Hub, Switch, Router ও ISP

এই Lesson শেষে তুমি পারবে

• Hub, Switch, Router, Access Point ও Modem/ONT প্রত্যেকে কী করে এবং কোন Network Layer-এ কাজ করে তা বলতে।
• Switch কীভাবে MAC Address শিখে CAM Table-এ রাখে, এবং কখন একটি Frame Flood, Forward বা Filter করে তা ধাপে ধাপে ব্যাখ্যা করতে।
• Broadcast ও Unicast, এবং Collision Domain ও Broadcast Domain আলাদা করতে, আর VLAN ও STP কোথায় খাপ খায় তা বলতে।
• তোমার Laptop থেকে Default Gateway, Routing Table ও প্রতিটি Hop হয়ে একটি Packet-কে অনুসরণ করতে, এবং কী বদলায় আর কী বদলায় না তা ব্যাখ্যা করতে।
• বাসার “Router” বাক্সের ভেতরের অনেকগুলো যন্ত্র চিনতে, এবং “Connected, No Internet” সমস্যা নির্ণয় করতে।
• Wi-Fi-এর Station-গুলো CSMA/CA দিয়ে কীভাবে একটি Channel ভাগ করে (Backoff, ACK, Hidden Node সমস্যা ও RTS/CTS), আর এটি CSMA/CD থেকে কোথায় আলাদা, তা ব্যাখ্যা করতে।
• একটি ISP কীভাবে তোমাকে বিশ্বের সঙ্গে যুক্ত করে তা বর্ণনা করতে: Tier, BDIX-এর মতো Internet Exchange, International Gateway ও Submarine Cable।
• একটি Data Centre-এর ভেতরের তারের নকশা বোঝাতে (North–South বনাম East–West Traffic, ECMP-সহ Leaf–Spine, Oversubscription), আর একই Zone, ভিন্ন Zone ও ভিন্ন Region-এর Latency ও Transfer খরচকে Design-এর হিসাবে ব্যবহার করতে।

#তোমার Laptop থেকে Internet পর্যন্ত

একটি স্থানীয় Network (LAN) তৈরি করা এবং সেটিকে বৈশ্বিক Network-এর (WAN, অর্থাৎ Internet) সঙ্গে যুক্ত করতে কয়েক ধরনের Hardware ও একটি সেবাদাতা প্রতিষ্ঠান ধাপে ধাপে কাজ করে, প্রত্যেকে একটি করে কাজ:

  [Device A] ──┐
               ├──► [Switch] ──► [Router] ──► [ISP network] ──► [Global internet]
  [Device B] ──┘

• Switch একটি Network-এর ভেতরের ডিভাইসগুলো যুক্ত করে।
• Router সেই Network-কে অন্য Network-এর সঙ্গে যুক্ত করে।
• ISP তোমার Router-কে বাকি Internet-এর সঙ্গে যুক্ত করে।

প্রতিটি যন্ত্রকে চেনা যায় একটি Message-এর কতটুকু সে বোঝে তা দিয়ে। এটি আগে শেখা Network Layer-গুলোর সঙ্গে সুন্দরভাবে মিলে যায়:

#Hub: “বোবা” Repeater (Layer 1)

Hub হলো সবচেয়ে সাধারণ Networking যন্ত্র। একটি Port-এ Signal এলে Hub পরীক্ষা করতে পারে না সেটি কার জন্য। Address কী, সে জানেই না। সে শুধু Signal-টি নতুন করে তৈরি করে অন্ধের মতো বাকি সব Port দিয়ে পাঠিয়ে দেয়।

এতে তিনটি সমস্যা হয়:

• অপ্রয়োজনীয় Traffic। প্রতিটি ডিভাইস প্রতিটি Frame পায় এবং দেখতে বাধ্য হয়, যদিও সেটি একজনের জন্যই ছিল। সব ডিভাইস Hub-এর Bandwidth ভাগ করে নেয় (যেমন সবাই মিলে ১০০ Mbps)।
• Collision। সব ডিভাইস একটি মাধ্যম ভাগ করে, তাই একসঙ্গে একজনই পাঠাতে পারে (Half Duplex)। দুজন একসঙ্গে পাঠালে Signal ধাক্কা খায়, দুটিই হারায়। পুরনো Ethernet এটি সামলাত CSMA/CD দিয়ে: আগে শোনো, Collision ধরো, এলোমেলো সময় অপেক্ষা করো, আবার চেষ্টা করো। ডিভাইস যত বেশি, Collision তত বেশি।
• নিরাপত্তা ঝুঁকি। যেকোনো ডিভাইস তার কাছে আসা Frame রেখে দিলেই অন্য সবার Traffic ধরে ফেলতে পারে।

Hub এখন অচল: আধুনিক Network-এ এটি পাবে না। তবু এটি জানা দরকার, কারণ এটি বোঝায় Switch কেন এসেছে, আর কারণ Wi-Fi রেডিও অনেকটা Hub-এর মতো আচরণ করে: একটি Access Point-এর কাছের সবাই একই Channel ভাগ করে, পালা করে কথা বলে।

#Switch: যে যন্ত্র শেখে (Layer 2)

Switch একটি বুদ্ধিমান যন্ত্র। সে প্রতিটি Frame-এর MAC Address পড়ে, শেখে কোন ডিভাইস কোন Port-এ যুক্ত, এবং প্রতিটি Frame শুধু তার গন্তব্যের দিকে পাঠায় (Unicast)।

#MAC Address

MAC (Media Access Control) Address হলো একটি Network Interface-এর অনন্য Physical Address, যা তার Network Card (NIC)-এ বসানো থাকে: ৪৮ Bit, ছয় জোড়া Hex অঙ্কে লেখা, যেমন 3c:22:fb:1a:9e:07। প্রথম অর্ধেক প্রস্তুতকারক প্রতিষ্ঠানকে চেনায়। MAC Address-এর গুরুত্ব শুধু Local Link-এ; এটি কখনো Internet পেরিয়ে যায় না। (আধুনিক ফোন গোপনীয়তার জন্য প্রতিটি Wi-Fi Network-কে একটি এলোমেলো MAC দেখায়।)

বইয়ে Data Link Layer-কে দুই ভাগে ভাগ করা হয়। ওপরের ভাগ LLC (Logical Link Control): সে Receiver-কে জানায় Payload-টা কোন Network-layer Protocol-এর (IPv4, IPv6, ARP…)। নিচের ভাগ MAC (Media Access Control): Address-এর কাজ সে সামলায়, আর ঠিক করে একটি ডিভাইস কখন মাধ্যমে Frame ছাড়তে পারবে। এই দ্বিতীয় কাজটা নিয়েই এই Lesson-এর পরের দিকে CSMA/CD আর CSMA/CA-র আলোচনা।

#Switch কীভাবে শেখে

Switch MAC Address → Port-এর একটি Table রাখে, যার নাম CAM Table (Content Addressable Memory, যে দ্রুত Hardware-এ এটি থাকে) বা MAC Address Table। প্রতিটি আগত Frame-এর জন্য সে দুটি কাজ করে:

1. উৎস থেকে শেখা। “প্রেরকের MAC আছে সেই Port-এ, যে Port দিয়ে Frame-টি এসেছে।” Entry যোগ বা হালনাগাদ করো।
2. গন্তব্য দেখে পাঠানো।
   • গন্তব্য Table-এ আছে → শুধু সেই একটি Port দিয়ে পাঠাও (Forward)। সেটি যদি আগমনের Port-ই হয়, ফেলে দাও (Filter)।
   • গন্তব্য অজানা → আগমনের Port ছাড়া সব Port দিয়ে পাঠাও (Flood, “Unknown Unicast Flooding”)।
   • গন্তব্য Broadcast Address ff:ff:ff:ff:ff:ff → সবসময় Flood।

পরিস্থিতিগুলো চালাও আর Table ভরে ওঠা দেখো:

বাস্তবে যে খুঁটিনাটিগুলো গুরুত্বপূর্ণ:

• Broadcast বনাম Unicast। Unicast একটি ডিভাইসের জন্য; Broadcast (ff:ff:ff:ff:ff:ff) LAN-এর সব ডিভাইসের জন্য। ARP (“192.168.1.30 কার?”) ও DHCP Discovery Broadcast ব্যবহার করে। Switch Broadcast থামায় না; সব জায়গায় পাঠিয়ে দেয়।
• Aging। কোনো ডিভাইস কিছুক্ষণ চুপ থাকলে তার Entry মুছে যায় (অনেক Switch-এ ডিফল্ট ৩০০ সেকেন্ড), আর Cable খোলার সঙ্গে সঙ্গে সেই Port-এর Entry মুছে যায়। ডিভাইস জায়গা বদলালেও এতে Table ঠিক থাকে।
• Full Duplex, কোনো Collision নেই। প্রতিটি Switch Port একটি নিজস্ব Link, যা একই সময়ে পাঠায় ও গ্রহণ করে। অনেক জোড়া ডিভাইস একসঙ্গে পূর্ণ গতিতে কথা বলতে পারে।
• Unmanaged বনাম Managed। সস্তা বাসার Switch লাগালেই চলে। Managed Switch-এ থাকে VLAN, Port Security, Traffic-এর পরিসংখ্যান ও STP Setting।
• সীমাবদ্ধতা। CAM Table-এর আকার নির্দিষ্ট। আক্রমণকারী জাল MAC দিয়ে এটি ভরে ফেললে Switch Hub-এর মতো সবকিছু Flood করে। Port Security প্রতিটি Port কতগুলো MAC ব্যবহার করতে পারবে তা সীমিত করে।

#Loop ও Spanning Tree Protocol

ইঞ্জিনিয়াররা Switch-এর মধ্যে বাড়তি Cable লাগান, যাতে একটি Cable নষ্ট হলে কেউ বিচ্ছিন্ন না হয়। কিন্তু দুটি Switch-এর মধ্যে দুটি পথ মানে একটি Loop, আর Ethernet Frame-এ কোনো TTL নেই: একটি Broadcast চিরকাল ঘুরতে থাকবে, প্রতিটি Switch-এ সংখ্যায় বাড়বে, যতক্ষণ না পুরো Network অচল হয়। একে বলে Broadcast Storm।

Spanning Tree Protocol (STP) এটি ঠেকায়। Switch-রা একটি Root Bridge নির্বাচন করে, একটি Loop-মুক্ত Tree হিসাব করে, আর বাড়তি Port-গুলো Block করে। কোনো সক্রিয় Link বিকল হলে একটি Blocked Port Unblock হয়ে দায়িত্ব নেয়।

#Collision Domain, Broadcast Domain ও VLAN

প্রতিটি Networking Interview-তে আসা দুটি শব্দ:

• Collision Domain হলো এমন ডিভাইসের সমষ্টি, যাদের পাঠানো Signal ধাক্কা খেতে পারে। Hub তার সব Port-কে একটি Collision Domain-এ রাখে; প্রতিটি Switch Port ও Router Port আলাদা একটি।
• Broadcast Domain হলো এমন ডিভাইসের সমষ্টি, যারা একে অপরের Broadcast পায়। Switch তার সব Port-কে একটি Broadcast Domain-এ রাখে; Router তার প্রতিটি Interface-এ একটি Broadcast Domain শেষ করে।

VLAN (Virtual LAN) একটি Physical Switch-কে কয়েকটি Logical Switch-এ ভাগ করে, প্রত্যেকটি নিজস্ব Broadcast Domain। যেমন একটি অফিসে Accounts থাকতে পারে VLAN 10-এ, HR VLAN 20-এ, আর IT VLAN 30-এ। কিংবা Staff, Guest ও Security Camera আলাদা আলাদা VLAN-এ, অথচ সবাই একই Switch-এ। অজানা বা Broadcast Frame এলে Switch সেটা শুধু ওই Frame-এর নিজের VLAN-এর ভেতরেই Flood করে। এক VLAN থেকে আরেক VLAN-এ যেতে হলে Traffic-কে একটি Router (বা Layer-3 Switch) পার হতে হয়, আর সেখানে নিয়ম দিয়ে অনুমতি দেওয়া বা আটকানো যায়।

#Layer 2-এ গোলমাল হলে

Layer 2-এর বেশিরভাগ সমস্যা পরিষ্কার কোনো Error দেখায় না। দেখা যায় “সব ধীর”, বা “কিছু ডিভাইস একে অপরকে দেখতে পাচ্ছে না”। সাধারণ সন্দেহভাজনেরা:

Tool: নিজের MAC আর Link-এর অবস্থা দেখতে ipconfig /all ও getmac (Windows) বা ip link (Linux), প্রতিবেশীদের জন্য arp -a, Switch-এর MAC Address Table ও VLAN Command, আর আসল Frame চোখে দেখতে Wireshark।

#Router: ভিন্ন ভিন্ন Network যুক্ত করা (Layer 3)

Router-এর মূল কাজ হলো দুই বা ততোধিক সম্পূর্ণ ভিন্ন Network-এর মধ্যে সংযোগ তৈরি করা, যেমন তোমার বাসার LAN আর তোমার ISP-এর Network। সে IP Address ও নিজস্ব Routing Table ব্যবহার করে ঠিক করে প্রতিটি Packet এরপর কোথায় যাবে।

#প্রতিটি Packet নিয়ে Router কী করে

1. একটি Interface-এ Frame গ্রহণ করে Ethernet Header সরিয়ে ফেলে।
2. গন্তব্য IP পড়ে Routing Table-এ খোঁজে। একাধিক Entry মিললে সবচেয়ে নির্দিষ্টটি (Longest Prefix) জেতে; 0.0.0.0/0, অর্থাৎ Default Route, বাকি সবকিছুর সঙ্গে মেলে।
3. TTL এক কমায়; শূন্য হলে Packet ফেলে দিয়ে একটি ICMP “Time Exceeded” ফেরত পাঠায়। এভাবেই Routing Loop চিরকাল চলতে পারে না।
4. পরের Link-এর জন্য নতুন উৎস ও গন্তব্য MAC Address দিয়ে নতুন Frame বানায়, এবং বেছে নেওয়া Interface দিয়ে পাঠায়।

IP Address শুরু থেকে শেষ পর্যন্ত একই থাকে (বাসার Router-এ NAT যেখানে বদলায় সেটি ছাড়া); MAC Address প্রতিটি Hop-এ বদলায়।

তোমার Laptop-এর দিক থেকে নিয়মটি সহজ: গন্তব্য আমার নিজের Network-এ হলে সরাসরি পৌঁছাও (Switch দিয়ে); নইলে আমার Default Gateway, অর্থাৎ Router-এ পাঠাও।

Router-এর আকার একেবারে আলাদা আলাদা হয়: বাসার Router দুটি Route জানে (LAN আর “বাকি সব ISP হয়ে”); ISP-এর Core Router পুরো Internet-এর Routing Table রাখে, প্রায় ১০ লাখ Route, যা প্রতিবেশী Network-এর কাছ থেকে BGP দিয়ে শেখা। প্রতিষ্ঠানের ভেতরে Router অভ্যন্তরীণ Network ও VLAN-ও যুক্ত করে। Layer-3 Switch হলো এমন Switch যা Hardware-এ পূর্ণ গতিতে VLAN-এর মধ্যে Route-ও করতে পারে; Data Centre-এ এগুলো সর্বত্র।

#Access Point, Modem ও ONT

আরও তিনটি বাক্স ছবিটা সম্পূর্ণ করে:

• Wireless Access Point: রেডিও ও Ethernet-এর মধ্যে একটি Layer 2 Bridge। (Bridge হলো Switch-এর পূর্বপুরুষ: দুটি LAN Segment জুড়ে দেয়, আর MAC Address দেখে এক পাশ থেকে আরেক পাশে Frame পাঠায়।) এটি Wi-Fi ডিভাইসগুলোকে তারের LAN-এ এমনভাবে যুক্ত করে, যেন তারা একটি Switch-এ লাগানো। একটি Wi-Fi Channel-এর সব ডিভাইস বাতাস ভাগ করে পালা করে কথা বলে, তাই Wi-Fi কার্যত Half Duplex। বড় ভবনে একই Network নামে (SSID) অনেকগুলো Access Point থাকে, যাতে তুমি একটি থেকে আরেকটিতে ঘুরে বেড়াতে পারো।
• Modem: তোমার Router-এর Digital Signal-কে ISP-এর লাইন যা বহন করে (টেলিফোন লাইন, Cable-television লাইন, বা 4G রেডিও Signal) তাতে রূপান্তর করে, আবার উল্টোটাও। নামটি এসেছে Modulator–Demodulator থেকে।
• ONT (Optical Network Terminal): Fibre Connection-এর Modem। এটি বৈদ্যুতিক Signal-কে ISP পর্যন্ত Fibre-এর আলোয় রূপান্তর করে। বাংলাদেশের শহরে বাসার বেশিরভাগ Broadband এখন বাসা পর্যন্ত Fibre, তাই যে ছোট বাক্সে একটি Fibre Cable ঢুকেছে সেটিই ONT।

#Wi-Fi কীভাবে বাতাস ভাগ করে: CSMA/CA

একটি Wi-Fi Channel-এর সব ডিভাইস একই বাতাস ভাগ করে নেয়, ঠিক যেমন Hub-এর সব ডিভাইস একটি তার ভাগ করত। পুরনো Ethernet এর সমাধান করেছিল CSMA/CD দিয়ে: Collision ধরো, তারপর আবার চেষ্টা করো। Wi-Fi এটা পারে না, দুটো কারণে:

• পাঠানোর সময় রেডিও শুনতে পারে না। তার নিজের Signal, Antenna-য় আসা যেকোনো Signal-এর চেয়ে লাখো গুণ জোরালো। ফলে Collision হলেও সে টের পাবে না।
• সবাই সবাইকে শুনতে পায় না। দুটি Laptop দুজনেই Access Point পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, অথচ একে অপরকে শুনতে পায় না।

তাই Wi-Fi চলে CSMA/CA (Collision Avoidance) দিয়ে। মূল কথা: Collision যেন না হয় সেই চেষ্টা করো, আর ACK না এলে ধরে নাও “সম্ভবত ধাক্কা লেগেছে”।

1. আগে শোনো (Carrier Sense)। Channel ব্যস্ত থাকলে চুপ হওয়া পর্যন্ত অপেক্ষা করো, তারপর DIFS নামের একটি নির্দিষ্ট ফাঁক অপেক্ষা করো।
2. এলোমেলো Backoff। কয়েকটি ছোট Slot (প্রতিটি ৯ µs) গুনে শেষ করো। কয়টা Slot, তা এলোমেলোভাবে বাছা হয় Contention Window থেকে, শুরুতে ০–১৫। মাঝখানে অন্য কেউ পাঠানো শুরু করলে গোনা থামিয়ে রাখো, পরে সেখান থেকেই আবার গোনো। এতে যারা একই চুপ মুহূর্তের অপেক্ষায় ছিল, তারা একসঙ্গে শুরু করে না।
3. Counter শূন্য হলে পাঠাও।
4. ACK নাও। Receiver Frame পরীক্ষা করে আরও ছোট একটি ফাঁকের (SIFS) পর ACK পাঠায়, যাতে মাঝখানে কেউ ঢুকে পড়তে না পারে।
5. ACK আসেনি? আরও বেশি পিছিয়ে যাও। ধরে নাও Collision হয়েছে, Contention Window দ্বিগুণ করো (০–৩১, ০–৬৩… একটা সীমা পর্যন্ত), তারপর আবার চেষ্টা করো। প্রায় ৭ বার ব্যর্থ হলে হাল ছেড়ে দাও; হারানো Frame-এর দায় তখন ওপরের Layer-এর (TCP)।

Hidden Node সমস্যা প্রথম ধাপটাকেই অকেজো করে দেয়। ধরো Laptop A আর ফোন C, Access Point-এর দুই পাশে, মাঝে একটা দেয়াল। একজন যখন পাঠাচ্ছে, অন্যজন শুনছে নিস্তব্ধতা। ফলে দুজনের Frame বারবার Access Point-এ গিয়ে ধাক্কা খায়। সমাধান RTS/CTS: বড় Frame পাঠানোর আগে A একটি ছোট্ট Request to Send পাঠায়, তাতে লেখা কতক্ষণ সময় লাগবে। Access Point উত্তরে Clear to Send দেয়, যা তার আওতার সবাই শোনে, C-ও। C তখন তার NAV Timer চালু করে (একে বলে “Virtual Carrier Sense”) এবং ওই সময়টা চুপ থাকে। RTS/CTS প্রতিবার দুটি বাড়তি Frame খরচ করে, তাই এটা চালু হয় শুধু বড় Frame-এর জন্য, বা ঘন ঘন Collision হলে।

রোজকার Wi-Fi-এর অনেক আচরণ এখান থেকেই বোঝা যায়। ফোনে যে গতি দেখায়, সেটা রেডিওর গতি; ফাঁক, Backoff আর ACK বাদ দিলে আসল Throughput প্রায়ই তার অর্ধেকের কাছাকাছি। Channel-এ প্রতিটি বাড়তি ব্যস্ত ডিভাইস সবার সময় খায়, আর দূরের একটি ধীর ডিভাইস অল্প Data-র জন্য অনেকখানি সময় দখল করে। এজন্যই ব্যস্ত অফিসে ভিন্ন ভিন্ন Channel-এ অনেকগুলো Access Point বসানো হয়, আর বেশি Channel-ওয়ালা 5 GHz ও 6 GHz Band দ্রুত মনে হয়। Wi-Fi 6 (802.11ax)-এ Access Point নিজেই একসঙ্গে কয়েকটি Station-কে সময় ভাগ করে দিতে পারে, সবাইকে ঠেলাঠেলি করতে হয় না।

#বাসার “Router” আসলে এক বাক্সে অনেকগুলো যন্ত্র

যে বাক্সকে বেশিরভাগ মানুষ “Router” বলে, সেটি আসলে একটি প্লাস্টিকের বাক্সে কয়েকটি যন্ত্র:

• একটি Router (LAN ↔ WAN, Default Gateway),
• একটি ছোট Switch (৪টি হলুদ LAN Port),
• একটি Wi-Fi Access Point (Antenna-গুলো),
• একটি DHCP Server (192.168.x.x Address বিলি করে),
• NAT (একটি Public IP তোমার সব ডিভাইসের মধ্যে ভাগ করে),
• একটি Stateful Firewall (ভেতরের কেউ চায়নি এমন Connection আটকায়),
• প্রায়ই একটি DNS Forwarder, আর কখনো কখনো Modem বা ONT-ও।

#ISP: বিশ্বের সঙ্গে তোমার সংযোগ

ISP (Internet Service Provider) হলো সেই ব্যবসায়িক বা সরকারি প্রতিষ্ঠান, যেমন Grameenphone, Link3 বা AmberIT, যারা Optical Fibre ও আরও দূরে Submarine Cable-এর বিস্তৃত অবকাঠামোর মাধ্যমে তোমাকে বৈশ্বিক Internet-এর সঙ্গে যুক্ত করে। তারা তোমার Router-কে একটি IP Address দেয়, তোমার Traffic Route করে, এবং নিজেদের Network-কে অন্য Network-এর সঙ্গে যুক্ত করে।

#Internet কীভাবে জোড়া লাগানো

Internet কোনো একক প্রতিষ্ঠানের মালিকানায় নয়। এটি হাজার হাজার Network (প্রত্যেকটিকে বলে Autonomous System), যারা একে অপরের Traffic বহন করতে রাজি:

• Tier 1 Network হলো সবচেয়ে বড় বৈশ্বিক Carrier। তারা Transit-এর জন্য টাকা না দিয়ে একে অপরের সঙ্গে Peering করে প্রতিটি গন্তব্যে পৌঁছায়।
• Tier 2 Network Tier 1 থেকে Transit কেনে, আবার অন্যদের সঙ্গে Peering-ও করে।
• Access ISP (Tier 3), যেমন তোমার বাসার সেবাদাতা, Transit কিনে গ্রাহকদের Connection বিক্রি করে।
• IXP (Internet Exchange Point) হলো এমন জায়গা, যেখানে অনেক Network যুক্ত হয়ে সরাসরি ও সস্তায় দেশের Traffic বিনিময় করে। বাংলাদেশে ঢাকার BDIX দেশের Traffic দেশের ভেতরে রাখে; এজন্যই বেশিরভাগ দেশি ISP-তে “BDIX সাইট” দ্রুত চলে।
• বাংলাদেশে বিদেশের সঙ্গে আসা-যাওয়ার Traffic-কে লাইসেন্সপ্রাপ্ত IIG (International Internet Gateway) দিয়ে যেতে হয়, যা BTRC নিয়ন্ত্রণ করে। সেখান থেকে এটি বেরিয়ে যায় Submarine Cable দিয়ে: SEA-ME-WE 4 (কক্সবাজারে নেমেছে) ও SEA-ME-WE 5 (কুয়াকাটায় নেমেছে), SEA-ME-WE 6 যুক্ত হচ্ছে, সঙ্গে ভারত হয়ে স্থল Cable।
• বড় Content প্রতিষ্ঠানগুলো ISP-এর ভেতরে Cache Server বসায় (Google Global Cache, Facebook-এর Cache), তাই জনপ্রিয় ভিডিও সমুদ্রই পার হয় না।

#এক নজরে Hub বনাম Switch বনাম Router

#Data Centre-এর ভেতরে, আর এক Region থেকে আরেক Region-এ

তোমার বাসার Network-এ একটা Switch আর একটা Router। একটা Data Centre-এ থাকে হাজার হাজার Server, আর সেগুলো কীভাবে তার দিয়ে জোড়া, তার ওপরই নির্ভর করে তোমার Service-গুলো একে অপরের সঙ্গে কত দ্রুত কথা বলবে।

#North–South আর East–West Traffic

• North–South Traffic চলে ব্যবহারকারী (Internet) আর Data Centre-এর মধ্যে: Request ঢোকে, Response বেরোয়।
• East–West Traffic চলে Data Centre-এর ভেতরে, Server থেকে Server-এ: Web Server ডাকছে Database-কে, একটা Service ডাকছে আরও পাঁচটা Service-কে, সঙ্গে Cache, Replication, Backup, Analytics Job। ব্যবহারকারীর একটি Request প্রায়ই ভেতরে কয়েক ডজন Call তৈরি করে। তাই আধুনিক Data Centre-এ বেশিরভাগ Traffic-ই East–West।

পুরনো Data Centre-গুলো ছিল তিন তলার গাছের মতো (Access, Aggregation আর Core Switch), বানানো হয়েছিল North–South Traffic-এর কথা ভেবে। এক Server থেকে আরেক Server-এ যেতে Traffic-কে গাছ বেয়ে ওপরে উঠে আবার নামতে হতো, STP বাড়তি Link-গুলো Block করে রাখত, আর Core হয়ে যেত সরু গলা।

#Leaf–Spine (একটি Clos Fabric)

আধুনিক Data Centre চলে Leaf–Spine নকশায়। এর ভিত্তি Charles Clos-এর ১৯৫০-এর দশকের টেলিফোন Switch Network:

• প্রতিটি Rack-এ একটি Top-of-rack (ToR) Switch, একে বলে Leaf। Rack-এর Server-গুলো এতে যুক্ত।
• প্রতিটি Leaf যুক্ত থাকে প্রতিটি Spine Switch-এর সঙ্গে। Spine শুধু Leaf-এর সঙ্গে যুক্ত; একে অপরের সঙ্গে নয়, Server-এর সঙ্গেও নয়।
• একটি Border Leaf পুরো Fabric-কে Internet Router, Firewall আর অন্য সাইটের সঙ্গে জোড়ে। North–South Traffic ঢোকে এখান দিয়েই।

ফলে যেকোনো Server অন্য Rack-এর যেকোনো Server-এ পৌঁছায় একই পথে: Leaf → Spine → Leaf। প্রতিটি জোড়ার ধাপ-সংখ্যা সমান, তাই Latency কম ও অনুমেয় (Fabric-এর ভেতরে কয়েক দশ Microsecond)। এখানে Link-গুলো STP দিয়ে Switch করা হয় না, Route করা হয় (Layer 3, প্রায়ই BGP দিয়ে), আর ECMP (Equal-cost Multipath) সবগুলো Link একসঙ্গে কাজে লাগায়: Leaf প্রতিটি Flow-এর Address আর Port মিলিয়ে একটি Hash করে, সেই Hash দিয়ে সমান খরচের Spine-গুলোর একটি বাছে। ফলে একটি Flow সবসময় একই পথে থাকে (Packet-এর ক্রম ঠিক থাকে), আর হাজার হাজার Flow সব Spine-এ ছড়িয়ে পড়ে। আরও Bandwidth লাগবে? Spine বাড়াও। আরও Rack? Leaf বাড়াও। একটি Spine বিকল হলে Leaf-গুলো এক সেকেন্ডের মধ্যে তাকে ECMP-এর তালিকা থেকে বাদ দেয়; ওই Spine-এর ভাগের Capacity কমে, কিন্তু কেউ বিচ্ছিন্ন হয় না।

Oversubscription হলো একটি Leaf-এর Server-এর দিকের Bandwidth আর Uplink-এর Bandwidth-এর অনুপাত। ৪৮টি Server × ২৫ Gbps = নিচের দিকে ১,২০০ Gbps, আর ৪ × ১০০ Gbps = ওপরের দিকে ৪০০ Gbps হলে অনুপাত ৩ : ১। এটা স্বাভাবিক, খরচ বাঁচানো সিদ্ধান্ত, কারণ সব Server একসঙ্গে পূর্ণ গতিতে Rack-এর বাইরে খুব কমই পাঠায়। কিন্তু যখন পাঠায় (বড় একটা Batch Job, বা নষ্ট হয়ে যাওয়া Storage Node নতুন করে গড়া), তখন Uplink-এ জ্যাম লাগে, Queue ভরে যায়, Packet Drop হয়, আর ওই Rack-এর প্রতিটি ছোট Request ধীর হয়ে যায়। এ কারণেই Storage, AI Training আর HPC Cluster প্রায়ই বানানো হয় ১ : ১ (Non-blocking)।

#Zone আর Region: দূরত্ব মানেই Latency, আর Latency-র দাম আছে

Cloud Provider-রা Data Centre-গুলোকে সাজায় Availability Zone (AZ) হিসেবে: আলাদা ভবন, নিজস্ব বিদ্যুৎ আর Network, একে অপর থেকে কয়েক থেকে কয়েক দশ কিলোমিটার দূরে, দ্রুত Private Fibre দিয়ে জোড়া। কয়েকটি Zone মিলে একটি Region (যেমন সিঙ্গাপুর বা মুম্বাই); এক Region থেকে আরেক Region শত শত বা হাজার হাজার কিলোমিটার দূরে। প্রতিটি সীমানা পার হলেই খরচ বাড়ে:

দাম বদলায়, Provider আর Region ভেদে আলাদাও হয়। তাই এগুলোকে আনুমানিক মাপ হিসেবে নাও, আর কাজের সময় সর্বশেষ Price List দেখে নিও।

এই সংখ্যাগুলো Design-এর কাঁচামাল:

• Availability-র জন্য ছড়াও, ব্যস্ত পথ কাছে রাখো। প্রতিটি Service-এর কপি দুই-তিনটি Zone-এ চালাও, যাতে একটা ভবন বিকল হলেও টিকে থাকো। কিন্তু প্রতিটি কপি যতটা পারে নিজের Zone-এর Cache আর Replica-র সঙ্গেই কথা বলুক।
• শুধু Millisecond নয়, Round Trip গোনো। যে Request Zone পেরিয়ে একটার পর একটা ৪০টি Call করে, তার খরচ ৪০ × ১.৫ ms = ৬০ ms; Region পেরোলে কয়েক সেকেন্ড। Call-গুলো Batch করো, সীমানার ওপারে বাচাল Design এড়িয়ে চলো।
• Synchronous কপি শুধু কাছাকাছি। অন্য Zone-এর Standby-র জন্য অপেক্ষা করলে প্রতি Write-এ ~১–২ ms লাগে, এটা প্রচলিত। অন্য Region-এর জন্য অপেক্ষা করলে লাগে কয়েক দশ ms, তাই Region পেরোনো Replication সাধারণত Asynchronous (আর বড় দুর্যোগে শেষ কয়েক সেকেন্ডের Write হারাতে পারে)।
• Gigabyte মানেই টাকা। মাসে Zone-এর মধ্যে ৫০ TB মানে মাসে প্রায় $1,000; Internet-এ ৫০ TB দিলে কয়েক হাজার ডলার। Compress করো, Cache করো, Static File CDN থেকে দাও, আর যেখানে পারো বড় Data-র প্রবাহ এক Zone-এর ভেতরেই রাখো।

#System Design-এ এই যন্ত্রগুলো কোথায় দেখা যায়

• Data Centre তৈরি হয় Leaf–Spine Fabric-এ সাজানো Switch দিয়ে (ওপরে দেখেছ): Top-of-rack Leaf, প্রতিটি Rack-কে বাকি সবগুলোর সঙ্গে সমান, ছোট পথে জোড়া Spine, আর STP-এর বদলে ECMP-সহ Routing, যাতে প্রতিটি বাড়তি Link-ও Traffic বহন করে।
• Load Balancer, Firewall ও Proxy হলো এমন যন্ত্র (বা Software) যা আরও ওপরে, Layer 4–7-এ কাজ করে; পরের Lesson-গুলোতে আসবে।
• Cloud-এ তুমি কখনো Switch ছোঁও না, কিন্তু একই ধারণাগুলো Software হিসেবে আসে: VPC তোমার Private Network, Subnet অনেকটা VLAN-এর মতো, আর প্রতিটি Subnet-এর একটি Routing Table থাকে, যার Default Route যায় একটি Internet Gateway বা NAT Gateway-তে।
• ব্যর্থতার ভাবনা সব স্তরে একই: একটি Switch, Router, ISP Link বা Cable একটি Single Point of Failure। Production Network-এ সবকিছু দুটি করে থাকে: দুটি Switch, দুটি Router, দুটি ISP, আর ভিন্ন ভিন্ন Physical পথে যাওয়া Cable।

#নিজে করে দেখো

# Your IP, MAC ("Physical Address"), default gateway and DNS server
ipconfig /all          # Windows
ip addr; ip route      # Linux
ifconfig; netstat -rn  # macOS

# Your own MAC addresses and link state
getmac /v              # Windows
ip link                # Linux

# Your Wi-Fi link: signal, channel, radio rate
netsh wlan show interfaces   # Windows
iw dev wlan0 link            # Linux (interface name may differ)

# The ARP cache: IP → MAC of devices you talked to on your LAN
arp -a                 # Windows / macOS
ip neigh               # Linux

# Your routing table: look for the 0.0.0.0 (default) route
route print            # Windows
ip route               # Linux

# Walk outwards when the internet is broken
ping 192.168.1.1       # the router (use your gateway address)
ping 1.1.1.1           # beyond the ISP, no DNS needed
tracert google.com     # Windows (traceroute on macOS / Linux): every router hop

LAN-এর অন্য একটি ডিভাইসে Ping করার আগে ও পরে arp -a চালাও: একটি নতুন Entry দেখা দেবে, যা একটি ARP Broadcast দিয়ে শেখা। tracert-এ প্রথম Hop তোমার বাসার Router, আর পরের কয়েকটি তোমার ISP-এর। netsh wlan show interfaces-এ দেখানো Wi-Fi-এর “Receive Rate”-এর সঙ্গে একটি আসল Speed Test মিলিয়ে দেখো: যে ফারাকটা পাবে, সেটাই বাতাস ভাগ করার দাম।

#সারসংক্ষেপ

মূল শিক্ষা

• Hub (Layer 1) প্রতিটি Signal প্রতিটি Port-এ পাঠায়: Bandwidth নষ্ট, Collision, গোপনীয়তা নেই। এটি এখন অচল।
• Switch (Layer 2) উৎস Address থেকে MAC → Port শিখে CAM Table-এ রাখে, আর গন্তব্য দেখে পাঠায়: জানা হলে Unicast, অজানা বা Broadcast হলে Flood। Entry-র মেয়াদ ফুরায়; প্রতিটি Port Full Duplex এবং নিজস্ব Collision Domain।
• Switch-এর মধ্যে Loop হলে Broadcast Storm হয়, কারণ Frame-এ TTL নেই; STP বাড়তি Port Block করে এবং বিকল হলে Unblock করে। VLAN একটি Switch-কে আলাদা Broadcast Domain-এ ভাগ করে।
• Router (Layer 3) Routing Table (সবচেয়ে নির্দিষ্ট মিল, Default Route) দিয়ে ভিন্ন Network যুক্ত করে, TTL কমায়, আর প্রতিটি Hop-এ MAC Address বদলায়, যেখানে IP Address একই থাকে (NAT ছাড়া)।
• বাসার “Router” হলো এক বাক্সে Router + Switch + Access Point + DHCP + NAT + Firewall (+ DNS Forwarder, + Modem/ONT)।
• Wi-Fi একটি Channel ভাগ করে CSMA/CA দিয়ে: শোনো, একটি ফাঁক আর এলোমেলো Backoff অপেক্ষা করো, পাঠাও, ACK-এর অপেক্ষা করো; ACK না এলে Window দ্বিগুণ করে আবার চেষ্টা। Hidden Node সমস্যার সমাধান RTS/CTS। CSMA/CD-র দরকার ছিল শুধু Hub-এর যুগে।
• ISP তোমাকে Internet-এর সঙ্গে যুক্ত করে। Network-গুলো Transit, Peering ও BDIX-এর মতো IXP দিয়ে জোড়া লাগে; বাংলাদেশের আন্তর্জাতিক Traffic বেরোয় IIG ও Submarine Cable (SEA-ME-WE 4/5) দিয়ে, স্থল Cable বিকল্প হিসেবে।
• Data Centre-এ বেশিরভাগ Traffic East–West, চলে Leaf–Spine Fabric-এ: যেকোনো Rack থেকে যেকোনো Rack, Leaf → Spine → Leaf; ECMP সব Link কাজে লাগায়; একটি Spine বিকল হলে শুধু Capacity কমে; আর বড় Traffic এলে Oversubscription (প্রায়ই ৩ : ১) জ্যাম তৈরি করে।
• Latency বাড়ে এক Zone-এ ~০.১–০.৫ ms থেকে ভিন্ন Zone-এ ~১–২ ms, ভিন্ন Region-এ কয়েক দশ থেকে কয়েকশো ms; আর Zone, Region পেরোনো ও Internet-এ যাওয়া Data-র বিল হয় প্রতি GB-তে। দুটোই Design-এর হিসাবে ঢোকাতে হয়।

নিজেকে যাচাই করো: Network-এর যন্ত্র, Wi-Fi আর Data Centre-এর Network৩১টি প্রশ্ন