افزونگی در شبکه چیست و روی چه تجهیزات و فناوری‌هایی قابل اجرا است؟

افزونگی منابع تغذیه

دیسک‌های سخت مستعد خرابی هستند، زیرا دارای صفحات مغناطیسی در حال چرخش هستند. با این حال، دیسک‌ها تنها مولفه‌ای نیستند که ممکن است در یک سیستم خراب شوند. منبع تغذیه نیز ممکن است از کار بیفتد. به همین دلیل توصیه می‌شود سیستم‌ها با منبع تغذیه دوگانه ساخته شوند تا در صورت خرابی یک منبع تغذیه، منبع تغذیه دوم وارد مدار شده و سیستم به کار خود ادامه خواهد داد. در سرورهای جدیدتر، امکان تشخیص خطاهای مربوط به پردازنده مرکزی نیز وجود دارد و مادربرد قادر است فرایندهای محاسباتی و پردازشی را به پردازنده مرکزی دوم انتقال دهد. همچنین، خطاهای حافظه قابل پیش‌بینی و مدیریت هستند تا در صورت خرابی حافظه اطلاعات از دست نرود. ترکیب این عوامل با یکدیگر باعث می‌شوند تا یک شبکه ارتباطی بتواند بدون مشکل به کار خود ادامه دهد و با مشاهده کوچک‌ترین نشانه‌ای از خرابی هشداری برای مدیر شبکه ارسال شود، اما اختلالی در عملکرد کسب‌وکار به وجود نیاید. 

اگر منبع تغذیه در یکی از تجهیزات مهم شبکه مثل سرور خراب شود، ابتدا سرور و در ادامه، شبکه از حرکت بازخواهند ایستاد. در این حالت اگر بهترین قرارداد پشتیبانی را داشته باشید، دست‌کم باید 4 ساعت منتظر بمانید تا منبع تغذیه جدید برسد و سرور دومرتبه به کار خود ادامه دهد. بنابراین، در هنگام طراحی شبکه‌ها باید به اصل دسترس‌پذیری بالا توجه ویژه‌ای داشته باشید. خوشبختانه، بیشتر تجهیزات شبکه را می‌توان با منبع تغذیه دوم اختیاری خریداری کرد. منابع تغذیه دوگانه به روش‌های مختلفی کار می‌کنند که سه مورد زیر محبوبیت بیشتری دارند:

• منابع تغذیه دوگانه فعال/غیرفعال: در این روش منابع تغذیه به دو حالت اولیه و ثانویه تقسیم می‌شوند. منبع تغذیه اولیه در حالت فعال قرار می‌گیرد و منبع تغذیه دوم در حالت غیرفعال یا به عبارت دقیق‌تر، آماده به‌کار (Standby). در این حالت تنها به یک منبع تغذیه اجازه داده می‌شود تا برق موردنیاز سرور را تامین کند. هنگامی که فرایند تامین برق سیستم با مشکل رو‌به‌رو شد، منبع تغذیه دوم وارد مدار شده و تمام بار کاری دستگاه به منبع تغذیه دوم که در حالت غیرفعال قرار داشت منتقل می‌شود. یکی از مشکلات بالقوه منابع تغذیه دوگانه فعال-غیرفعال این است که تنها یک منبع تغذیه در یک زمان کار می‌کند. اگر منبع تغذیه غیرفعال در گذر زمان مستهلک شده باشد و بار کاری به آن انتقال داده شود، احتمال عدم کارکرد صحیح آن زیاد است.
• منبع تغذیه دوگانه متعادل کننده بار: به هر دو منبع تغذیه اجازه می‌دهد در یک پیکربندی فعال-فعال کار کنند. هر دو منبع تغذیه به شکل مساوی برق موردنیاز تجهیزات را تامین می‌کنند که به رویکرد فوق «متعادل‌سازی بار» گفته می‌شود. منبع تغذیه دوگانه متعادل‌کننده بار مشکلی مشابه مدل منابع تغذیه دوگانه فعال-غیرفعال دارد، زیرا هر دو منبع تغذیه مجبور هستند جریان الکتریکی موردنیاز دستگاه را تامین کنند. 
• منبع تغذیه دوگانه با تغییر بار: مدل پر کاربرد در ارتباط با سرورها و تجهیزات مرکز داده است. این مدل عملکردی شبیه به مدل تغذیه دوگانه فعال و غیر فعال دارد، با این تفاوت که گاهی‌اوقات بار به شکل موقت به منبع تغذیه دوم انتقال داده شده و دومرتبه به سمت منبع تغذیه اصلی هدایت می‌شود. مزیتی که روش فوق دارد این است که امکان آزمایش هر دو منبع تغذیه وجود دارد و بنابراین مشکلات قبل از قطع دائمی برق سیستم قابل شناسایی هستند. 

آرایه‌ای از دیسک‌های مستقل (RAID)

هنگام نصب سیستم‌عامل روی یک هارد‌دیسک یا کارت دیجیتال ایمن (SD) سرنام Secure Digital، باید قرینه‌ای از سیستم‌عامل روی یک دستگاه ثانویه قرار گیرد. شکل 1 الگوی فوق را نشان می‌دهد. رایج‌ترین الگوی مورد استفاده در این زمینه آرایه اضافی دیسک‌های مستقل (RAID-1) است. رویکرد مذکور به‌نام قرینه‌سازی نیز نامیده می‌شود. الگوی فوق آستانه تحمل خطای سیستم در خرابی درایو یا کارت پشتیبانی را بهبود می‌بخشد. 

شکل 1

نکته مهمی که در ارتباط با افزونگی تجهیزات ذخیره‌ساز باید به آن دقت کنید نوع معماری است که قرار است دیسک‌های سخت بر مبنای آن‌ها پیکربندی شوند. به‌طور مثال، افزونگی مبتنی بر قرینه‌سازی هزینه زیادی دارد، زیرا برای هر درایوی که قرار است میزبان اطلاعات باشد به درایوی با حجم یکسان نیاز دارید تا قرینه‌ای از اطلاعات را نگه‌داری کند. به همین دلیل برخی شرکت‌ها از رویکرد نوارکشی (Striping) و RAID-5 استفاده می‌کنند. در روش فوق به به سه یا بیشتر درایو نیاز دارید. الگوی فوق در شکل2 نشان داده شده است. 

شکل 2

خوشه‌بندی سرورها

سرورهای امروزی را می‌توان با افزونگی کامل خریداری کرد تا در صورت خرابی قطعات، سرور عملکرد خود را حفظ کند. با این حال، نکته مهمی که درباره افزونگی مولفه‌ها باید به آن دقت کنید این است که فرایند ارزیابی دوره‌ای سیستم بیشتر می‌شود و برخی از مدل‌ها فاقد مکانیزم‌های نرم‌افزاری هستند که به‌طور هوشمند بارهای پردازشی سنگین را میان سرورهای مختلف توزیع کنند. بر همین اساس شرکت‌ها از مفهومی به‌نام خوشه‌‌بندی استفاده می‌کنند. خوشه‌بندی به گروه‌بندی‌ مجموعه‌ای از سرورها اشاره دارد که می‌توانند بارهای کاری را متعادل کنند، تعمیر و نگه‌داری را ساده‌تر کرده و مانع خرابی و از دست رفتن یک شبکه یا مجموعه‌ای از خدمات شوند. به‌طور مثال، ویندوز سرورهای 2019 و 2022 ویژگی کاربردی به‌نام Failover Clustering را ارائه می‌کنند که دسترس‌پذیری بالا برای برنامه‌ها را فراهم می‌کنند. در این حالت، اگر یک سرور از کار بیفتد اجرای برنامه‌ها به‌طور خودکار به سرور دیگری هدایت می‌شود. البته برای تحقق چنین حالتی، برنامه کاربردی باید از ویژگی مذکور پشتیبانی کند. نکته مهمی که باید در ارتباط با خوشه‌بندی فیزیکی به آن دقت کنید این است که نزدیک به 5 تا 10 سال پیش رویکرد فوق کاملا محبوب بود، اما امروز بیشتر شرکت‌ها از رویکرد خوشه‌بندی مجازی استفاده می‌کنند. Microsoft Hyper-V، VMware vSphere و Citrix Hypervisor (XenServer) چند نمونه از نرم‌افزارهای خوشه‌بندی مجازی محبوب هستند که امروزه در مراکز داده از آن‌ها استفاده می‌شود. این پلتفرم‌ها می‌توانند سیستم‌عامل‌ها را برای دسترسی به سرورها و ایستگاه‌های کاری گروه‌بندی کنند. دسترسی به ایستگاه کاری معمولاً در قالب مفهومی به‌نام زیرساخت دسکتاپ مجازی (VDI) انجام می‌شود. در این حالت برنامه‌ها را می‌توان با استفاده از داکر یا کوبرنیتس در کانتینرهای این پلتفرم‌ها قرار داد. رویکرد فوق در خارج از ایران هزینه استفاده از برنامه‌های کاربردی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد (زیرا شرکت‌ها نیازی به خرید لایسنس‌های گران‌قیمت ندارند) و یک برنامه شبیه به یک ماشین مجازی در دسترس کاربر قرار می‌گیرد. شکل3 نمونه‌ای از یک خوشه‌بندی مجازی را نشان می‌دهد.

شکل 3

به‌طور معمول، هر میزبان (Host) شبیه به سایر میزبان‌ها در خوشه است، هایپروایزر خاص خود را دارد و توانایی دسترسی به منابع اشتراکی مثل پهنای باند، فضای ذخیره‌سازی و توان پرداشی را دارد. اکثر ارایه‌دهندگان راه‌حل‌های مجازی به کاربران اجازه می‌دهند هایپروایزر خود را دانلود کرده و به‌شکل رایگان از آن استفاده کنند، زیرا هر میزبان و هایپروایزر آن به‌شکل مستقل از سایر میزبان‌ها عمل می‌کند. با این حال، هنگامی که میزبان‌ها همزمان با هم کار می‌کنند یک خوشه را شکل می‌دهند و سرویسی که این میزبان‌ها را به یکدیگر مرتبط می‌کند دسترس‌پذیری بالا را تضمین می‌کند. ویژگی دسترس‌پذیری بالا از جمله معیارهایی است که ارایه‌دهندگان را‌ه‌حل‌های مجازی مانور تبلیغاتی زیادی روی آن می‌دهند. 

سوییچ‌ها

تا این بخش از مقاله دیدیم که چگونه به اصل دسترس‌پذیری بالا در محاسبات و فضای ذخیره‌سازی دست پیدا کنیم. با این‌حال، نکته مهم دیگری که باید به آن توجه داشته باشید این است که برای لینک‌های میان سوییچ‌ها که وظیفه مرتبط کردن میزبان‌ها و ذخیره‌ساز‌ها را بر عهده دارند ممکن است مشکل قطعی و از کار افتادگی به وجود آید. بنابراین باید به فکر حل این مشکل باشیم تا اصل دسترس‌پذیری بالا حفظ شود. بنابراین باید به دنبال راهکاری برای دستیابی به افزونگی اتصالات شبکه باشیم تا در صورت خرابی یک لینک ارتباط میان تجهیزات قطع نشود. در ارتباط با سوییچ‌ها نکته مهمی که باید به آن دقت کنید پروتکل درخت پوشا (STP) است که فریم‌های لینک‌های اضافی را مسدود می‌کند تا مشکل broadcast storm و فریم‌های تکراری به وجود نیاید. با این حال، اگر یک پیوند خراب شود، STP دوباره فرایند محاسبه را تکرار می‌کند و اجازه می‌دهد تا فریم‌ها از طریق لینک اضافی انتقال پیدا کنند، اما افت محسوس عملکرد شبکه را به همراه دارد. همان‌گونه که در شکل4 مشاهده می‌کنید، این امکان وجود دارد که تمام سوییچ‌های درون یک شبکه را با ساخت افزونگی در شبکه دور بزنیم. گاهی اوقات لایه توزیع یا لایه اصلی ممکن است خراب شوند و به شکل ناقص اقدام به ارسال اطلاعات کنند. به‌طور معمول، خرید سوئیچ‌های اضافی برای این لایه‌ها پرهزینه است و اگر مجموعه فعالیت‌های روزانه تجاری سنگین باشد، باید مشکلات به سرعت برطرف شوند. در چنین شرایطی این افزونگی است که تضمین می‌کند در صورت خرابی، فعالیت‌های تجاری تداوم خواهند داشت. 

شکل 4

روترها

برای دستیابی به اصل افزونگی در ارتباط با روترها باید به سراغ پروتکل‌هایی مثل FHRP سرنام first-hop redundancy protocols، HSRP سرنام Hot Standby Router Protocol و VRRP سرنام Virtual Router Redundancy Protocol  برویم. این پروتکل‌ها به شما این امکان را می‌دهند که با ارائه یک روتر مجازی هماهنگ، یک گیت‌وی پیش‌فرض دسترس‌پذیر را پیکربندی کنید، شکل5 نحوه دستیابی به افزونگی در ارتباط با روترها را نشان می‌دهد. اگر روتر به دلیل تعمیر یا خرابی از کار بیفتد، روتر دیگر به درخواست‌ها و بسته‌های مسیریابی از طریق آدرس آی‌پی مجازی که دارد پاسخ می‌دهد. 

شکل 5

دیوارهای آتش 

دیوارهای آتش یکی دیگر از مولفه‌های شبکه هستند که باید اصل دسترس‌پذیری بالا در ارتباط با آن‌ها به دقت مورد توجه قرار گیرد. در این زمینه امکان استفاده از پروتکل‌های FHRP استانداردی که روترها استفاده می‌کنند، وجود دارد. شکل6 نحوه پیاده‌سازی افزونگی در ارتباط با دیوارهای آتش را نشان می‌دهد. 

در ارتباط با نحوه استفاده از FHRP با هدف دستیابی به یک دیوارآتش اضافی که قرار است به اینترنت متصل شود باید به نکته مهمی دقت کنید که ارایه‌دهنده خدمات از این رویکرد پشتیبانی کند. درست است که می‌توانیم از FHRP برای افزونگی ترافیک خروجی استفاده کنیم، اما ارائه‌دهنده باید از FHRP برای افزونگی ترافیک ورودی نیز پشتیبانی کند. اگر سازمانی از دو ارائه‌دهنده مختلف استفاده می‌کند، دستیابی به چنین اصلی مشکل است. نکته دیگر این است که هر دو دیوارآتش باید پیکربندی یکسانی داشته باشند تا مشکل امنیتی بالقوه در شبکه به وجود نیاید. 

شکل 6

پشتیبانی، تسهیلات و زیرساخت

هنگامی که قصد خرید تجهیزات شبکه را دارید، باید درباره پشتیبانی از تجهیزات و زیرساخت تحقیق جامعی انجام دهید. این مفهوم به‌نام Ping and Power معروف است و پیرامون دو مبحث مدیریت شبکه و کنترل از راه دور دستگاه‌ها است. اصطلاح Ping and Power رویکرد کلی دارد و تجهیزات مختلفی مثل سامانه‌های تهویه مطبوع (HVAC)، سنجش رطوبت، عملکرد تجهیزات، قطعی برق و حتا اطفاء حریق را شامل می‌شود. بدون شک قطع برق مهم‌ترین تهدید برای شبکه‌ها است، اما نگه‌داری مناسب از تجهیزات HVAC و پیشگیری از بروز آتش‌سوزی مباحث مهمی هستند که نباید بی‌تفاوت از کنار آن‌ها گذشت. 

منبع تغذیه بدون وقفه (UPS)

منبع تغذیه بدون وقفه (UPS) یک سیستم پشتیبان برق اضطراری است که ضمن تامین برق، هرگونه نوسان در جریان برق را شناسایی کرده و هر زمان جریان برق شهری قطع شد، به‌شکل خودکار برق موردنیاز تجهیزات را تامین می‌کند. نکته ظریفی که باید در ارتباط با یو‌پی‌اس‌ها به آن دقت کنید این است که باید یک یوپی‌اس را تنها برای مدت محدودی فعال کنید و به محض این‌که ژنراتور به عنوان منبع ثابت برق در مدار قرار گرفت انرژی موردنیاز تجهیزات را تامین کند. در ارتباط با ایستگاه‌های کاری و سرور که به هر دلیلی متصل به ژنراتورهای پشتیبان نیستند، یو‌پی‌اس زمان کافی برای خاموش کردن سامانه‌ها در اختیارتان قرار می‌دهد. یوپی‌اس‌ها اغلب به اشتباه به عنوان منبع تامین انرژی در هنگام قطع برق استفاده می‌شوند، زیرا یو‌پی‌ا‌س‌های عادی برای یک بازه زمانی کاملا محدود قادر به تامین برق تجهیزات هستند و برای قطعی‌های طولانی مدت راهکار مناسبی نیستند. بنابراین در ارتباط با اصل افزونگی به این نکته مهم دقت کنید که سیستم‌های یوپی‌اس باید برای تامین برق تنها تا زمانی که یک ژنراتور برق در حال راه‌اندازی است، استفاده شود. مزیتی که استفاده همزمان از یو‌پی‌اس و ژنراتور دارد این است که تجهیزات در زمان راه‌اندازی ژنراتور پس از قطعی برق هیچ‌گونه نوسانی نخواهند داشت. امروزه انواع مختلفی از سیستم‌های یو‌پی‌اس وجود دارد که سه مورد زیر عملکرد بهتری دارند: 

• یو‌پی‌اس آماده به کار: رایج‌ترین یو‌پی‌اسی است که امکان قرار دادن آن زیر یک میز برای محافظت از کامپیوتر شخصی در دسترس قرار دارد. این یو‌پی‌اس‌ها با انتقال بار از خط AC به اینورتر باتری کار می‌کنند و خازن‌های موجود در واحد انتقال بار کمک می‌کنند تا سیستم با نوسان برق شدید روبرو نشود. این مدل‌ها عملکرد خوبی دارند، اما به دلیل ظرفیت محدود در اتاق‌های سرور استفاده نمی‌شوند. 
• UPS تعاملی خطی: معمولاً برای اتاق‌های سرور کوچک و رک‌ها استفاده می‌شوند. عملکرد آن‌ها مبتنی بر تامین برق از خط AC به اینورتر است. هنگامی که قطعی برق اتفاق می‌افتد، اینورتر سیگنالی دریافت می‌کند تا از باتری‌ها برق دریافت کند. این فرایند ممکن است شبیه به عملکرد یک یوپی‌اس آماده به کار به نظر برسد، اما در این مدل هیچ جابه‌جایی بار انجام نمی‌شود. در یک یوپی‌اس آماده به کار، بار باید از AC به یک مدار کاملاً متفاوت (اینورتر) تغییر کند، در حالی که در یک یوپی‌اس تعاملی خطی، اینورتر همیشه به بار متصل است، اما فقط در هنگام قطع برق، اینورتر با باتری کار می‌کند. 
• یو‌پی‌اس آنلاین: گزینه استاندارد مراکز داده است. این مدل با تامین برق AC به مدار یکسو کننده/شارژ که شارژ باتری‌ها را نگه می‌دارد، کار می‌کند. در ادامه باتری‌ها انرژی اینورتر را با یک منبع تغذیه DC ثابت تامین می‌کنند. اینورتر جریان DC را دومرتبه به جریان AC تبدیل می‌کند تا برق موردنیاز را تامین کند. مزیت یو‌پی‌اس آنلاین این است که برق دائماً از باتری‌ها تامین می‌شود. در صورت قطع برق، واحد منبع تغذیه ثابت بار وارد مدار می‌شود و یک جریان برق کاملا پایدار را ارائه می‌دهد.