নেটওয়ার্কের ধরন আর topology — LAN, WAN, ISP আর ইন্টারনেটের গঠন

১ · আকার দেখে নেটওয়ার্কের ধরন — PAN থেকে WAN

পর্ব ০১-এ দেখেছেন, দুই বা ততোধিক যন্ত্র তথ্য আদান-প্রদানের জন্য যুক্ত হলেই তা একটি নেটওয়ার্ক। কিন্তু “নেটওয়ার্ক” শব্দটি দিয়ে আপনার কানের earbuds আর ঢাকা থেকে কক্সবাজার পর্যন্ত একটি ব্যাংকের সব শাখার সংযোগ — দুটোকেই বোঝায়। এদের প্রযুক্তি, খরচ, মালিকানা আর সমস্যা একেবারে আলাদা। তাই প্রথম ভাগটি হয় ভৌগোলিক আকার দিয়ে।

সীমারেখাগুলো কড়া নয় — কোনো আন্তর্জাতিক মান “LAN মানে ঠিক ১ কিলোমিটার” বলে দেয় না। আসল পার্থক্যটা মালিকানা আর খরচে। LAN-এর সব তার, switch আর Wi-Fi আপনার নিজের; তাই গতি বেশি (আজকাল ১ Gbps বা তার বেশি সাধারণ) আর মাসিক ভাড়া নেই। WAN-এ ঢাকা থেকে খুলনা পর্যন্ত নিজে তার টানা প্রায় অসম্ভব, তাই কোনো সেবাদাতার লাইন ভাড়া নিতে হয় — গতি তুলনামূলক কম, প্রতি Mbps-এর দাম বেশি, আর দূরত্বের কারণে delay বাড়ে।

IEEE নামের প্রকৌশলীদের সংস্থার 802 কমিটি এই স্তরগুলোর জন্য মান তৈরি করে: Ethernet-এর মান 802.3, Wi-Fi-র 802.11, আর Bluetooth-এর প্রাথমিক সংস্করণ 802.15.1 হিসেবে প্রকাশিত হয়েছিল। এগুলো পর্ব ১২ আর পর্ব ১৪-তে বিস্তারিত দেখবেন।

২ · কে সেবা দেয়, কে নেয় — client-server আর peer-to-peer

আকার ছাড়া দ্বিতীয় ভাগটি হয় যন্ত্রগুলোর ভূমিকা দিয়ে। এখানে প্রশ্নটা তারের নয়, কাজের ভাগাভাগির।

বাস্তবে অনেক ব্যবস্থাই মিশ্র। ভিডিও কলে দুই প্রান্ত অনেক সময় সরাসরি (P2P) কথা বলে, কিন্তু একে অপরকে খুঁজে পায় একটি কেন্দ্রীয় server-এর সাহায্যে। ছোট অফিসে কয়েকটি Windows কম্পিউটার “workgroup” হিসেবে একে অপরের ফোল্ডার শেয়ার করলে সেটি P2P; আর একটি domain controller দিয়ে লগইন নিয়ন্ত্রণ করলে সেটি client-server. এই দুই ধাঁচের protocol-নকশা নিয়ে পর্ব ৩৪-এ আরও আলোচনা আছে।

৩ · Topology — যন্ত্রগুলো কীভাবে জোড়া

Topology মানে নেটওয়ার্কের যন্ত্রগুলো (node) কোন নকশায় একে অপরের সাথে যুক্ত। মহল্লার রাস্তার নকশার মতো — একটি লম্বা গলির দুপাশে সব বাড়ি, নাকি একটি গোল চক্কর, নাকি সব রাস্তা একটি মোড়ে এসে মিলেছে। নকশাটিই ঠিক করে খরচ কত, আর একটি রাস্তা বন্ধ হলে কত মানুষ আটকে যাবেন।

৪ · তারের হিসাব — mesh, star আর ring-এর numerical

বিশ্ববিদ্যালয়ের Data Communication পরীক্ষা থেকে শুরু করে ব্যাংকের IT officer বা অন্যান্য চাকরির লিখিত পরীক্ষা — এই অঙ্কগুলো খুব পরিচিত। মুখস্থ না করে সূত্রটি কোথা থেকে আসে, বুঝে নিন।

Full mesh: কেন n(n−1)/2

Star-এ কেন্দ্রীয় যন্ত্রটি আলাদা (একটি switch) হলে n টি যন্ত্রের জন্য n টি তার, আর switch-এ অন্তত n টি port. কিন্তু কেন্দ্রটি নিজেই n টি অফিসের একটি হলে (যেমন প্রধান কার্যালয়ই hub) তার লাগে n−1 টি। পরীক্ষায় প্রশ্নটি কোন অর্থে, সেটি পড়ে নিন — উত্তরে একটি লাইনে লিখে দিন আপনি কোনটি ধরেছেন।

এখন ৫টি অফিসের একটি কোম্পানির কথা ভাবুন — ঢাকা (DHK), চট্টগ্রাম (CTG), সিলেট (SYL), খুলনা (KHL) আর রাজশাহী (RAJ). নিচের টেবিলের প্রতিটি “o” একটি WAN link, আর শুধু কর্ণের ওপরের অর্ধেক দেখানো হয়েছে যাতে প্রতিটি link একবারই গোনা হয়।

সংখ্যাগুলো বড় হলে খরচ কীভাবে লাফ দেয়, নিচের calculator চালিয়ে দেখুন। শেষে একটি brute-force গণনাও আছে — সূত্র ব্যবহার না করে প্রতিটি জোড়া আলাদা করে গুনে মিলিয়ে দেখা।

// Cabling cost of a network with n devices, by topology.
// Full mesh: every pair gets its own link -> n(n-1)/2 links.
function mesh(n) {
  return { links: n * (n - 1) / 2, portsEach: n - 1, ports: n * (n - 1) };
}
function star(n) { return { cables: n, switchPorts: n }; }  // one cable per device
function ring(n) { return { links: n }; }                   // each device: 2 neighbours

const pad = (v, w) => String(v).padStart(w);
console.log("  n │ mesh links │ ports/device │ total ports │ star cables │ ring links");
console.log("────┼────────────┼──────────────┼─────────────┼─────────────┼───────────");
for (let n = 4; n <= 10; n++) {
  const m = mesh(n);
  console.log(pad(n, 3) + " │" + pad(m.links, 11) + " │" + pad(m.portsEach, 13) +
    " │" + pad(m.ports, 12) + " │" + pad(star(n).cables, 12) + " │" + pad(ring(n).links, 10));
}
// Check the formula by brute force: count every pair (i, j) with i < j.
let pairs = 0;
for (let i = 0; i < 10; i++) for (let j = i + 1; j < 10; j++) pairs++;
console.log("brute-force pairs for n = 10: " + pairs);
console.log("n = 50 office mesh needs " + mesh(50).links + " links, star needs " + star(50).cables);

  n │ mesh links │ ports/device │ total ports │ star cables │ ring links
────┼────────────┼──────────────┼─────────────┼─────────────┼───────────
  4 │          6 │            3 │          12 │           4 │         4
  5 │         10 │            4 │          20 │           5 │         5
  6 │         15 │            5 │          30 │           6 │         6
  7 │         21 │            6 │          42 │           7 │         7
  8 │         28 │            7 │          56 │           8 │         8
  9 │         36 │            8 │          72 │           9 │         9
 10 │         45 │            9 │          90 │          10 │        10
brute-force pairs for n = 10: 45
n = 50 office mesh needs 1225 links, star needs 50

পরীক্ষার ধাঁচে কয়েকটি সম্পূর্ণ সমাধান

৫ · একটি তার কাটলে কী হয় — fault tolerance

ঢাকার কোনো রাস্তায় খোঁড়াখুঁড়ির সময় fiber কেটে যাওয়া খুব পরিচিত ঘটনা। নেটওয়ার্ক প্রকৌশলীর প্রথম প্রশ্ন: “এই একটি কাটায় কতজন ক্ষতিগ্রস্ত?” এই ক্ষমতার নাম fault tolerance, আর তার উপায় হলো redundancy — বাড়তি বিকল্প পথ। নিচে একই পাঁচটি যন্ত্র (A থেকে E) চারটি topology-তে সাজিয়ে একটি করে তার কাটা হলো।

“কে কার কাছে পৌঁছাতে পারে” প্রশ্নটি আসলে graph-এর reachability — একটি নোড থেকে শুরু করে link ধরে ধরে যতদূর যাওয়া যায় (depth-first search). নিচের simulator তা-ই করে, আর কাটার পর নেটওয়ার্ক কয়টি বিচ্ছিন্ন টুকরোয় ভাগ হলো তা ছাপে। Link-কে দুই দিকেই চলাচলযোগ্য ধরা হয়েছে, তাই এখানের ring হলো দ্বিমুখী (dual ring-এর মতো)। DFS-এর বিস্তারিত দেখতে চাইলে DSA কোর্সের graph পর্ব দেখুন।

// Cut some links (or a device) and see which offices can still reach each other.
const offices = ["A", "B", "C", "D", "E"];
const topo = {
  ring: ["AB", "BC", "CD", "DE", "EA"],
  star: ["SA", "SB", "SC", "SD", "SE"],          // S = central switch
  mesh: ["AB", "AC", "AD", "AE", "BC", "BD", "BE", "CD", "CE", "DE"],
};
function groups(links, cut, dead) {
  const alive = links.filter(l => !cut.includes(l) && !(dead && l.includes(dead)));
  const seen = new Set(), out = [];
  for (const start of offices) {
    if (seen.has(start)) continue;
    const g = [], stack = [start];               // depth-first search (graph reachability)
    seen.add(start);
    while (stack.length) {
      const x = stack.pop();
      if (offices.includes(x)) g.push(x);
      for (const l of alive) {
        if (!l.includes(x)) continue;
        const y = l[0] === x ? l[1] : l[0];
        if (!seen.has(y)) { seen.add(y); stack.push(y); }
      }
    }
    out.push("{" + g.sort().join(",") + "}");
  }
  return out.length === 1 ? out[0] + "  all connected" : out.join(" ") + "  SPLIT into " + out.length;
}
const tests = [
  ["ring", ["BC"], ""], ["ring", ["BC", "DE"], ""], ["star", ["SC"], ""], ["star", [], "S"],
  ["mesh", ["AB", "CD"], ""], ["mesh", ["AB", "AC", "AD"], ""], ["mesh", ["AB", "AC", "AD", "AE"], ""],
];
for (const [t, cut, dead] of tests) {
  const what = dead ? "switch " + dead + " down" : "cut " + cut.join("+");
  console.log(t.padEnd(5) + "│ " + what.padEnd(18) + "│ " + groups(topo[t], cut, dead));
}

ring │ cut BC            │ {A,B,C,D,E}  all connected
ring │ cut BC+DE         │ {A,B,E} {C,D}  SPLIT into 2
star │ cut SC            │ {A,B,D,E} {C}  SPLIT into 2
star │ switch S down     │ {A} {B} {C} {D} {E}  SPLIT into 5
mesh │ cut AB+CD         │ {A,B,C,D,E}  all connected
mesh │ cut AB+AC+AD      │ {A,B,C,D,E}  all connected
mesh │ cut AB+AC+AD+AE   │ {A} {B,C,D,E}  SPLIT into 2

৬ · Physical বনাম logical topology

এখানে একটি সূক্ষ্ম কিন্তু পরীক্ষায় প্রিয় বিষয়। Physical topology হলো তারগুলো আসলে কীভাবে টানা — চোখে যা দেখা যায়। Logical topology হলো সংকেত বা তথ্য আসলে কীভাবে চলে — কে কার পাঠানো শোনে। দুটি এক না-ও হতে পারে।

• Hub-ভিত্তিক Ethernet: ১৯৯০ সালের দিকে twisted pair তারের Ethernet (10BASE-T) এলে তারগুলো star আকারে একটি hub-এ যেতে লাগল — physical star. কিন্তু hub শুধু একটি port-এ আসা সংকেত বাকি সব port-এ পাঠিয়ে দেয়; সবাই সবারটা শোনে, আর দুজন একসাথে পাঠালে সংঘর্ষ (collision) হয় — ঠিক পুরোনো coaxial bus-এর মতো। তাই একে বলা হতো physical star, logical bus. পুরো hub একটি collision domain.
• Token Ring: IBM-এর Token Ring-এ তারগুলো যেত একটি কেন্দ্রীয় বাক্সে (MAU) — physical star; কিন্তু বাক্সের ভেতরে port থেকে port-এ একটি চক্র তৈরি হতো, আর একটি “token” ঘুরত — logical ring.
• Switch-ভিত্তিক Ethernet: switch যন্ত্রটি কোন MAC address কোন port-এ, তা শিখে নেয় আর frame শুধু সঠিক port-এ পাঠায়। এখন physical star, logically-ও star-এর মতো আলাদা আলাদা পথ; প্রতিটি port নিজেই আলাদা collision domain. এর বিস্তারিত পর্ব ১২-তে।
• Wi-Fi: সাধারণ (infrastructure) মোডে সব ফোন আর ল্যাপটপ একটি access point-এর সাথে কথা বলে — দেখতে star. কিন্তু বাতাস একটি ভাগাভাগির মাধ্যম; একই চ্যানেলে একজন পাঠালে আশেপাশের সবাই শুনতে পারে, আর একই সময়ে সাধারণত একজনই পাঠায়। তাই যুক্তিতে এটি অনেকটা পুরোনো bus-এর মতো shared medium — collision এড়াতে এজন্যই CSMA/CA (পর্ব ১১ আর ১৪)।

৭ · নেটওয়ার্কের যন্ত্রপাতি — কে কোন স্তরে

পর্ব ০৩-এ OSI আর TCP/IP মডেলের স্তরগুলো বিস্তারিত দেখবেন। আপাতত তিনটি স্তর জানলেই চলবে: physical স্তর (Layer 1) শুধু সংকেত আর বিট বোঝে; data link স্তর (Layer 2) একই LAN-এর ভেতরে MAC address দেখে frame পৌঁছায়; network স্তর (Layer 3) IP address দেখে এক নেটওয়ার্ক থেকে আরেক নেটওয়ার্কে packet পাঠায়। ঢাকার রাস্তার উপমায়: রাস্তা আর গাড়ি = Layer 1, মহল্লার ভেতরে বাড়ির নম্বর ধরে পৌঁছে দেওয়া = Layer 2, আর এক এলাকা থেকে আরেক এলাকায় কোন রুটে যাবে, সেটি ঠিক করা মোড়ের ট্রাফিক পুলিশ = Layer 3.

এখন দেখা যাক, এই পাতার কোড যে Linux container-এ চলে, সেখানে কোন কোন network interface আছে। Linux প্রতিটি interface-এর তথ্য /sys/class/net/<নাম>/ ফোল্ডারে ফাইল হিসেবে রাখে: type (hardware ধরন — 1 মানে Ethernet-ধাঁচের, 772 মানে loopback), operstate, speed (Mbps), duplex আর address (MAC). কিছু ফাইল কিছু interface-এ পড়া যায় না, তাই প্রতিটি পড়া সুরক্ষিত রাখা হয়েছে।

# Which network interfaces does this machine have? Read-only, no root needed.
[ -d /sys/class/net ] || { echo "/sys/class/net not available"; exit 0; }
for dev in /sys/class/net/*; do
  name=${dev##*/}
  type=$(cat "$dev/type" 2>/dev/null) || type="?"
  case "$type" in
    1)     kind="Ethernet-like" ;;
    772)   kind="loopback" ;;
    776)   kind="IPv6-in-IPv4 tunnel" ;;
    65534) kind="no hardware (tun)" ;;
    *)     kind="other" ;;
  esac
  state=$(cat "$dev/operstate" 2>/dev/null) || state="?"
  speed=$(cat "$dev/speed" 2>/dev/null) || speed="unreadable"
  duplex=$(cat "$dev/duplex" 2>/dev/null) || duplex="unreadable"
  echo "$name: type=$type ($kind) state=$state speed=$speed duplex=$duplex"
done
if command -v ip >/dev/null; then
  ip -br link 2>&1 || echo "ip command failed"
else
  echo "ip command not found (used /sys/class/net instead)"
fi

lo: type=772 (loopback) state=unknown speed=unreadable duplex=unreadable
tap0: type=1 (Ethernet-like) state=unknown speed=10000 duplex=full
lo               UNKNOWN        00:00:00:00:00:00 <LOOPBACK,UP,LOWER_UP>
tap0             UNKNOWN        0e:7e:ea:7e:83:e2 <BROADCAST,UP,LOWER_UP>

সাধারণ একটি Linux ল্যাপটপে একই প্রশ্নের উত্তর দেখতে এমন হয় (উদাহরণ — নাম আর মান যন্ত্রভেদে আলাদা)। Windows-এ একই তথ্যের জন্য PowerShell-এ Get-NetAdapter চালানো যায়:

$ ip -br link
lo               UNKNOWN        00:00:00:00:00:00 <LOOPBACK,UP,LOWER_UP>
enp3s0           UP             3c:52:82:1a:9e:40 <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>
wlp2s0           UP             a4:c3:f0:5b:21:7d <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>
$ cat /sys/class/net/enp3s0/speed /sys/class/net/enp3s0/duplex
1000
full

PS C:\> Get-NetAdapter | Format-Table Name, Status, LinkSpeed, FullDuplex
Name      Status  LinkSpeed FullDuplex
----      ------  --------- ----------
Ethernet  Up      1 Gbps          True
Wi-Fi     Up      300 Mbps        False

৮ · তথ্য কোন দিকে চলে — simplex, half-duplex, full-duplex

দুটি যন্ত্রের মাঝে তথ্য কোন দিকে আর কখন চলতে পারে, তাকে বলে transmission mode.

একটি চমৎকার যোগসূত্র: twisted pair Ethernet-এ পাঠানো আর গ্রহণ আলাদা তারের জোড়ায় (বা আলাদা কৌশলে) চলতে পারে, তাই switch-এর সাথে full-duplex link-এ collision হওয়ার কোনো সুযোগই থাকে না। ফলে পুরোনো Ethernet-এর collision সামলানোর নিয়ম (CSMA/CD, পর্ব ১১) আধুনিক switched full-duplex নেটওয়ার্কে কার্যত আর লাগে না। একটি সমস্যা অবশ্য বাস্তবে এখনো দেখা যায় — duplex mismatch: এক প্রান্ত full, অন্য প্রান্ত half ধরে নিলে link চলে, কিন্তু খুব ধীরে আর অনেক ত্রুটিসহ। তাই উপরের duplex ফাইলটি দেখা কাজের অভ্যাস।

৯ · ইন্টারনেটের গঠন — ISP, IXP আর CDN

ইন্টারনেটের কোনো একক মালিক নেই। এটি হাজার হাজার স্বাধীন নেটওয়ার্কের একটি জোট — প্রতিটি নিজের এলাকা চালায়, আর চুক্তি করে প্রতিবেশীর সাথে ট্রাফিক আদান-প্রদান করে। এমন প্রতিটি স্বাধীনভাবে পরিচালিত নেটওয়ার্ককে routing-এর ভাষায় বলে autonomous system (AS); BGP দিয়ে এরা কীভাবে পথ জানায়, সেটি পর্ব ২৫-এ। এখানে মোটা দাগের স্তরগুলো দেখি:

• Access ISP: যে কোম্পানি আপনার বাসা বা অফিসে সংযোগ দেয় — মহল্লার broadband ISP বা মোবাইল অপারেটর। এদের “শেষ মাইল” (last mile) এর তার আপনার বাসা পর্যন্ত আসে।
• Regional/national ISP ও upstream: ছোট access ISP-রা নিজেরা সারা বিশ্বে যুক্ত নয়; তারা বড় কোনো সেবাদাতার কাছ থেকে টাকা দিয়ে “পুরো ইন্টারনেটে পৌঁছানোর” সেবা কেনে। একে বলে transit, আর বিক্রেতাকে বলে upstream provider.
• Tier-1 network: হাতে গোনা কয়েকটি আন্তর্জাতিক নেটওয়ার্ক (যেমন NTT বা Arelion-এর মতো কোম্পানি), যারা কাউকে transit-এর টাকা না দিয়েই পুরো ইন্টারনেটে পৌঁছাতে পারে — কারণ বাকি tier-1-দের সাথে তাদের বিনা মূল্যে বিনিময়ের চুক্তি (settlement-free peering) আছে।
• IXP (Internet Exchange Point): একটি ভবনে রাখা বড় switch, যেখানে অনেক নেটওয়ার্ক একসাথে যুক্ত হয়ে সরাসরি ট্রাফিক বিনিময় (peering) করে। এতে দেশের ভেতরের ট্রাফিক দেশেই থাকে — দ্রুত আর সস্তা। বিশ্বের বড় IXP-র মধ্যে আছে ফ্রাংকফুর্টের DE-CIX আর আমস্টারডামের AMS-IX.
• Content provider নেটওয়ার্ক আর CDN: Google, Meta, Netflix-এর মতো বড় কোম্পানির নিজস্ব বিশ্বজোড়া নেটওয়ার্ক আছে, আর Akamai বা Cloudflare-এর মতো CDN কোম্পানি বিশ্বের অনেক শহরে content-এর কপি রাখে। অনেক সময় এই cache server খোদ ISP-র ভেতরেই বসানো থাকে, যাতে জনপ্রিয় ভিডিও দেশের বাইরে না গিয়েই আসে (পর্ব ৩৮)।

এবার একটি গল্প: ঢাকার মিরপুরে নাদিয়া তার ফোনে একটি ভিডিও খুললেন। প্রথম প্যাকেটটি কোন পথে যেতে পারে? (এটি একটি সরল উদাহরণ; বাস্তব পথ প্রতিটি ISP-র চুক্তি আর সেই মুহূর্তের routing-এর ওপর নির্ভর করে।)

Intranet, extranet আর internet

তিনটিই একই প্রযুক্তিতে (TCP/IP, ওয়েব ব্রাউজার) চলে; পার্থক্য শুধু কে প্রবেশ করতে পারবে, আর সেটি নিয়ন্ত্রণ হয় firewall, VPN আর লগইন দিয়ে।

১০ · AI-এর যুগে নেটওয়ার্ক নকশা

“৫টি শাখার একটি ব্যাংকের নেটওয়ার্ক নকশা বানিয়ে দিন” — AI মুহূর্তে একটি সুন্দর উত্তর দেবে। কিন্তু নেটওয়ার্কের বিষয়ে AI-এর ভুলগুলো খুব চেনা ধাঁচের, আর ভুল নকশার দাম দিতে হয় আসল টাকায় আর অচল সময়ে।

AI-এর নকশা মানার আগে — চেকলিস্ট

• প্রতিটি link আর port-এর সংখ্যা নিজে সূত্র দিয়ে, বা উপরের calculator চালিয়ে, মিলিয়েছি
• প্রতিটি single point of failure চিহ্নিত করেছি — “এটি নষ্ট হলে কে আটকে যাবে?”
• কমান্ডগুলো আমার OS আর যন্ত্রের সংস্করণে আছে কি না man পাতা বা অফিসিয়াল ডকুমেন্টেশনে দেখেছি
• Firewall-এর পরামর্শে “সব খুলে দিন” ধরনের কিছু নেই; শুধু দরকারি ট্রাফিকের অনুমতি
• নকশাটি আগে একটি lab বা virtual machine-এ (বা simulator-এ) পরীক্ষা করেছি, তারপর আসল অফিসে