAN الواحدة لجميع الأجهزة المتصلة بها إرسال إطارات Ethernet مباشرة إلى كل جهاز آخر تمامًا كما لو كانت شبكة محلية كبيرة متصلة بجهاز مبدل ويوضح الشكل أدناه مثالاً لخدمة MetroE واحدة من نوع E-LAN EVC فيتضح أن EVC متصل بأربعة مواقع عملاء مما أدى إلى إنشاء شبكة E-LAN واحدة والآن يمكن لأجهزة التوجيه R1 و R2 و R3 و R4 إرسال الإطارات مباشرة إلى بعضها البعض وسيكونون جميعاً في نفس الشبكة الفرعية.
خدمة E-LAN تربط المواقع في بشبكة كاملة ويشير مصطلح (Full Mesh) إلى تصميم يمكن مجموعة من الأجهزة من إنشاء مسار اتصال مباشر لكل زوج وفي المقابل يشير المصطلح (partial mesh) إلى تصميم يمكن لبعض الأزواج فقط من التواصل مباشرة مع بعضها وهو ما تقوم به خدمة (E-Tree) والتي ستناقش بعد قليل.
خدمة شجرة إيثرنت (Hub and Spoke)
تنشئ خدمة (E-Tree) بنية WAN تمكن جهاز الموقع المركزي من إرسال إطارات Ethernet مباشرةً إلى كل موقع بعيد ولكن المواقع (الطرفية) البعيدة لا تستطيع الإرسال إلا إلى الموقع المركزي فقط. يوضح الشكل 14أدناه الفكرة بحيث يتضح أن جهاز التوجيه R1 هو الموقع المركزي والذي يمكنه الإرسال إلى جميع المواقع البعيدة الثلاثة بينما يمكن لأجهزة التوجيه R2 و R3 و R4 الإرسال إلى R1 فقط.
باستخدام E-Tree يعمل الموقع المركزي كأصل للشجرة وكل موقع بعيد كأحد الأفرع يأخذ هذا الهيكل العديد من الأسماء مثل (partial mesh) و (Hub and Spoke) و (point-to- multipoint). وأياً كان المصطلح المستخدم فإن خدمة E-Tree تنشئ تقوم برسم شكل جيد للتصميمات يحوي موقع مركزي بالإضافة إلى العديد من المواقع البعيدة.
تصميم الطبقة الثالثة باستخدام Metro Ethernet
الآن بعد أن تعرفت على أساسيات خدمات E-Line (من نقطة إلى نقطة) و E-LAN (شبكة كاملة) و E-Tree (من نقطة إلى عدة نقاط) سنناقش هنا بعض تفاصيل التصاميم المرتبطة بالطبقة الثالثة وذلك عند استخدام خدمات E-Line و E-Tree. بمعنى أنه في حال كون المؤسسة تستخدم أجهزة توجيه أو مبدلات الطبقة الثالثة كأجهزة لحافة الـ WAN فكيف يفترض للمهندس أن يخطط ويعد لعناوين الـ IP والشبكات الفرعية وهل سيكون هناك تأثير على بروتوكولات التوجيه؟
سيكون الحديث منصب على أجهزة التوجيه كأجهزة للمؤسسة ولكن ذات المفاهيم تنطبق على مبدلات الطبقة الثالثة أيضًا.
تصميم الطبقة الثالثة مع خدمة (E-Line)
يستخدم كل (E-Line) بنية من نقطة إلى نقطة مما يعني ضرورة أن يكون الموجهان الموجودان على طرفي الخط الإلكتروني في نفس الشبكة الفرعية وبالمثل عندما تستخدم المؤسسة خطوط (E-Line) متعددة فيجب أن يكون كل منها في شبكة فرعية مختلفة. كما في الشكل أدناه والذي يعرض خطين (E-Line) كلاهما يتصل بجهاز التوجيه R1 على اليسار.
مهم هنا التركيز على خطوط (E-Line) وتجاهل روابط الوصول بحيث يكون كل خط (E-Line) ممثلاً لشبكة فرعية وعليه سيحتاج كل جهاز توجيه إلى عنوان IP لكل شبكة فرعية ويجب أن تكون عناوين الشبكات الفرعية فريدة وغير مكررة بحيث تأتي جميع العناوين من مدى العناوين IP الخاصة بالمؤسسة يوضح الشكل أدناه مثالاً على العناوين والشبكات الفرعية وثلاثة مسارات ديناميكية تم التعرف عليها وتعلمها عن طريق OSPF في جدول التوجيه من R3.
تأمل جدول توجيه IP في الجزء السفلي الأيمن من الشكل أعلاه والذي يخص جهاز التوجيه R3 ركز أولاً على المسار إلى الشبكة الفرعية 10.1.1.0/24 وهي شبكة LAN الفرعية المرتبطة بجهاز التوجيه R1 ستجد المسار يشير الى أن عنوان القفزة الأولى الموصلة للشبكة هو 10.1.13.1 وهو العنوان الموجود على اتصال Ethernet WAN وتحديداً العنوان الموجود على الـ E-Line الذي يربط R1 و R3. لاحظ أيضاً استخدام واجهة فرعية (G0/1.13) في هذا المسار مما يعني أن التصميم يستخدم الـ (Trunking) 802.1Q على هذا الرابط.
دعنا ننتقل الآن إلى مسار R3 المتجه للشبكة الفرعية 10.1.2.0/24 والذي يشير إلى أن R3 لا يمكنه إرسال حزم مباشرة إلى R2 مع تصميم WAN الحالي. فـ R3 ليس لديه خط (E-Line) يسمح لـه بإرسال الإطارات مباشرة إلى R2. لذلك ستتعرف R3 على مسارها للشبكة الفرعية 10.1.2.0/24 من خلال R1 بحيث سيكون العنوان 10.1.13.1 هو عنوان القفزة التالية له مما يعني أنه عند إعادة توجيه الحزم سترسل R3 الحزم إلى R1 والتي ستعيد بدورها توجيهها بعد ذلك عبر الخط (E-Line) الآخر إلى R2.
تصميم الطبقة الثالثة مع خدمة E-LAN
مقدمة ، ماذا يحصل لو قمنا بتوصيل أربعة أجهزة توجيه بمبدل واحد في شبكة محلية وكانت جميعها مشتركة في نفس شبكة VLAN فكيف سيكون وضع عناوين الـ IP لأجهزة التوجيه الأربعة هذه؟ ولو افترضنا أن جميعها استخدمت نفس بروتوكول التوجيه فالمعلوم هو سيكون لجميع أجهزة التوجيه الأربعة عناوين IP في نفس الشبكة الفرعية وستصبح جميعها جيران.
في خدمة E-LAN يتم استخدام نفس الفكرة السابقة مع نفس أنواع علاقات الجوار لبروتوكول التوجيه. يوضح الشكل أدناه مثالاً يتضمن الشبكات الفرعية والعناوين بالإضافة إلى مسار واحد كمثال ولاحظ هنا أن أجهزة التوجيه الأربعة المتصلة بخدمة E-LAN في وسط الشكل وتحتوي جميعها على عناوين في الشبكة الفرعية 10.1.99.0/24
انظر إلى جدول التوجيه لـ R3 في الشكل أعلاه ستجد أن المسار من R3 إلى الشبكة المحلية 10.1.2.0/24 والمرتبطة بـ R2 يشير الى عنوان القفزة التالية 10.1.99.2 وعليه سيقوم R3 بإرسال الحزم مباشرةً إلى R2. لاحظ أيضًا أن المسارين الآخرين في جدول التوجيه يعرضان عناوين القفزة التالية لـ R1 لتكون 10.1.99.1 ولـ R4 لتكون 10.1.99.4
