Üç Katmanlı ve Collapsed Core Kampüs Ağı: Hangisi Ne Zaman?

Kampüs ağının katman yapısı, cihaz seçiminden önce verilmesi gereken karardır. Sonradan değiştirmek kablolamayı, IP planını ve yönlendirme tasarımını birlikte söker. Tek binalı bir ofiste üç katmanlı mimari gereksiz maliyet ve karmaşıklık getirir; büyüyen çok binalı bir yerleşkede ise collapsed core birkaç yıl içinde darboğaza döner. Kampüs ağının hangi yapıyla kurulacağını belirlemek için çekirdek–dağıtım–erişim modelini collapsed core ve routed access alternatifleriyle karşılaştırıyor, oversubscription hesabı ve bir karar ağacıyla hangi yapının ne zaman uygun olduğunu gösteriyoruz.

Hiyerarşik kampüs modelinin amacı

Hiyerarşik model ağı görevleri belli katmanlara böler ve üç sorunu çözmeyi hedefler:

• Hata alanını sınırlamak: Bir erişim switch’indeki döngü, yayın fırtınası veya yanlış yapılandırma tüm kampüse yayılmamalı.
• Öngörülebilir büyüme: Yeni bir kat veya bina eklendiğinde tasarım değişmeden aynı blok tekrar edilebilmeli.
• Belli politika noktaları: Yönlendirme, route summarization, QoS ve erişim kontrolünün nerede uygulanacağı baştan belli olmalı.

Katman sayısı bu hedeflere ulaşmanın aracıdır, amacı değil. Fiziksel cihaz sayısı ile mantıksal katman da aynı şey değildir: collapsed core’da çekirdek ve dağıtım görevi aynı cihaz çiftinde birleşir ama görevler ortadan kalkmaz. Sadece aynı kutuda durur.

Üç katmanlı mimari: rol ve sorumluluklar

Çekirdeğin varlık nedeni bağlantı sayısıdır. Dört dağıtım bloğunu çekirdeksiz tam ağ (full mesh) bağlamak isterseniz blok çiftleri arasında n(n−1)/2 = 6 bağlantı kümesi gerekir; blok sayısı sekize çıktığında bu 28 olur. Çekirdek katmanıyla her yeni blok yalnız çekirdek çiftine bağlanır. Çekirdekte politika (ACL, NAT, derin inceleme) uygulanmaz; bu işler dağıtım katmanında veya firewall’da yapılır. Çekirdek basit kalmalı. Sahada gördüğümüz en pahalı hatalardan biri, “nasılsa en güçlü cihaz” diye çekirdeğe ACL ve NAT yüklenmesi, sonra her değişiklikte tüm kampüsün riske girmesidir.

Collapsed core: ne zaman yeterli?

Collapsed core’da çekirdek ve dağıtım görevleri yedekli bir switch çiftinde (stack, MLAG veya vPC) birleşir. Tüm erişim switch’leri ile sunucu, firewall ve WAN kenarı bu çifte bağlanır. Şu koşullarda genellikle yeterlidir:

• Tek bina ya da fiber mesafesi kısa, birbirine yakın birkaç bina.
• Tüm kat dolaplarının (IDF) çekirdek çiftine doğrudan fiberle bağlanabildiği yerleşim.
• Çekirdek çiftinin port kapasitesinin mevcut ve planlanan erişim switch’i sayısını karşılaması.
• Veri merkezi işlevinin küçük olduğu veya ayrı bir sunucu switch çiftinde toplandığı ortam.

Collapsed core’un sınırı port kapasitesi ve hata alanıdır. Çekirdek çiftindeki bir yazılım hatası veya yanlış değişiklik bütün kampüsü etkiler. Bu yüzden çiftin yedeklilik mimarisi, collapsed core tasarımının en hassas kararıdır. Stack ile MLAG/vPC arasındaki kontrol düzlemi farkı ve güncelleme sırasındaki kesinti davranışı için switch stack, MLAG ve vPC karşılaştırması yazısına bakın. Stack tek kontrol düzlemidir; tek yazılım hatası iki üyeyi birlikte düşürebilir.

L2 ve L3 sınırı: routed access yaklaşımı

Klasik tasarımda erişim katmanı L2, dağıtım katmanı L3’tür. VLAN’lar erişim switch’inden dağıtıma trunk ile taşınır, varsayılan ağ geçidi dağıtımdaki SVI’dir. Bu modelin iki çeşidi ve bir alternatifi vardır:

Routed access’te her erişim switch’i kendi kullanıcı alt ağlarının varsayılan ağ geçididir ve dağıtıma routed portlarla bağlanır. İki uplink eşit maliyetli yollar (ECMP) olarak aynı anda kullanılır; uplink arızasında yakınsama yönlendirme protokolünün hızına bağlıdır. STP uplink’ten tamamen çekilir. Kampüs içi dinamik yönlendirme tasarımı için kampüs ağında OSPF tasarımı yazısı bu yaklaşımın tamamlayıcısıdır.

Routed access’in en sık takıldığı yer, birden fazla erişim switch’ine yayılması gereken VLAN ihtiyacıdır: kontrolcüsüz Wi-Fi’da L2 roaming, aynı alt ağı bekleyen eski bina otomasyon cihazları, tek VLAN’da toplanmış yazıcılar. Kontrolcü tabanlı Wi-Fi’da istemci trafiği genellikle kontrolcüye tünellendiği için bu sorun çoğu zaman kendiliğinden kalkar. Diğer durumlarda ihtiyacın gerçekten zorunlu olup olmadığını tasarım aşamasında sorgulayın; “eskiden böyleydi” bir gerekçe değildir. Çok erişim switch’ine yayılan VLAN kaçınılmazsa STP tasarımı özenle yapılmalı; ayrıntılar STP, RSTP ve MSTP yazısında.

Oversubscription oranı: örnek hesap

Oversubscription oranı, bir katmandaki toplam port kapasitesinin üst katmana giden uplink kapasitesine oranıdır. Kullanıcılar aynı anda tam hızda trafik üretmediği için kampüste 1:1 oran gerekmez. Cisco’nun eski kampüs tasarım kılavuzlarında sık anılan pratik kural, erişimden dağıtıma 20:1, dağıtımdan çekirdeğe 4:1 oranını üst sınır almaktır. Bunlar kural değil, başlangıç noktasıdır. Video, yedekleme ve büyük dosya trafiği yoğunsa daha düşük oran hedeflenir.

Örnek hesap 1: 48 adet 1G erişim portu ve 2×10G uplink. Toplam erişim kapasitesi 48 Gbps.

• İki uplink de aktifse (MLAG/stack veya routed access ile): 48 ÷ 20 = 2,4:1.
• STP bir uplink’i blokluyorsa: 48 ÷ 10 = 4,8:1. Aynı donanımla, yalnız mimari yüzünden oran iki katına çıkar.

Örnek hesap 2: Wi-Fi 6/6E erişim noktaları için 24 adet 2,5G mGig port ve 48 adet 1G port bulunan iki switch’lik bir stack; uplink 2×10G. Toplam erişim kapasitesi 24×2,5 + 48×1 = 108 Gbps; oran 108 ÷ 20 = 5,4:1. Uplink 2×25G’ye çıkarılırsa oran 108 ÷ 50 ≈ 2,2:1 olur.

Örnek hesap 3 (dağıtım–çekirdek): Dağıtım çiftine 10 erişim switch’i her biri 2×10G ile bağlı; toplam 200 Gbps downlink. Dağıtımdan çekirdeğe 4×40G uplink varsa 200 ÷ 160 = 1,25:1; 4×10G olsaydı 5:1.

Hesap oranı gösterir, gerçek ihtiyacı göstermez. Mevcut uplink’lerin tepe kullanımı ve çıkış düşmeleri ölçülmeden yapılan oran tasarımı ya gereksiz yatırıma ya da darboğaza götürür. Ölçmeden tasarlamayın. Yöntem için uplink kullanımı ve 95. persentil raporlaması yazısına bakın.

Hata alanı ve büyüme senaryoları

Mimari seçimi bugünkü ihtiyaca değil, üç–beş yıllık büyüme beklentisine göre yapın. Masaya konması gereken senaryolar:

• Yeni bina veya kat: Collapsed core’da yeni dolaplar çekirdek çiftine fiber çekilmesini gerektirir. Mesafe veya fiber kapasitesi yetersizse yeni bina için dağıtım bloğu ekleyip mimariyi üç katmana genişletmek gerekir. Binalar arası fiber güzergâhı için kampüs omurga fiber tasarımı yazısı faydalıdır.
• Veri merkezinin büyümesi: Sunucu sayısı arttığında sunucu switch’lerini kullanıcı çekirdeğinden ayırmak, kampüs değişikliklerinin veri merkezine dokunmasını engeller.
• Uplink hızının artması: mGig erişim noktaları ve 10G masaüstleri erişim uplink’lerini 25G veya 40G/100G’ye taşır; dağıtım ve çekirdek port tipleri buna göre seçilmeli.
• Hata alanının küçültülmesi: Bir binadaki L2 sorunu diğer binalara geçmemeli. Binalar arası bağlantıların L3 olması en basit ve en etkili sınırdır. Yayın fırtınası router geçemez.

Karar ağacı ve örnek topolojiler

Aşağıdaki soruları sırayla cevaplayın; çoğu kampüs için mimari kendiliğinden netleşir:

1. Tüm erişim dolapları tek noktaya fiberle bağlanabiliyor mu, çekirdek çiftinin port kapasitesi yeterli mi? Evetse collapsed core adayıdır; hayırsa dağıtım katmanı gerekir.
2. Birden fazla bina veya bağımsız dağıtım bloğu var mı? İki blok için dağıtım çiftlerini doğrudan bağlamak yetebilir; üç ve daha fazla blokta ayrı çekirdek düşünülmeli.
3. Birden fazla erişim switch’ine yayılması zorunlu VLAN var mı? Yoksa routed access veya döngüsüz L2 erişim seçilebilir; varsa L2 erişim ve dikkatli STP tasarımı gerekir.
4. Erişim switch’leri L3 yönlendirmeyi ve gereken protokolleri (OSPF gibi) lisansıyla destekliyor mu? Hayırsa routed access bir maliyet kalemine dönüşür.
5. Ekip hangi modeli işletebilir? Routed access daha fazla alt ağ ve yönlendirme bilgisi ister. İşletim kapasitesi de tasarımın parçasıdır; gece arıza çıktığında konsola bağlanan kişinin modeli anlaması gerekir.

Bu cevaplardan üç tipik topoloji çıkar:

• Tek bina, birkaç kat: Collapsed core çifti (stack veya MLAG), erişim switch’leri ikişer uplink ile çifte bağlı, her erişim switch’ine özgü VLAN’lar.
• Yakın iki–üç bina: Ana binada collapsed core, diğer binalarda L3 ile bağlanan küçük dağıtım çiftleri; binalar arasında summarize edilmiş rotalar.
• Çok binalı yerleşke: Bina başına dağıtım çifti, ayrı çekirdek çifti, veri merkezi ve WAN kenarı çekirdeğe bağlı; erişimde ihtiyaca göre L2 veya routed access.

Mevcut topolojinin bu kriterlere göre değerlendirilmesi ve hedef mimarinin belirlenmesi kurumsal network danışmanlığı kapsamında yapılabilir; L2/L3 sınırının ve VLAN düzeninin yeniden tasarımı ise VLAN, routing ve ağ segmentasyonu hizmetinin konusudur. Genel tasarım referansı olarak Cisco’nun Design Zone kampüs kılavuzları incelenebilir.

Sık sorulan sorular

Kaç kullanıcıdan sonra üç katmanlı mimariye geçmek gerekir?

Kullanıcı sayısı tek başına belirleyici değildir. Belirleyici olan bina ve dolap sayısı, tüm dolapların tek noktaya fiberle bağlanabilmesi, çekirdek çiftinin port kapasitesi ve hata alanını sınırlama ihtiyacıdır. Üç veya daha fazla bağımsız dağıtım bloğu olduğunda ayrı çekirdek genellikle mantıklı hale gelir.

Routed access her kampüs için daha mı iyi?

Hayır. Routed access STP’yi uplink’lerden kaldırır, iki uplink’i aynı anda kullanır ve hata alanını küçültür. Ama VLAN’ların birden fazla erişim switch’ine yayılmasını engeller, erişim switch’lerinde L3 lisansı ve daha fazla alt ağ yönetimi gerektirir. Bu ihtiyaçlar yoksa iyi bir seçenektir.

20:1 oversubscription oranı hâlâ geçerli mi?

Bu oran, Cisco’nun eski kampüs tasarım kılavuzlarında üst sınır olarak anılan bir başlangıç değeridir. Video, yedekleme ve Wi-Fi 6/6E gibi yüksek bantlı uç cihazların arttığı ortamlarda daha düşük oran hedeflenir. Kesin kararı uplink’lerin tepe kullanımını ve çıkış düşmelerini ölçerek verin.

Collapsed core’dan üç katmana geçiş kesinti gerektirir mi?

Binalar arası bağlantılar baştan L3 tasarlanmış ve IP planı bina bazlı bloklara bölünmüşse geçiş, yeni çekirdek çiftini ekleyip blokları sırayla taşıyarak kontrollü yapılabilir. Her blok taşımasında kısa bir bakım penceresi gerekir; L2 olarak yayılmış VLAN’lar varsa geçiş daha kapsamlı bir yeniden tasarım ister.