شبکه کلاس ساده با استفاده از کاتارا

کاتارا چیست

کاتارا یک چارچوب بر پایه کانتینر ها برای ساخت شبکه های مجازی، SDN ها، NFV ها و قرارداد های سنتی راهگزینی (به انگلیسی traditional routing protocols) می باشد.

(https://www.kathara.org/) برای ساخت این آزمایشگاه از کانتینر FRR کاتارا استفاده خواهم کرد. (https://frrouting.org/ )

شبکه کلاس چیست؟

• شبکه های کلاس (به انگلیسی Clos) از دو لایه (در حالت ساده) سوییچ تشکیل شده اند. یک لایه به نام تیره پشت(ستون) (spine) و لایه دیگه برگ ها (leaves) نامیده می شود.
• همه ی برگها به همه ی ستونها وصل می شود.
• ستون ها برگها را به یکدیگر متصل میکنند و برگها سرور ها را به شبکه متصل میکنند.
• مرسوم است که سرور ها و سوییچ های برگ را در یک ردیف (rack) قرار دهند ،که در این صورت سوییچ در بالای ردیف قرار میگیرد. Top of rack) TOR).
• هر دو ستون ها و برگ ها میتوانند از یک نوع سوییچ باشند.
• بین هر دو سرور بیش از دو مسیر وجود دارد. (هر بسته میتواند بیش از دو مسیر متفاوت برای رسیدن به سرور دیگر را بپیماید).
• اگر نیاز به افزایش پهنای باند دارید به ستون ها اضافه کنید.
• ستونها تنها یک هدف دارند. اینکه برگها را به یکدیگر متصل کنند.
• نقطه پایان پردازش(برای مثال سرور ها. به انگلیسی compute endpoints) هیچگاه به ستون ها متصل نیستند.
• اگر مایل به افزایش کاری که شبکه پشتیبانی می کند هستید، تعداد برگها و سرور ها را افزایش دهید.
• ستون ها تنها برای افزایش پهنای باند در لبه ها (به انگلیسی edge) به کار می روند.
• در شبکه کلاس همه کار ها به غیر از اتصال داخلی به لبه ها رانده می شود.(برای مثال ستون ها وظیفه پاسخ به درخواست های یافتن آدرس (به انگلیسی Address Resolution Protocol ARP) پایگاه های انتهایی را ندارند.
• در برگ ها اتصال های سمت پایین(به انگلیسی downlink) اتصال های رو به سرور ها هستند و اتصال ها سمت بالا (به انگلیسی uplink) رو به ستون ها می باشند.
• در شبکه های گزینش بسته ای (به انگلیسی packet switching)، مفهوم Oversubscription یک سوییچ برابر است با نسبت پهنای باند اتصال های سمت پایین به اتصال های سمت بالا.
• بیشتر مراکز داده از اینکه لایه هایی بالایی شبکه کلاس یک نسبت Oversubscription یک به یک دارد اطمینان حاصل می کنند. حداکثر تعداد سرورهایی که می تواند به یک شبکه کلاس متصل شوند برابر است با n به توان دو تقسیم بر دو. که n برابر تعداد پورت های سوییچ است.
• یک شبکه که نسبت oversubscription یک به یک دارد را یک شبکه بدون انسداد (به انگلیسی Non-blocking network) هم می نامند.
• با فرض بر اینکه از سوییچ هایی که دارای n پورت هستند برای برگ ها و ستون ها استفاده کنیم و با فرض اینکه نسبت ما یک به یک باشد،‌حداکثر تعداد سرور هایی که میتواند به شبکه کلاس متصل شوند n^2/2 میباشد.
• تعداد سوییچ های مورد نیاز برای ساخت کامل یک شبکه کلاس، با استفاده از سوییچ هایی که دارای n پورت می باشند برابر است با n + n/2.

مزایا و معایب

• اگر از بیش از یک ستون در ساخت شبکه استفاده کنیم. اگر یکی از ستون ها را از دست دهیم فاجعه ای اتفاق نمی افتد.
• بر خلاف از دست دادن یک ستون. اگر یک برگ را از دست بدهیم تمام سرورهایی که به آن برگ متصل بوده اند تحت تاثیر قرار میگیرند.
• خرابی سیستمی مرکز داده کل شبکه را تحت تاثیر قرار میدهد.

توپولوژی آزمایشگاه