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Verwendung von 10GbE Leaf-Switches zum Aufbau einer Rechenzentrumsarchitektur

Margaret

Übersetzer*in Felix
3. September 2021

So wie sich die Geschäftsanforderungen weiterentwickelt haben, so hat sich auch die Netzwerkarchitektur im Rechenzentrum verändert. Da sich die Anzahl der Server vervielfacht und die Switching-Ebenen in den Rechenzentren erweitert werden, entwickelt sich die Leaf-Switch- oder Leaf-Spine-Architektur zu einem aufstrebenden Stern, der die traditionellen dreistufigen Architekturen nach und nach ersetzt. FS 10GbE Leaf Switches für Rechenzentren basieren auf einer Netzwerkstruktur, die bewährte Protokolle mit neuen Innovationen kombiniert, um eine äußerst flexible, skalierbare und widerstandsfähige Architektur zu schaffen. In diesem Beitrag erfahren Sie, warum eine Leaf-Spine-Architektur sinnvoll ist und wie Sie diese mit FS 10GbE Leaf Switches für Rechenzentren aufbauen können.

Was ist ein Leaf-Switch und eine Leaf-Spine-Architektur?

In Hyper-Scale-Rechenzentren gibt es möglicherweise Hunderte oder Tausende von Servern, die an ein Netzwerk angeschlossen sind. In diesem Fall kann der Leaf-Switch als Brücke zwischen dem Server und dem Core-Netzwerk eingesetzt werden. Wo es einen Leaf-Switch gibt, gibt es auch ein Spine. Leaf-Switches arbeiten in Rechenzentren mit Spine-Switches zusammen, um den Datenverkehr von Serverknoten zu bündeln und dann mit dem Kern des Netzwerks zu verbinden. Dies ist die so genannte „Leaf-Spine“-Architektur, bei der zwischen den Servern und dem Core-Switch nur zwei Switch-Ebenen liegen. Die „Leaf-Spine“-Architektur hilft, Netzwerkengpässe zu vermeiden, verbessert die Latenzzeiten und reduziert die Bereitstellungs- und Wartungskosten. Daher ist sie zu einer beliebten Architektur für Rechenzentren geworden, die vor allem dann entwickelt wurde, wenn Rechenzentren mit mehr Switching-Ebenen größer werden.

Traditionelle dreistufige Architektur vs. Leaf-Spine-Architektur

Bei jeder Rechenzentrumsanwendung hängt die Gesamtleistung des Netzwerks in hohem Maße von dem verwendeten Designansatz ab. Die traditionelle Three-Tier- und die Leaf-Spine-Architektur sind zwei klassische Ansätze für die Entwicklung von Rechenzentrumsnetzwerken für Nord-Süd- bzw. Ost-West-Verkehrsströme. Worin besteht also der Unterschied zwischen diesen beiden Ansätzen und welcher ist besser für Sie? Wie in der Abbildung unten dargestellt, besteht die traditionelle dreistufige Netzwerkarchitektur aus drei Schichten: Core, Aggregation und Access. Diese dreischichtige Topologie ist in der Regel für den Nord-Süd-Verkehr ausgelegt. Wenn massiver Ost-West-Verkehr über die herkömmliche dreistufige Architektur übertragen wird, können Geräte, die an dieselbe Access-Layer angeschlossen sind, um die Bandbreite konkurrieren, was zu einer Überlastung des Uplinks zwischen Access-Layer und Aggregation-Layer führt.

Three-Tier Architecture

Abbildung 1: Traditionelle dreischichtige Architektur

Wie lässt sich dann der Engpass der herkömmlichen dreischichtigen Netzarchitektur grundlegend lösen? Eine praktikable Lösung ist die Verwendung der Leaf-Spine-Topologie, bei der der Ost-West-Verkehr parallel zur Backbone-Nord-Süd-Netzarchitektur geführt wird. Dadurch wird die Austauschschicht unterhalb der Access-Layer vergrößert, und die Datenübertragung zwischen zwei Knoten wird direkt auf dieser Schicht abgeschlossen, wodurch die Übertragung im Backbone-Netz umgeleitet wird. Im Vergleich zur herkömmlichen dreistufigen Architektur bietet die Leaf-Spine-Architektur eine Verbindung über das Rückgrat mit einem einzigen Hop zwischen den Blättern, wodurch Latenzzeiten und Engpässe minimiert werden. In Leaf-Spine-Architekturen ist die Switch-Konfiguration feststehend, so dass keine Netzwerkänderungen für eine dynamische Serverumgebung erforderlich sind. Die folgende Abbildung zeigt eine typische Leaf-Spine-Architektur mit nur zwei Schichten: Spine und Leaf.

Leaf-Spine Architecture

Abbildung 2: Leaf-Spine-Architektur

Verwendung des FS 10GbE Leaf-Switch zum Aufbau einer Leaf-Spine-Architektur im Rechenzentrum

Die Leaf-Spine-Architektur bietet ein schleifenfreies Netz zwischen dem Spine und den Leaf-Switches. Dies kann entweder durch Layer-2- oder Layer-3-Designs erreicht werden. Hier zeigen wir am Beispiel des FS.COM S5850-32S2Q L2/L3 10GbE Leaf-Switch für Rechenzentren und des S8050-20Q4C 40GbE Spine/Aggregation-Switch, wie eine Leaf-Spine-Architektur für Rechenzentren aufgebaut werden kann. FS S8050-20Q4C ist ein hochleistungsfähiger 40G/100G-Ethernet-Switch für Spine/Aggregation-Layer-Switches in Rechenzentren. Er verfügt über 20 Ports 40GbE QSFP+ und 4 Ports 100GbE QSFP28 in einem kompakten 1RU-Formfaktor und unterstützt L2/L3/Data Center/Metro-Anwendungen. FS S5850-32S2Q ist ein 10-Gb-Switch mit 32 Ports 10GE SFP+ und 2 Ports 40GbE QSFP+ in einem kompakten 1RU-Formfaktor. Mit L2/L3-Funktionen mit geringer Latenz kann er als Leaf-Switch eingesetzt werden, um die Anforderungen der nächsten Generation von Metro-, Rechenzentrums- und Unternehmensnetzwerken zu erfüllen.

Angenommen, wir müssen eine Fabric für ein Rechenzentrum aufbauen, mit dem primären Ziel, mindestens 480 10G-Server in der Fabric zu haben. In diesem Fall können wir FS.COM S8050-20Q4C als Spine-Switch und S5850-32S2Q als Leaf-Switch verwenden. Jeder Leaf-Switch ist mit jedem Spine verbunden. In der folgenden Leaf-Spine-Netzwerkarchitektur sind die Verbindungen zwischen Spine-Switches (FS S8050-20Q4C) und Leaf-Switches (FS S5850-32S2Q) 40G, während die Verbindungen zwischen den Leaf-Switches und Servern 10G betragen. Für die meisten Protokolle, einschließlich VRRP, GLBP, RRPP und MLAG, reichen zwei Leaf-Switches aus, um die Zuverlässigkeit der Fabric zu gewährleisten. Die Anzahl der Ports an jedem Spine-Switch bestimmt die Anzahl der möglichen Leaf-Switches (hier 20 Leaf-Switches). Da das Verhältnis der angemessenen Bandbreite zwischen Leaf- und Spine-Switch jedoch 3:1 nicht überschreiten darf, können an jeden Leaf-Switch hier maximal 24 10G-Server angeschlossen werden. Die Gesamtbandbreite, die wir hier erhalten können, beträgt 480x10G.

Build Data Center Leaf-Spine Architecture

Abbildung 3: Verwendung von FS 10GbE Leaf-Switch zum Aufbau einer Leaf-Spine-Architektur

Häufig gestellte Fragen zum FS 10GbE Leaf-Switch für Rechenzentren

1. Unterstützt der FS 10GbE Leaf-Switch für Rechenzentren ONIE und Open Flow? Kann er mit einem anderen NOS betrieben werden?

Das Portfolio der FS 10GbE Leaf-Switches für Rechenzentren umfasst S5850-32S2Q, S5850-48S6Q und N5850-48S6Q. Der S5850-32S2Q und der S5850-48S6Q unterstützen ONIE und Open Flow nicht, können aber mit einem anderen NOS betrieben werden. Für ONIE und Open Flow empfehlen wir den Switch FS N5850-48S6Q mit ONIE-Loader für Netzwerkbetriebssysteme von Drittanbietern und Kompatibilität mit Software Defined Networks über Open Flow 1.3.11.

2. Wird G.8032 oder Ethernet Ring Protection Switching (ERPS) von den Rechenzentrums-Switches der FS S5850/N5850-Serie unterstützt?

FS S5850 Series Data Center Leaf Switches können G.8032 oder ERPS unterstützen, N5850 jedoch nicht. G.8032 und ERPS sind beides Technologien für den Schleifenschutz, die sich jedoch voneinander unterscheiden. ERPS kann nur innerhalb von 50 ms über die optische Schnittstelle geschaltet werden, während G.8032 mit CFM innerhalb von 50 ms über den elektrischen Port geschaltet werden kann. Beide können in Ringnetzen eingesetzt werden, und die Konvergenzzeit wird nicht durch die Anzahl der Netzknoten beeinflusst.

Zusammenfassung

Leaf-Switches und Leaf-Spine-Architekturen unterstützen die anspruchsvollsten und flexibelsten Rechenzentrumsumgebungen. Sie können die Effizienz von Rechenzentrumsnetzwerken verbessern und gleichzeitig Verbindungen mit niedriger Latenz und hoher Bandbreite bereitstellen. Bei den Switches der FS S5850/N5850-Serie handelt es sich um hochkompatible 10GbE-Switches für Rechenzentren, die mit Switches von Broadcom, Cisco, Juniper, Arista und anderen großen Herstellern zusammenarbeiten können. Durch den Einsatz von FS 10GbE Leaf-Switches für Rechenzentren können Sie die Netzwerkarchitektur des Rechenzentrums einfacher skalieren. Mit leicht anpassbaren Konfigurationen und Designs können diese Leaf-Switches die Verwaltung von Überbelegung und Skalierbarkeit im Rechenzentrum erheblich verbessern.

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