آنچه در این مقاله می خوانید:
breakout در تجهیزات شبکه چیست و چگونه از آن استفاده کنیم؟
در دنیای امروز، شبکههای کامپیوتری به عنوان زیرساخت اصلی برای ارتباطات و انتقال دادهها در تمامی صنایع شناخته میشوند. یکی از فناوریهای مهم در مدیریت کارآمد شبکهها، مفهوم “Breakout” است که به نحوه تقسیم ترافیک یا کانالهای ارتباطی به بخشهای مجزا و مدیریتشده اشاره دارد. این قابلیت بهویژه در محیطهای پیچیده و پرچالش، مانند شبکههای بزرگ سازمانی و مراکز داده، اهمیت پیدا میکند.
Breakout به معنای تفکیک جریانهای داده از یک نقطه ورودی یا خروجی واحد به چندین مسیر مختلف است که به کاهش ازدحام، افزایش پهنای باند و بهبود عملکرد کلی شبکه کمک میکند. این مفهوم در تجهیزات شبکهای مانند روترها، سوئیچها و دستگاههای امنیتی، بهویژه در پیادهسازی شبکههای SDN (شبکههای تعریفشده توسط نرمافزار) و تجهیزات مراکز داده، کاربرد فراوان دارد.
پیشرفتهای اخیر اتصال به شبکه با استفاده از حالت breakout با در دسترس قرار دادن پورتهای پرسرعت جدید روی سوئیچهای شبکه، روترها و سایر تجهیزات ارتباطی، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. حالت Breakouts به این پورت های پر سرعت جدید اجازه می دهد تا با پورت های کم سرعت ارتباط برقرار کنند.
در این مقاله، به بررسی اصول و نحوه عملکرد Breakout در تجهیزات شبکه خواهیم پرداخت و نحوه پیادهسازی آن در بهینهسازی عملکرد و امنیت شبکهها را تحلیل خواهیم کرد. همچنین، مزایا و چالشهای این تکنیک در راستای ارتقاء کارایی شبکههای مدرن بررسی خواهد شد.
breakout در تجهیزات شبکه چیست؟
فهرست محتوا
Breakout ها اتصال بین دستگاه های شبکه با پورت هایی که دارای سرعت متفاوت هستند را فعال می کنند و در عین حال از پهنای باند پورت به طور کامل استفاده می کنند. حالت Breakout در تجهیزات شبکه (سوئیچها، روترها و سرورها) راههای جدیدی را برای کاربران شبکه باز میکند تا با سرعت تقاضای پهنای باند، همگام شوند. با افزودن پورتهای پرسرعتی که از breakout پشتیبانی میکنند، کاربران میتوانند چگالی پورت در سوئیچ را افزایش دهند و به طور تدریجی امکان ارتقاء به نرخ دادههای بالاتر را فراهم کنند.
Breakout در تجهیزات شبکه به معنای تقسیم و هدایت ترافیک شبکه از یک نقطه واحد (مانند یک لینک یا پورت) به چندین مسیر یا پورت مجزا است. این مفهوم در طراحی و مدیریت شبکهها برای بهینهسازی عملکرد، مدیریت ترافیک و اطمینان از مقیاسپذیری بهتر استفاده میشود. در ادامه، مفهوم Breakout در تجهیزات شبکه را در چند بند توضیح میدهیم:
- تفکیک ترافیک: Breakout به فرآیندی گفته میشود که در آن ترافیک شبکه از یک اتصال یا پورت مشترک به چندین پورت مجزا تقسیم میشود. این فرآیند معمولاً در شبکههای بزرگ مانند مراکز داده و شبکههای ابری برای بهبود توزیع ترافیک و کاهش ازدحام استفاده میشود.
- مدیریت ترافیک و مقیاسپذیری: با استفاده از Breakout، یک لینک یا پورت قادر به انتقال دادهها به چندین مقصد مختلف است. این امر باعث میشود تا منابع شبکه به صورت بهینهتر و مقیاسپذیرتر توزیع شوند. در شبکههای بزرگ و پیچیده، این قابلیت به کنترل ترافیک و بهبود عملکرد کمک میکند.
- استفاده در شبکههای SDN و مراکز داده: در شبکههای تعریفشده توسط نرمافزار (SDN)، Breakout بهطور خاص به کمک نرمافزار میآید تا مسیرهای شبکه را بهصورت دینامیک و با انعطاف بالا مدیریت کند. همچنین، در تجهیزات شبکه مانند روترها و سوئیچها، این تکنیک برای تفکیک ترافیک و مدیریت بهتر پهنای باند در مراکز داده و شبکههای مجازی کاربرد دارد.
- مزایای امنیت و عملکرد: Breakout به بهبود عملکرد امنیتی نیز کمک میکند. برای مثال، در صورت وقوع مشکلات یا حملات، ترافیک میتواند به سرعت از یک مسیر به مسیر دیگر هدایت شود تا از کاهش عملکرد جلوگیری شود. همچنین، Breakout میتواند از تداخل بین جریانهای مختلف ترافیک جلوگیری کند.
در مجموع، Breakout در تجهیزات شبکه به عنوان یک تکنیک اساسی برای بهینهسازی عملکرد، مدیریت ترافیک و تقویت امنیت در شبکههای پیچیده عمل میکند.
حالت breakout چیست؟
حالت Breakout زمانی است که یک پورت پرسرعت و کانالیزه شده در یک دستگاه شبکه به چندین پورت کم سرعت تقسیم می شود که هر کدام به چندین دستگاه شبکه وصل می شوند. به عنوان مثال، سوئیچ با پورت های 400G را می توان به پورت های 100G متصل کرد. شکل زیر حالت Breakout را از پورت 400G به 100G نشان می دهد.
آیا می توان همیشه از Breakout استفاده کرد؟
Breakout همیشه شامل اتصال یک پورت کانالیزه شده به چندین پورت کانالیزه یا کانالیزه نشده است. پورت های کانالیزه همیشه به صورت فاکتورهای چند خطی مانندQSFP+، QSFP28 QSFP56، QSFP28-DD و QSFP56-DD پیاده سازی می شوند. به طور معمول، پورت های کانالیزه نشده به صورت فاکتورهای تک کانالی، از جمله SFP+، SFP28 و SFP56 پیاده سازی می شوند.
برخی از انواع پورت ها، مانند QSFP28، بسته به موقعیت، می توانند در هر دو طرف قرار گیرند.امروزه، پورت های کانالیزه شده شامل 40G، 100G، 200G، 2x100G، و 400G و پورت های کانالیزه نشده شامل 10G، 25G،50G و 100G هستند که در جدول زیر نشان داده شده است.
Breakout Capable | Electric Lanes | Optical Lanes* | Technology | Rate |
---|---|---|---|---|
No | 10G | 10G | SFP+ | 10G |
No | 25G | 25G | SFP28 | 25G |
Yes | 4x 10G | 4x10G, 2x20G | QSFP+ | 40G |
No | 50G | 50G | SFP56 | 50G |
Yes | 4x 25G | 100G, 4x25G, 2x50G | QSFP28 | 100G |
Yes | 4x 50G | 4x50G | QSFP56 | 200G |
Yes | 2x (4x25G) | 2x (4x25G) | QSFP28-DD | 2x 100G |
Yes | 8x 50G | 4x 100G, 8x50G | QSFP56-DD | 400G |
به طور کلی، برای انتقال دهنده های Breakout، خطوط نوری برابر با خطوط الکتریکی است. با این حال، برخی از انتقال دهنده ها دارای gearboxe هایی هستند که امکان تبدیل نرخ را فراهم میکنند و در نتیجه خطوط نوری کاهش مییابد. به عنوان مثال، انتقال دهنده های QSFP-28 100G جدید دارای 1 خط نوری 100G هستند و ASIC در انتقال دهنده، 4 خط NRZ 25GHz الکتریکی را به 1 خط PAM4 50 GHz نوری تبدیل می کند.
همچنین، برخی از انتقال دهنده های چند خطی به دلیل محدودیت های اجرای ASIC در فرستنده، قادر به جدا کردن نیستند. برای مثال، تنها یک مدار CDR (Clock Data Recovery) برای یک خط در یک انتقال دهنده چند خطی می تواند وجود داشته باشد، بنابراین از عملکرد کانالیزه شدن جلوگیری می کند.
علاوه بر این، برخی از انتقال دهنده ها، از چندین طول موج نوری روی یک فیبر واحد استفاده میکنند. به خاطر اینکه پیچیدگی جدا کردن طول موج های متفاوت در این خطوط امکانپذیر نمی باشد.
همچنین، برخی از انتقال دهنده هایی مانند QSFP-100G-SR-BD و QSFP-40G-SR-BD، حتی با وجود اینکه دارای خطوط نوری 2x50G (2x25G-PAM4) و 2x20G هستند روی فیبر دوبلکس کار میکنند و قابلیت شکست ندارند زیرا آنها برای Breakout طراحی نشده اند.
بیشتر بخوانید: معرفی پورت SFP و کاربرد آن
چه گونه هایی از Breakout در دسترس است؟
Breakout به صورت فیزیکی با کابل ها یا گیرنده ها اجرا می شود. برخی از این آپشن ها عبارتند از breakout DACs، breakout AOCs و گیرنده ها.
-
Breakout DACs:
کابلهای متصل مستقیم (DAC) طول ثابتی دارند و از کابلهای دوگانه مسی متعدد ساخته شدهاند. آنها معمولاً 1 تا 5 متر در پیکربندی غیرفعال و 7 تا 10 متر طول در پیکربندی فعال دارند و شامل ماژول هایی هستند که همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است به پورت های تجهیزات متصل می شوند.
-
Breakout AOCs:
کابلهای نوری فعال (AOCs) طول ثابتی دارند و از کابلهای نوری Multiple، معمولاً 1 تا 25 متر ساخته میشوند و شامل ماژولهایی هستند که به پورتهای تجهیزات شبکه، همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده است، متصل میشوند.
-
Transceivers یا انتقال دهنده ها:
انتقال دهنده ها می توانند از فیبر سینگل مد (SMF) یا فیبر مالتی (MMF) در صورت جفت شدن با کابل Breakout پشتیبانی کنند.
کدام ماژول ها از breakout پشتیبانی می کنند؟
در حالت مالتی مد:
- QSFP-40G-SR4 به 4x SFP-10G-SR
- QSFP-40G-CSR4 به 4x SFP-10G-SR
- QSFP-100G-SR4 به 4x SFP-25G-SR
- QDD-2x100G-SR4 به 2x QSFP-100G-SR4
در حالت سینگل مد:
- QSFP-4x10G-LR4 به 4x SFP-10G-LR
- QSFP-100G-PSM4 به 4x SFP-25G-LR
- QDD-2x100G-LR4 به 2x QSFP-100G-LR4
- QDD-2x100G-CWDM4 به 2x QSFP-100G-CWDM4
- QDD-400G-DR4 به 4x QSFP-100G-DR
- QDD-4x100G-FR به 4x QSFP-100G-FR
- QDD-4x100G-LR به 4x QSFP-100G-LR
نمودارهای Breakout فیبر نوری و پینهای انتقال دهنده:
به طور کلی فیبرنوری به دو نوع سینگل مد و مالتی مد تقسیم می شود. QSFP-40G-SR4، QSFP-40G-CSR4، QSFP-4x10G-LR-S، QSFP-100G-SR4-S، QSFP-100G-PSM4-S، CPAK-100G-CPAK-10GG ،QDD-400G-SR4.2-BD، QDD-400G-DR4-S ،QDD-4x100G-FR-S ،QDD-4x100G-LR4-S و QSFP-200G-SR4 از کانکتورهای MPO-12 (Multifiber Push On) برای Breakout استفاده می کنند.
تصویر بالا نمودار breakout jumper pinout را برای کابل های فیبرنوری SMF یا MMF با استفاده از کانکتورهای MFO نشان میدهد. به زاویه 8 درجه روی صفحه انتهایی کانکتور MPO برای کاربردهای SMF توجه کنید.
در شکل زیر همانطور که مشاهده می کنید هنگامی که از جلو به ماژول نگاه می کنید کاملا متوجه می شوید که کدام پین ها برای TX و کدامیک برای RX هستند.
برای QDD-2X100G-SR4-S، انتقال دهنده از کانکتور MPO-24 (معروف به دو ردیف MPO-12) برای خروج به ماژول های 2x QSFP-100G-SR4-S استفاده می کند.
انتقال و دریافت خطوط نوری رابط MPO-24 موقعیتهای نشاندادهشده در شکل زیر را هنگام نگاه کردن به این ماژول ها از روبه رو با ویژگی پین های RX و TX را نشان می دهد.
برای QDD-2X100-LR4-S و QDD-2X100-CWDM4-S انتقال دهنده ها از کانکتورهای 2xCS برای Breakout استفاده می کنند. همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است، هر کانکتور CS دارای یک کانال دوبلکس کامل است.
مزیت اتصال CS جدید این است که به جای نیاز به کابل Breakout یا کارتریج Breakout در پچ پنل، قابلیت Breakout در انتقال دهنده را فراهم می کند. مجموعههای قدیمی از کانکتورهای MPO در یک طرف و چندین کانکتور دوبلکس LC در انتهای دیگر استفاده میکنند.
New CS connector
ماژول با دو کانکتور CS
انتقال و دریافت خطوط فیبرنوری رابط دوگانه CS موقعیتهای نشاندادهشده در شکل زیر را هنگام نگاه کردن به ماژول با ویژگی کلید رابط دربالا را نشان می دهد.
برای QDD-400G-SR8، انتقال دهنده از کانکتور MPO-16 برای Breakout به 2 ماژول QSFP-100G-SR4-S استفاده می کند که در نمودار زیر با Breakout به 8 ماژول SFP-50G-SR نشان داده شده است.
و Alternate Breakout به 2x QSFP-200G-SR4 در شکل زیر نشان داده شده است.
انتقال و دریافت خطوط فیبرنوری رابط MPO-16 موقعیتهای نشاندادهشده در شکل زیر را هنگام نگاه کردن به ماژول با ویژگی کلید رابط در بالا، نشان می دهد.
مقایسه حجم پورت های خروجی از سوئیچ هایی با قابلیت Breakout در مقایسه با سوئیچ هایی بدون قابلیت Breakout:
درسته که قابلیت Breakout جدید نیست اما توانسته است چگالی پورت متصل به سوئیچ هایی که از این قابلیت پشتیبانی می کنند را به شدت افزایش دهند. به کمک این قابلیت امکان اتصال سوئیچ ها با سرعت بالاتر به پورت هایی با سرعت کمتر مهیا می شود.
همانطور که مشاهده می کنید در زیر یک سوئیچ با 36 پورت QSFP داریم که امکان استفاده از کلیه این پورت ها به صورت پورت Uplink و Downlink می باشد. این پورت ها می توانند به صورت QSFP+ (40G)،QSFP28 (100G) یا QDD (400G) در سرعت های مختلف باشند.
حال این سوئیچ را با تصویر پایین مقایسه می کنیم که دارای 48 پورت به صورت single-lane می باشند که قابلیت Breakout نیزندارند. و همچنین شامل 6 پورت QSFP در قسمت Uplink هستند.
نرخ انتقال در پورت های Downlink باید با پورت های QSFP یکی باشند. برای مثال 10G SFP+ برای QSFP+،25G SFP28 برای QSFP28 و 50G SFP56 برای QDD.
بیشتر بخوانید: Port Security چیست و چه کاربردی دارد؟
مزایا و معایب Breakout:
مزایای Breakout:
- بهبود عملکرد شبکه: Breakout باعث تقسیم ترافیک به مسیرهای مختلف میشود، که بهطور مؤثر ازدحام در یک نقطه خاص را کاهش داده و بهرهوری شبکه را افزایش میدهد. این امر به ویژه در شبکههای بزرگ و پرحجم اهمیت دارد.
- مقیاسپذیری بهتر: Breakout به شبکهها این امکان را میدهد که به راحتی رشد کرده و حجم بالای ترافیک را مدیریت کنند. با تقسیم ترافیک به مسیرهای مختلف، میتوان به راحتی پهنای باند بیشتری فراهم کرد و مقیاسپذیری سیستم را بدون کاهش کیفیت تضمین کرد.
- مدیریت ترافیک و بهینهسازی منابع: این فناوری به مدیران شبکه این امکان را میدهد که ترافیک را بر اساس نیازهای مختلف شبکه توزیع کنند. با استفاده از Breakout، میتوان منابع شبکه را به شکلی بهینه تخصیص داد و از استفاده بیرویه از یک کانال خاص جلوگیری کرد.
- افزایش امنیت: Breakout میتواند به افزایش امنیت کمک کند، زیرا از این طریق میتوان ترافیک مشکوک را از سایر جریانهای داده مجزا کرده و از حملات جلوگیری کرد. همچنین، در صورت بروز مشکل یا حمله، میتوان به سرعت ترافیک را از یک مسیر به مسیر دیگر هدایت کرد.
- چگالی بیشتر: به عنوان مثال، در یک سوئیچ بریک اوت، 36 پورت QDD می تواند چگالی سه برابری نسبت به سوئیچی با پورت های downlink تک لاین را فراهم کند. بنابراین با استفاده از تعداد سوئیچ کمتر، تعداد اتصالات یکسانی حاصل می شود.
- دسترسی به رابط های با سرعت کمتر: به عنوان مثال، انتقال دهنده QSFP-4X10G-LR-S می تواند یک سوئیچ را با درگاه های QSFP را به 4 ماژول 10G LR در هر پورت متصل کند.
- صرفه اقتصادی: به دلیل نیاز کمتر به تجهیزات رایج از جمله شاسی، کارت، منبع تغذیه، فن و …
معایب Breakout:
-
پیچیدگی پیادهسازی: پیادهسازی Breakout در شبکههای پیچیده ممکن است چالشبرانگیز باشد و نیاز به تنظیمات و پیکربندیهای دقیق داشته باشد. این امر ممکن است برای مدیران شبکه نیازمند زمان و تخصص بیشتر باشد.
-
هزینههای اضافی: تجهیزات و نرمافزارهای مورد نیاز برای پیادهسازی Breakout ممکن است هزینهبر باشند. برای برخی از سازمانها، این هزینهها میتواند قابل توجه باشد، به ویژه در شرایطی که تجهیزات موجود نیاز به ارتقاء دارند.
-
نگهداری و مانیتورینگ پیچیدهتر: پس از پیادهسازی Breakout، نیاز به نظارت و نگهداری بیشتری وجود دارد تا از عملکرد صحیح سیستم و توزیع صحیح ترافیک اطمینان حاصل شود. این میتواند فرآیند مدیریت شبکه را پیچیدهتر کند.
-
وابستگی به سختافزار و نرمافزار خاص: در برخی موارد، Breakout نیازمند سختافزار خاصی برای هدایت درست ترافیک و نرمافزارهایی برای مدیریت این فرآیند است. این وابستگی میتواند انعطافپذیری شبکه را کاهش دهد و اگر در آینده نیاز به تغییرات یا ارتقا داشته باشد، ممکن است چالشبرانگیز باشد.
-
استراتژی جایگزینی دشوارتر: هنگامی که یکی از پورت های انتقال دهنده های بریک اوت، AOC یا DAC خراب می شود، نیاز به تعویض کل انتقال دهنده یا کابل دارد.
-
غیر قابل تنظیم: در سوئیچهایی که لینکهای یک خطی دارند، هر پورت به صورت جداگانه پیکربندی میشود. به عنوان مثال، یک پورت جداگانه می تواند 10G، 25G یا 50G باشد و می تواند هر نوع انقال دهنده، AOC یا DAC را بپذیرد. یک پورت QSFP در حالت Breakout نیاز به رویکرد گروهی دارد، که در آن تمام رابطهای یک گیرنده یا کابل از یک نوع هستند.
بریک اوت (breakout) و ریداندنسی(redundancy):
Breakout اتصال ریداندنت را فعال می کند. برای مثال تصویر زیر را در نظر بگیرید که فرستندههای QSFP28 100G را در پورتهای سوئیچ و سرور نشان میدهد، جایی که خطوط 4x25G هر انتقال دهنده به اتصالات 50G (2x25G) تقسیم میشوند. قابلیت breakout اتصال اضافی 50G بین سوئیچ ها و سرورها را فراهم می کند.
بریک اوت (Breakout) و ریداندنسی (Redundancy) هر دو مفاهیمی هستند که در زمینهی شبکهها و تجهیزات آن برای بهبود عملکرد و اطمینان از پایداری و دسترسپذیری شبکه مورد استفاده قرار میگیرند، اما هدفها و نحوهی عملکرد آنها با یکدیگر متفاوت است. در ادامه به توضیح این دو مفهوم و تفاوتهای آنها میپردازیم:
بریک اوت (Breakout):
Breakout به فرآیند تقسیم ترافیک شبکه از یک نقطه واحد به چندین مسیر مجزا یا پورت مختلف اطلاق میشود. این تکنیک برای بهینهسازی عملکرد شبکه و مدیریت بهتر ترافیک در شبکههای بزرگ یا پیچیده به کار میرود. هدف اصلی Breakout کاهش ازدحام، افزایش مقیاسپذیری و تخصیص بهینه پهنای باند است.
ویژگیهای Breakout:
- تقسیم ترافیک: با Breakout، ترافیک از یک نقطه ورودی یا خروجی به چندین مسیر مختلف هدایت میشود.
- مقیاسپذیری: این روش به راحتی امکان گسترش شبکه و مدیریت حجم بالای ترافیک را فراهم میکند.
- بهینهسازی منابع: از این طریق میتوان منابع شبکه را به صورت بهینهتری استفاده کرد و از محدودیتها جلوگیری نمود.
ریداندنسی (Redundancy):
Redundancy به معنای افزودن منابع اضافی (مانند لینکها، سرورها یا دستگاهها) به منظور افزایش پایداری و اطمینان از عملکرد مداوم شبکه است. هدف اصلی Redundancy جلوگیری از قطعیها و کاهش خطر خرابی است. در صورتی که یک مسیر یا دستگاه خراب شود، مسیر یا دستگاه اضافی به صورت خودکار وارد عمل میشود تا شبکه بدون اختلال به کار خود ادامه دهد.
ویژگیهای Redundancy:
- افزایش پایداری: با استفاده از ریداندنسی، شبکه در برابر خرابیهای سختافزاری و نرمافزاری مقاومتر میشود.
- پشتیبانی از تداوم خدمات: در صورت بروز مشکل در یک مسیر یا دستگاه، مسیر یا دستگاه پشتیبان بهطور خودکار وارد عمل میشود و باعث کاهش downtime میشود.
- هزینههای اضافی: ریداندنسی نیازمند تجهیزات اضافی است که ممکن است هزینههای بیشتری به دنبال داشته باشد.
تفاوتهای اصلی بین Breakout و Redundancy:
- هدف اصلی:
- Breakout هدفش بهبود عملکرد شبکه و مدیریت بهینه ترافیک است.
- Redundancy هدفش افزایش پایداری و در دسترس بودن شبکه با جلوگیری از قطعیها است.
- شیوه عملکرد:
- Breakout ترافیک را از یک نقطه ورودی به چندین مسیر تقسیم میکند.
- Redundancy به ایجاد منابع و مسیرهای اضافی برای اطمینان از دسترسپذیری مداوم شبکه میپردازد.
- تأثیر بر مقیاسپذیری:
- Breakout مقیاسپذیری شبکه را از طریق توزیع بهینه ترافیک و تخصیص بهتر منابع افزایش میدهد.
- Redundancy بیشتر به پایداری سیستم مربوط میشود و تأثیر مستقیمی بر مقیاسپذیری ندارد، بلکه تمرکز بر حفظ کارایی سیستم در صورت خرابی است.
جمعبندی:
- Breakout به تقسیم و مدیریت بهتر ترافیک کمک میکند تا عملکرد شبکه بهینه شود و مقیاسپذیری بالا رود.
- Redundancy به افزایش اطمینان و پایداری شبکه کمک میکند تا در صورت خرابی، سیستم همچنان به کار خود ادامه دهد و قطعیهای شبکه کاهش یابد.
هر دو مفهوم در طراحی شبکههای بزرگ و پیچیده ضروری هستند، اما تمرکز آنها بر جنبههای مختلفی از عملکرد شبکه است. Breakout بیشتر به بهبود عملکرد شبکه مربوط میشود، در حالی که Redundancy تمرکز اصلی خود را بر پایداری و عدم قطعی شبکه دارد.
منبع: What are breakouts
فروشگاه اینترنتی مسترشبکه بزرگترین فروشگاه اینترنتی تجهیزات شبکه در ایران با گارانتی معتبر |