Cosa è l'architettura spine-leaf e come progettarla

Con la crescita esponenziale dei server e l'estensione del livello di commutazione del data center, l'architettura spine-leaf sta gradualmente sostituendo la tradizionale architettura a tre livelli come stella nascente. Quanto sei informato sull'architettura spine-leaf? Come si costruisce un'architettura spine-leaf? Lo spieghiamo in questo articolo.

Cosa è l'architettura spine-leaf?

L'architettura spine-leaf è composta da due strati di switch: switch spine e leaf. Il livello spine è costituito da switch che eseguono il routing e funzionano come nucleo della rete. Il livello leaf comprende gli switch di accesso che si collegano ai server, ai dispositivi di archiviazione e ad altri utenti finali. Questa struttura aiuta le reti di data center a ridurre il numero di hop e la latenza della rete.

Nell'architettura spine-leaf, ogni switch leaf è collegato a ogni switch spine. Con questo design, qualsiasi server può comunicare con qualsiasi altro server e non c'è più di un percorso interconnesso tra due switch leaf.

Perché utilizzare l'architettura spine-leaf?

L'architettura spine-leaf è diventata un'architettura di data center molto diffusa, offrendo molti vantaggi al data center, come la scalabilità, le prestazioni della rete, ecc. I vantaggi dell'architettura spine-leaf nelle reti moderne sono qui riassunti in tre punti.

Aumento della ridondanza: L'architettura spine-leaf collega i server con la rete principale e presenta una maggiore flessibilità nei data center hyper-scale. In questo caso, lo switch leaf può essere distribuito come ponte tra il server e la rete core. Ogni switch leaf si collega a tutti gli switch spine, creando così un grande tessuto non bloccante, aumentando il livello di ridondanza e riducendo i colli di bottiglia del traffico.

Miglioramento delle prestazioni: L'architettura spine-leaf può evitare efficacemente la congestione del traffico applicando protocolli o tecniche come l'interconnessione trasparente di collegamenti multipli (TRILL) e il bridging del percorso più breve (SPB). L'architettura spine-leaf può essere Layer 2 o Layer 3, quindi si possono aggiungere uplink allo switch spine per espandere la larghezza di banda inter-layer e ridurre l'oversubscription per garantire la stabilità della rete.

Scalabilità: L'architettura spine-leaf ha più collegamenti che possono trasportare il traffico. L'aggiunta di switch migliorerà la scalabilità e aiuterà le aziende ad espandere il proprio business in futuro.

Architettura spine-leaf vs architettura tradizionale a tre livelli

La differenza principale tra l'architettura spine-leaf e l'architettura a 3 livelli risiede nel numero di livelli di rete e il traffico che trasformano è un traffico nord-sud o est-ovest.

Come mostrato nella figura seguente, l'architettura di rete tradizionale a tre livelli è composta da tre livelli: core, aggregazione e accesso. Gli switch di accesso sono collegati ai server e ai dispositivi di archiviazione, il livello di aggregazione aggrega il traffico del livello di accesso, fornisce connessioni ridondanti al livello di accesso e il livello core fornisce la trasmissione della rete. Ma questa topologia a tre livelli è solitamente progettata per il traffico nord-sud e utilizza il protocollo STP, supportando fino a 100 switch. Nel caso di un'espansione continua dei dati di rete, questo comporta inevitabilmente un blocco delle porte e una scalabilità limitata.

L'architettura spine-leaf consiste nell'aggiungere il parallelismo del traffico est-ovest all'architettura di rete nord-sud della dorsale, risolvendo fondamentalmente il problema del collo di bottiglia della tradizionale architettura di rete a tre livelli. Aumenta il livello di scambio sotto il livello di accesso e la trasmissione dei dati tra due nodi viene completata direttamente a questo livello, deviando così la trasmissione della rete dorsale. Rispetto all'architettura tradizionale a tre livelli, l'architettura spine-leaf fornisce una connessione attraverso la spina dorsale con un solo salto tra le foglie, riducendo al minimo la latenza e i colli di bottiglia. Nelle architetture spine-leaf, la configurazione degli switch è fissa, per cui non sono necessarie modifiche alla rete per un ambiente server dinamico.

Come progettare un'architettura spine-leaf?

Prima di progettare un'architettura spine-leaf, è necessario fare alcune considerazioni importanti, in particolare per quanto riguarda il tasso di oversubscription e la dimensione dello switch spine. Di seguito illustriamo un esempio dettagliato come riferimento.

Considerazioni sull'archittetura spine-leaf

Tasso di oversubscription: Si tratta del tasso di contesa quando tutti i dispositivi inviano traffico contemporaneamente. Può essere misurato in direzione nord/sud (traffico in entrata/uscita dal data center) e in direzione est/ovest (traffico tra dispositivi all'interno del data center). Il rapporto di oversubscription più appropriato per le architetture di rete moderne è di 3:1 o meno, misurato e delineato come rapporto tra la larghezza di banda a monte (agli switch della dorsale) e la capacità a valle (ai server/all'archiviazione).

Ad esempio, uno switch leaf dispone di 48 porte 10G per un totale di 480Gb/s di capacità di porta. Se collega 4 porte uplink 40G da ogni switch leaf a uno switch spine 40G, avrà 160Gb/s di capacità uplink. Il rapporto è 480:160, o 3:1. Tuttavia, gli uplink dei data center sono tipicamente 40G o 100G e possono essere migrati nel tempo da un punto di partenza di 40G (Nx 40G) a 100G (Nx 100G). È importante notare che l'uplink deve sempre essere più veloce del downlink per non avere un blocco del collegamento delle porte.

Dimensioni leaf e spine: Il numero massimo di switch leaf nella topologia è determinato dalla densità di porte degli switch spine. Il numero di switch spine sarà determinato dalla combinazione del throughput richiesto tra gli switch leaf, dal numero di percorsi ridondanti/ECMP (equivalent multipath) e dalla loro densità di porte. Pertanto, il numero di switch spine-leaf e la densità di porte devono essere presi in considerazione per evitare problemi di rete.

Design Layer 2 o Layer 3: Un tessuto spine-leaf a due livelli può essere costruito sia a livello 2 (configurazione delle VLAN) che a livello 3 (subnetting). I progetti di livello 2 devono offrire la massima flessibilità, consentendo alle VLAN di spaziare ovunque e agli indirizzi MAC di migrare ovunque. I progetti di livello 3 devono garantire i tempi di convergenza più rapidi e la massima scalabilità con ECMP fan-out che supporta fino a 32 o più switch spine attivi.

Come distribuire gli switch spine-leaf per l'architettura spine-leaf?

Tenendo conto di questi punti, e data l'urgenza di costruire un data center, l'obiettivo principale è quello di avere almeno 480x10G server nell'architettura. Qui abbiamo fornito un esempio per aiutarti a completare rapidamente il progetto dell'architettura spine-leaf.

Utilizziamo l'NC8200-4TD, che offre porte 40G, come switch spine e l'N5850-48S6Q, che offre porte 40G/10G, come switch leaf. In questo modo, la larghezza di banda dell'uplink è 40G e la larghezza di banda del downlink è 10G. Tuttavia, poiché il rapporto ragionevole di larghezza di banda tra leaf e spine non può superare 3:1, ogni switch leaf può collegare fino a 24x10G server. La larghezza di banda totale che possiamo ottenere è di 480x10G. Nella trasmissione dell'intero collegamento, lo switch supporta PFC, MLAG, VXLAN, oppure EVPN-VXLAN e altre tecnologie virtuali correlate allo stesso tempo, il che è sufficiente per ottenere l'affidabilità strutturale.

Consigli sugli switch spine-leaf del data center

Innanzitutto, bisogna comprendere le caratteristiche prestazionali degli switch spine e leaf, come la densità delle porte, la tecnologia di virtualizzazione, l'hardware ridondante, ecc. Quindi selezionare gli switch appropriati in base alle tue esigenze di implementazione per completare l'architettura di rete. Gli switch per data center serie N FS sono dotati di un sistema software di virtualizzazione completo, per aiutarti a ottenere prestazioni di rete più elevate e una rapida implementazione.