آموزش CCNA-200-301

معرفی شبکه‌های WAN – آموزش CCNA 200-301 – درس ۱۳

  • توسط محمد حاجی آبادی
  • ۰۶ اردیبهشت ۱۳۹۹
  • ۰

یک روز عادی در یکی از شعب یک شرکت تجاری را تصور کنید. کاربر پشت یک دستگاه کلاینتی، مانند PC، لپتاپ، تبلت، یا تلفن همراه می‌نشیند. این دستگاه به شبکه LAN متصل است، حال این ارتباط می‌تواند به وسیله یک کابل اترنت یا از طریق یک شبکه بیسیم، برقرار شود. به هر حال، کاربر اطلاعاتی را بر روی یک وب سایت بررسی می‌کند، این وب سرور در واقع در شعبه مرکزی این شرکت واقع شده است. برای ایجاد چنین ارتباطی، اطلاعات از طریق یک یا چند لینک WAN منتقل می‌شوند.

تکنولوژی‌های WAN متشکل از استاندارد‌هایی در لایه Physical و پروتکل‎هایی در لایه Data-Link می‌باشد که در کنار یکدیگر ارتباطات راه دور را فراهم می‌کنند. در این قسمت، دو نوع از این تکنولوژی‌ها را با یکدیگر بررسی می‌کنیم: تکنولوژی‌های Leased-line WAN و تکنولوژی‌های Ethernet WAN. تکنولوژی‌های Leased-line WAN یا اجاره‌ای، بیش از نیم قرن یکی از انتخاب‌ها برای اتصال شبکه‌ها به یکدیگر از راه دور هستند، و امروزه از محبوبیت این تکنولوژی‌ها کم شده است. لینک‌های Ethernet WAN از همان پروتکل‌های Ethernet LAN در لایه Data-Link استفاده می‌کند. اما از ویژگی‌های بیشتری برای پشتیبانی از مسافت‌های طولانی‌تر برخوردار هستند.

تکنولوژی‌های Leased-Line WAN

برای این که شبکه‌های LAN را با استفاده از WAN به یکدیگر متصل کنیم، ابتدا باید یک روتر به هرکدام از LANها متصل کنیم. سپس مهندس شبکه شرکت باید خطوط ارتباطی WAN را سفارش دهد. در این حالت، روتر هر شعبه یک لینک از شبکه LAN، و یک لینک هم به شبکه WAN دارد، همانطور که در شکل ۱-۱۳ نشان داده شده است. توجه داشته باشید که خطوط خمیده مابین روتر‌ها، روشی متداول برای نشان دادن لینک‌های اجاره‌ای می‌باشد، دیگر نیازی به اشاره به این موضوع روی شکل نمی‌باشد.

یک شبکه تجاری کوچک به همراه یک خط اجاره‌ای
شکل ۱-۱۳: یک شبکه تجاری کوچک به همراه یک خط اجاره‌ای

جزئیات فیزیکی خطوط اجاره‌ای

خطوط اجاره‌ای بیت‌ها را در هر دو جهت، با یک سرعت از پیش تعیین شده، و با استفاده از منطق full-duplex منتقل می‌کنند. در واقع، از نظر مفهومی مانند این است که، دو روتر را با استفاده از یک لینک اترنت Crossover و با منطق full-duplex به یکدیگر متصل کنید، همانطور که در شکل ۱۳-۲ نشان داده شده است. خطوط اجاره‌ای از دو زوج سیم استفاده می‌کنند، هر زوج سیم برای ارسال در یک جهت استفاده می‌شود، که به منطق full-duplex سازگاری دارد.

یک نمای مفهومی از نحوه سرویس دهی خطوط اجاره‌ای
شکل ۲-۱۳: یک نمای مفهومی از نحوه سرویس دهی خطوط اجاره‌ای

البته خطوط اجاره‌ای، تفاوت‌های زیادی با یک کابل Crossover اترنت دارد. برای این که لینک‌هایی با مسافت طولانی به وجود آورد، در واقع از یک کابل با طول بلند استفاده نمی‌شود. در عوض، شرکت‌های مخابراتی برای راه اندازی این خطوط اجاره‌ای، از یک شبکه بسیار بزرگ شامل تعداد زیادی کابل و سوئیچ و سایر تجهیزات، استفاده می‌کند. این نوع از شبکه‌ها این قابلیت را ایجاد می‌کند که دو نقطه مختلف را به یکدیگر متصل کرد، و این اتصال مانند حالتی است که این دو نقطه را با یک کابل Crossover به یکدیگر وصل کرده باشیم، اما واقعیت این بستر از چشم مشتریان پنهان است.

خطوط اجاره‌ای، اصطالاحات خاص خود را دارند. اول از همه، کلمه “خطوط اجاره‌‌ای” یا “Leased-Line” به این موضوع اشاره دارد که شرکت‌ها از خطوط ارتباطی و لینک‌هایی که متعلق به خود شرکت نیست استفاده می‌کنند، و در قبال آن مبلغی را به عنوان اجاره پرداخت می‌کنند. جدول ۱۳-۱لیستی از اصطلاحات مربوط به خطوط اجاره‌ای را نشان می‌دهد.

جدول 1- 13: نام‌های مختلف خطوط اجاره‌ای

اصطلاحتوضیحات
لینک سریال Serial Linkکلمه “سریال” به این معناست که بیت‌ها به صورت سریالی و پشت سر هم منتقل می‌شوند، و در روترها هم از اینترفیس‌های سریال استفاده می‌شود.
لینک Point-to-pointاین لینک‌ها، ارتباط مابین فقط دو نقطه در مسافت طولانی ادامه دارد.
خطوط T1این نوع بخصوص از خطوط اجاره‌ای، اطلاعات را با سرعت 1.544 مگابیت برثانیه منتقل می‌کند.
لینک‌های WANاین یک واژه عمومی است، و به هیچ تکنولوژی خاصی اشاره ندارد.
خطوط خصوصی Private Lineدر این خطوط، زمانی که اطلاعات در حال ارسال است، این اطلاعات نمی‌تواند توسط سایر مشتریان شرکت مخابراتی دیده شود. بنابراین این اطلاعات خصوصی و محرمانه است.

برای ایجاد خطوط اجاره‌ای، باید به صورت فیزیکی مسیر‌هایی مابین دو روتر وجود داشته باشد. در ساختمان‌های مشتریان در جایی که روتر‌ها قرار داده شده‌اند، باید کابل‌کشی‌های مورد نیاز  توسط خود شرکت صورت گیرد. شرکت‌های مخابراتی نیز، برای کابل‌کشی مابین دو ساختمان با پیچیدگی‌هایی مواجه هستند، و اینگونه نیست که به سادگی مابین دو ساختمان یک کابل را نصب کنند. در حالی که، شرکت‌های مخابراتی از توپولوژی بزرگ و پیچیده‌ای مابین دو روتر استفاده می‌کنند.

شکل ۳-۱۳ نمایی کوچک از شبکه و کابل‌کشی شرکت‌های مخابراتی برای ایجاد یک لینک اجاره‌ای کوتاه را نشان می‌دهد. شرکت‌های مخابراتی تجهیزات خود را درون ساختمان‌هایی به نام Central Office یا CO نگه‌داری می‌کنند. این شرکت‌ها از ساختمان‌های CO خود به اکثر نقاط شهر کابل‌کشی می‌کنند، با این انتظار که بتوانند سرویس‌هایی را به مشتریان خود در تمام نقاط شهر ارائه دهند. سپس این شرکت‌ها با پیکربندی سوئیچ‌های خود این قابلیت را برای مشتریان ایجاد می‌کنند که اطلاعات در هر دو جهت ارسال و دریافت شود، و روتر‌ها بتوانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.

نحوه کابل‌کشی شرکت‌های مخابراتی برای یک خط اجاره‌ای کوتاه
شکل ۳-۱۳: نحوه کابل‌کشی شرکت‌های مخابراتی برای یک خط اجاره‌ای کوتاه

اگرچه، مشتریان نیازی به دانستن این جزئیات و اینکه شبکه یک شرکت مخابراتی چگونه تشکیل شده است، ندارند، اما مهندسین شبکه‌ای که برای این مشتریان کار می‌کنند، باید در مورد قسمت‌هایی از این لینک که به روتر متصل شده است، اطلاعاتی داشته باشند. به هر حال، شما می‌توانید هر لینک سریال را همانند یک ارتباط نقطه به نقطه یا Point-to-Point در نظر بگیرید.

جزئیات پروتکل HDLC در لایه Data-Link برای استفاده در خطوط اجاره‌ای

خطوط اجاره‌ای سرویس‌هایی را برای لایه ۱ ارائه می‌دهند. به بیان دیگر، این تضمین را می‌دهد تا بیت‌ها را از بین تجهیزاتی که در بین راه است، به مقصد برساند. به هر حال، خود خطوط اجاره‌ای پروتکلی برای لایه Data-Link ندارند.

به دلیل این که خطوط اجاره‌ای فقط سرویس انتقال بیت‌ها را در لایه ۱ فراهم می‌کنند، شرکت‌ها و سازمان‌های استانداردسازی زیادی پروتکل‌های متنوعی را برای کنترل این خطوط در لایه Data-Link ایجاد کرده‌اند. امروزه، دو پروتکل پرطرفدار در لایه Data-Link برای خطوط اجاره‌ای وجود دارد و بین روتر‌ها استفاده می‌شود. پروتکل High-Level Data Link Control یا HDLC و پروتکل Point-to-Point Protocol یا PPP.

تمام پروتکل‌های لایه Data-Link یک قانون ساده را اجرا می‌کنند تا صحیح ارسال شدن اطلاعات را بر روی نوع خاصی از لینک فیزیکی کنترل کنند. برای مثال، در پروتکل اترنت در لایه Data-Link از یک آدرس مقصد برای شناسایی مقصد درست استفاده می‌شود و همچنین برای این که تشخیص داده شود که اطلاعات درست ارسال شده است، از فیلد FCS استفاده می‌شود. پروتکل HDLC نیز چنین فرایند‌هایی را دارد.

پروتکل HDLC نسبت به پروتکل اترنت کار کمتری انجام می‌دهد به این دلیل که از یک توپولوژی ساده Point-to-Point و لینک اجاره‌ای تشکیل شده است. زمانی که یک روتر یک فریم HDLC را ارسال می‌کند، این فریم فقط به یک نقطه می‌تواند ارسال شود. پس از این رو HDLC فقط یک فیلد آدرس دارد و مقصد مشخص است. برای درک بهتر این موضوع در فرض کنید که با یکی از دوستان خود به نام Gray برای صرف نهار رفته‌اید و فقط شما و دوستتان هستید. در این صورت، شما برای این که با دوستتان صحبت کنید، نیازی ندارید هر جمله خود را با Gray شروع کنید، به این دلیل که او می‌داند که شما با او در حال صحبت هستید.

پروتکل  HDLC دارای فیلد‌های دیگری شبیه به پروتکل اترنت نیز می‌باشد. جدول ۲-۱۳ فیلد‌های پروتکل HDLC را با مورد مشابه آن در پروتکل اترنت نشان می‌دهد.

جدول 1-16: ابزار کمک در سیستم عامل IOS سیسکو

چیزی که تایپ می‌کنیدکمکی که به شما می‌شود
?کمک برای تمامی دستورات موجود در سطح جاری را نمایش می‌دهد.
command ?با یک فاصله میان ? و command، سوئیچ لیستی از تمامی پارامتر‌های اول مربوط به دستور را نمایش می‌دهد.
com?تمامی دستوراتی که با com شروع می‌شوند را نمایش می‌دهد.
command parm?تمامی پارامتر‌هایی که با نیمه‌ی تایپ شده، شروع می‌شوند، را نمایش می‌دهد. (توجه کنید که فاصله‌ای میان param و ? نیست.)
command parm«Tab»با فشردن کلید Tab از روی صفحه کلید، IOS مابقی پارامتر را به صورت اتوماتیک تایپ می‌کند. با این فرض که از یک دستور یا پارامتر به اندازه‌ای تایپ شده که با سایر دستورات تداخل نداشته باشد.
command parm1اگر یک فاصله قبل از علامت ? باشد، CLI لیستی از پارامتر‌های بعدی موجود را نمایش می‌دهد.

پروتکل HDLC امروزه به عنوان یک پروتکل استاندارد موسسه ISO می‌باشد. موسسه ISO همچنین مدل OSI را اولین بار معرفی کرده بود. همچنین، پروتکل HDLC در استاندارد ISO فیلد Type را ندارد، و روتر‌ها نیاز به دانستن نوع بسته‌ای که در فریم بسته‌بندی شده است، دارند. از این رو، روترهای سیسکو از متغیر اختصاصی در پروتکل HDLC استفاده می‌کند که به کمک آن فیلد Type اضافه می‌شود. این موضوع در شکل ۴-۱۳ نیز نشان داده شده است.

ساختار فریم‌های HDLC اختصاصی سیسکو
شکل ۴-۱۳: ساختار فریم‌های HDLC اختصاصی سیسکو

نحوه استفاده روترها از یک شبکه Data Link WAN

خطوط اجاره‌ای به روترها متصل می‌شوند، و روترها هم بر روی ارسال اطلاعات به مقصد تمرکز دارند. بنابراین روترها هم به شبکه LAN و هم به شبکه WAN متصل هستند، این شبکه‌های LAN و WAN نیاز به اطلاعاتی برای قرار دادن درون فریم Data-Link دارند. حالا که شما اطلاعات بیشتری در مورد HDLC دارید، به شما کمک می‌کند تا نحوه استفاده روتر‌ها از HDLC را برای ارسال اطلاعات بهتر درک کنید.

لایه Network فقط بر روی ارسال یک بسته IP، از سیستم فرستنده به سیستم گیرنده تمرکز دارد. از دیدگاه لایه Network، شبکه‌های LAN و WAN فقط مسیری برای انتقال بسته‌های IP از یک روتر به روتر دیگر یا یک کلاینت می‌باشند. شکل ۵-۱۳ دیدگاه لایه Network را از شبکه‌های LAN و WAN بیان می‌کند.

منطق مسیریابی در شبکه‌های LAN و WAN
شکل ۵-۱۳: منطق مسیریابی در شبکه‌های LAN و WAN

برای ارسال یک بسته IP از PC1 به PC2 مطابق شکل بالا، مراحل زیر باید طی شوند:

  1. منطق لایه Network کامپیوتر PC1 می‌گوید که باید بسته IP به روتر همسایه R1 ارسال شود.
  2. منطق لایه Network روتر R1 می‌گوید که این بسته IP باید از طریق لینک اجاره‌ای به روتر همسایه R2 ارسال شود.
  3. منطق لایه Network روتر R2 می‌گوید که بسته دریافت شده باید از طریق لینک LAN به کامپیوتر PC2 تحویل داده شود.

در شکل ۵-۱۳، کامپیوترها و روترها با تکیه بر LANها و WANها، بسته‌های شبکه را منتقل می‌کنند. شکل ۶-۱۳ نیز همین روند را نشان می‌دهد، اما این بار کامپیوتر‌ها و روترها را از دیدگاه لایه Data-Link نشان می‌دهد. این بسته لایه Network، سه بار در یک بسته جداگانه Data-Link بسته‌بندی می‌شود، در واقع، هر بار که بسته IP قرار است مابین دو شبکه مختلف منتقل شود، در لایه Data-Link مجدد بسته‌بندی جدیدی صورت می‌گیرد. در این سناریو این اتفاق، یک بار هنگام انتقال از PC1 به R1، یک بار هنگام انتقال از R1 به R2، و یک بار هم هنگام انتقال از R2 به PC2 رخ می‌دهد.

باز کردن و بسته‌بندی مجدد پکت‌ها توسط روتر‌ها
شکل ۶-۱۳: باز کردن و بسته‌بندی مجدد پکت‌ها توسط روتر‌ها

مراحل زیر در سناریوی شکل بالا رخ می‌دهد، در این سناریو کامپیوتر PC1 مجدد به کامپیوتر PC2 یک بسته IP ارسال می‌کند:

  1. کامپیوتر PC1 برای این که بسته IP خود را به روتر R1 ارسال کند، ابتدا این بسته را درون یک فریم اترنت به آدرس Destination MAC روتر R1 بسته‌بندی می‌کند.
  2. روتر R1 این فریم اترنت را پس از دریافت باز کرده تا به اطلاعات بسته IP یا همان پکت دسترسی داشته باشد، سپس این پکت را درون یک فریم HDLC به همراه هدر و تریلر مربوطه قرار می‌دهد، در نهایت نیز این فریم HDLC را به روتر R2 ارسال می‌کند.
  3. روتر R2 نیز این فریم HDLC را باز کرده و پکت درون آن را در یک فریم اترنت جدید ایجاد کرده ودر فیلد آدرس Destination MAC آدرس کامپیوتر PC2 را قرار می‌دهد، و در نهایت این فریم را به سمت مقصد نهایی خود ارسال می‌کند.

به طور خلاصه، خطوط اجاره‌ای مبتنی بر پروتکل HDLC، یک لینک WAN را برای دو روتر فراهم می‌کنند که این دو بتوانند بسته‌های مربوط به شبکه LAN خود را به سمت یکدیگر ارسال کنند. زمانی که صحبت از خطوط اجاره‌ای می‌شود، منظور بستر فیزیکی است که این قابلیت را فراهم می‌کند تا ارسال اطلاعات در هر دو جهت انجام شود، همچنین منظور از فریم HDLC این است که بسته‌های IP مربوط به لایه Network را درون فریم HDLC بسته‌بندی کرد تا بتوان این فریم‌ها را بر روی بستر خطوط اجاره‌ای به سمت روتر مقابل ارسال کرد.

خطوط اجاره‌ای از مزایای زیادی برخوردارند، که باعث شده تا در بازار تکنولوژی‌های WAN عمر بالایی داشته باشند. راه اندازی این خطوط برای مشتریان بسیار ساده است، به صورت گسترده‌ای در دسترس هستند، از کیفیت بالایی برخوردارند، و خصوصی هستند.در عین حال، این خطوط معایبی هم در مقایسه با تکنولوژی‌های جدید WAN دارند، از جمله قیمت بالا و زمان زیاد راه‌اندازی این سرویس. علاوه بر این، در مقایسه با استاندارد‌های امروزی، خطوط اجاره‌ای از سرعت پایین‌تری بهره می‌برند. تکنولوژی‌ سریع‌تر WAN مدتی است که در حال جایگزینی با این خطوط اجاره‌ای هستند، یکی از این تکنولوژی‌ها، تکنولوژی اترنت است که در ادامه به جزئیات آن و نحوه استفاده از آن در شبکه‌های WAN آشنا می‌شویم.

استفاده از اترنت به عنوان یک تکنولوژی WAN

در چند دهه‌ی اول ظهور تکنولوژی‌اترنت، این تکنولوژی فقط برای استفاده در شبکه‌های LAN مناسب بود. محدودیت طول کابل و دستگاه‌ها ممکن است این اجازه‌ را دهد که شبکه‌های LAN تا یک یا دو کیلومتر هم ادامه پیدا کند، اما همچنان محدودیت وجود دارد.

با گذشت زمان، موسسه IEEE با بهینه سازی استاندارد‌های اترنت، استفاده از این تکنولوژی را در شبکه‌های WAN منطقی کرد. برای مثال، استاندارد ۱۰۰۰BASE-LX با استفاده از کابل فیبر نوری SM، مسافتی به طول حداکثر ۵ کیلومتر را پشتیبانی می‌کند، همچنین استاندارد ۱۰۰۰BASE-ZX این مسافت را تا ۷۰ کیلومتر هم افزایش داده است. با گذشت زمان، موسسه IEEE با افزایش طول کابل‌های اترنت، دلیلی منطقی برای استفاده از این تکنولوژی در شبکه‌های WAN ایجاد کرد.

امروزه، بسیاری از شرکت‌های ارائه دهنده سرویس‌های WAN یا Service Provider (SP)، سرویس‌های WAN را بر پایه تکنولوژی اترنت ارائه می‌دهند. این سرویس‌ها که از تنوع بسیاری برخوردارند، با نام‌های مختلفی شناخته می‌شوند، اگرچه تمام آنها از یک مدل مشابه استفاده می‌کنند. با پیاده‌سازی شبکه مابین سازمان‌ها و شرکت‌های Service Provider با استفاده از تکنولوژی اترنت، این شبکه مانند شکل ۷-۳ خواهد شد.

یک لینک فیبر اترنت متصل به روتر لبه شبکه که ارتباطات WAN را فراهم می‌کند
شکل ۷-۱۳: یک لینک فیبر اترنت متصل به روتر لبه شبکه که ارتباطات WAN را فراهم می‌کند

مدل نشان داده شده در شکل ۷-۳ در واقع ایده شبکه‌های شرکت‌های مخابراتی را نشان می‌دهد که به این وسیله می‌توانند خدمات خطوط اجاره‌ای را ارائه دهند. این ایده در شکل ۳-۳ هم نشان داده شده بود ولی این بار از تکنولوژی اترنت استفاده شده است. سازمان‌هایی که از از خطوط اجاره‌ای استفاده می‌کنند، فقط کافی است که یک لینک اترنت را به اینترفیس روتر خود متصل کنند. این لینک اترنت (که عموما از فیبر می‌باشد) به مشتری این اجازه را می‌دهد که شبکه ساختمان خود را به نقطه‌ای به نام PoP از شبکه شرکت‌های مخابراتی متصل کند. همچنین در شکل ۳-۳ از یک سوئیچ مخابراتی استفاده شده است، ولی در شکل ۷-۳ از سوئیچ اترنت استفاده شده است. درون شبکه شرکت‌های Service Provider از تکنولوژی‌های مختلفی استفاده شده است تا به وسیله آنها بتوان سرویس‌های Ethernet WAN را ارائه داد.

ارائه سرویس‌های Ethernet WAN که به صورت لایه ۲

سرویس‌های Ethernet WAN شامل تنوع بسیاری از سرویس‌ها است که نحوه استفاده روتر‌ها از این سرویس‌ها با یکدیگر متفاوت است. با این وجود، در دوره CCNA فقط نیاز است که با مفاهیم پایه‌ای این سرویس‌ها آشنا شوید. یکی از این سرویس‌ها بسیار شبیه به کابل Crossover رفتار می‌کند، به عبارت دیگر:

  • به صورت منطقی، مانند یک ارتباط نقطه به نقطه یا Point-to-point مابین دو روتر رفتار می‌کند.
  • به صورت فیزیکی، مانند یک لینک فیبر اترنتی که مابین دو روتر وجود دارد، رفتار می‌کند.

در کتاب CCNA این نوع از Ethernet WANها، دارای نام‌ها گوناگونی هستند، از جمله:

Ethernet WAN: یک نام عمومی برای تمایز از Ethernet LAN می‌باشد.

Ethernet Line Service (E-Line): واژه‌ای از انجمن مترو اترنت یا MEF برای نوعی از ارتباط نقطه به نقطه سرویس Ethernet WAN که در مثال بالا نشان داده شد.

شبیه‌سازی Ethernet: این واژه به لینک‌هایی اشاره می‌کند که در واقعیت مابین دو نقطه اترنت نیستند.

Ethernet over MPLS (EoMPLS): واژه‌ای که به تکنولوژی MPLS اشاره دارد و به کمک این تکنولوژی می‌توان سرویس‌های Ethernet WAN را برای مشتریان فراهم کرد.

اگر ارتباط مابین دو روتر را یک لینک اترنت مستقیم تصور کنید، می‌توانید به نحوه کار کردن EoMPLS پی ببرید، این موضوع در شکل ۸-۳ هم نشان داده شده است. در این شکل، روتر‌های R1 و R2 با استفاده از یک لینک EoMPLS به جای لینک سریال به یکدیگر متصل شده‌اند. این روتر‌ها برای این ارتباط از اینترفیس‌های اترنت استفاده می‌کنند، و می‌توانند به صورت همزمان هم ارسال و هم دریافت داشته باشند. از لحاظ فیزیکی، هر دو روتر به نقطه‌ای از شرکت Service Provider متصل شده‌اند، اما از نظر منطقی، هر دو روتر می‌توانند بر روی این لینک، فریم‌های اترنت خود را ارسال کنند.

لینک EoMPLS که همانند یک لینک اترنت مابین دو روتر رفتار می‌کند.
شکل ۸-۱۳: لینک EoMPLS که همانند یک لینک اترنت مابین دو روتر رفتار می‌کند.

لیست کامل فهرست مطالب آموزش CCNA 200-301

محمد حاجی‌آبادی هستم، کارشناس رشته کامپیوتر و علاقه‌مند به حوزه فناوری اطلاعات و شبکه‌های کامپیوتری.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *