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リーフスパインアーキテクチャの定義および設計方法について

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John

翻訳者 ともや
2017年5月22日 に投稿された
2020-08-12 17:54:16
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長年にわたり、データセンターは3層アーキテクチャで構築されています。ただし、データセンターの統合、仮想化、ハイパーコンバージドシステムの登場により、新しいネットワーキングアーキテクチャであるリーフスパインは、今日のデータセンターネットワーク展開の主流になりつつあります。これは、データセンタースイッチにおける従来の3層アーキテクチャのいくつかの制限を克服しています。しかし、リーフスパインアーキテクチャについてどのくらい知っていますか? リーフスパインアーキテクチャの構築方法は何ですか?では、この記事で詳しくご説明いたします。

リーフスパインアーキテクチャとは何ですか?

リーフスパインネットワークアーキテクチャは、そのスケーラビリティ、信頼性、およびパフォーマンスの向上により、大規模なデータセンター/クラウドネットワークに追いついています。以下に示すように、リーフスパインデザインは、リーフレイヤーとスパインレイヤーの2つのレイヤーのみで構成されています。スパインレイヤーは、ルーティングを実行するスイッチで構成され、ネットワークのバックボーンとして機能します。リーフレイヤーには、サーバー、ストレージデバイスなどのエンドポイントに接続する アクセススイッチが含まれます。リーフスパインアーキテクチャでは、すべてのリーフスイッチが各 スパインスイッチと相互接続されます。この設計では、どのサーバーも、2つのリーフスイッチ間の相互接続スイッチパスを1つだけ使用して、他のサーバーと通信できます。

leaf-spine-network-topology.png

図1:リーフスパインアーキテクチャ

ところで、従来の3層アーキテクチャーは、デプロイメントのコア、集約/分散、アクセス層を含む3つの層で構成されています。これらのデバイスは冗長経路によって相互接続されているため、ネットワーク内でループを形成できます。このアーキテクチャモデルは従来の南北トラフィック用に設計されているため、従来のアーキテクチャを介して大量の東西トラフィックを実行すると、同じスイッチポートに接続されたデバイスが帯域幅を奪い合い、エンドユーザーの応答時間が遅くなる可能性があります。したがって、この3層アーキテクチャは、コンピューティングサーバーとストレージサーバーが施設内のどこにでも配置される可能性がある最新の仮想データセンターには適していません。

Traditional-Three-tier-Architecture.png

2:従来の3層アーキテクチャ

リーフスパインアーキテクチャの利点は何ですか?

リーフスパインモデルの利点は、応答時間を改善し、ボトルネックをを減らし、帯域幅を拡張することです。まず、リーフスパインはすべての相互接続リンクを使用します。各リーフはすべてのスパインに接続し、スパイン自体もリーフも相互接続しないため、大きなノンブロッキングファブリックが作成されます。3層ネットワークでは、1つのサーバーが別のスイッチと通信するために2つの集約スイッチと1つのコアスイッチを介して階層パスを通過する必要があります。これにより、遅延を増加させ、流量のボトルネックを引き起こします。もう一つの利点は、ハードウェアと容量を簡単に追加できることです。リーフスパインアーキテクチャは、レイヤー2またはレイヤー3のいずれかにすることができるため、付属のスパインスイッチを追加でき、アップリンクをすべてのリーフスイッチに拡張して、層間の帯域幅を拡大し、オーバーサブスクリプションを減らすことができます。

リーフスパインアーキテクチャの設計方法は何ですか?

リーフスパインアーキテクチャを設計する前に、下記のようにオーバーサブスクリプション比、リーフとスパインのスケール、リーフからスパインへのアップリンク、レイヤー2またはレイヤー3での構築 などの重要な関連要因を考慮する必要があります。

オーバーサブスクリプション比—オーバーサブスクリプションは、すべてのデバイスが同時にトラフィックを送信する場合の競合の比率です。北/南方向(データセンターに出入りするトラフィック)および東/西(データセンター内のデバイス間のトラフィック)で測定できます。現在の最新のネットワーク設計のオーバーサブスクリプション比は3:1または3:1以下であり、これはダウンリンクポート(サーバー/ストレージ)とアップリンクポート(スパインスイッチ)の比率として測定されます。次の図は、リーフレイヤとスパインレイヤのオーバーサブスクリプション比を測定する方法を示しています。

oversubscription-ratio.jpg

図3:オーバーサブスクリプション比

リーフとスパインのスケール—ネットワーク内のエンドポイントはリーフスイッチにのみ接続されているため、ネットワーク内のリーフスイッチの数は、マルチホームエンドポイントを含むすべてのエンドポイントを接続するために必要なインターフェイス番号によって異なります。各リーフスイッチはすべてのスパインに接続されているため、スパインスイッチのポート密度によって、トポロジ内のリーフスイッチの最大数が決まります。また、ネットワーク内のスパインスイッチの数は、リーフスイッチ間に必要なスループット、リーフ間の冗長/ECMP(等コストマルチパス)パスの数、およびスパインスイッチのポート密度の組み合わせによって決まります。

通常、リーフからスパインへの10G/40G/100Gアップリンク— リーフスパインネットワークの場合、リーフからスパインへのアップリンクは10Gまたは40Gになります。そして、時間の経過とともに10G(Nx10G)の開始点から40G(Nx40G)に移行できます。理想的なシナリオでは、アップリンクが常にダウンリンクよりも高速で動作させるようにして、回線速度でのホストのマイクロバーストによる閉塞がないことを確保することができます。

レイヤー2またはレイヤー3 —2層のリーフスパインネットワークは、レイヤー2(どこでもVLAN)またはレイヤー3(サブネット)で構築できます。レイヤー2の設計はVLANをどこにでも広げることができ、MACアドレスはどこにでも移行できる最大限の柔軟性を提供します。レイヤー3の設計は、最速のコンバージェンス時間と最大32のアクティブスパインスイッチをサポートするECMPのファンアウトを備えた最大のスケールを提供します。

FSスイッチでリーフスパインアーキテクチャを構築します。

ここでは、弊社のリーフスパインスイッチの例をとして、構築方法を示します。仮に、3:1のオーバーサブスクリプションを備えた960台以上の10Gサーバーを主な目標とするデータセンターファブリックを構築するとします。この場合、FS S8050-20Q4Cをスパインスイッチとして、S5850-48S6Qをリーフスイッチとして使用されます。その中に、S8050-20Q4Cは、優れたネットワーク可視性を備えた高性能L2/L3 40G/100Gイーサネットスイッチであり、S5850-48S6QはL2/L3 10G/40Gイーサネットスイッチです。

FS-Leaf-Spine-Switches.jpg

図4:FSリーフスパインスイッチ

そして、2種類のスイッチを使用して40Gスパインリーフネットワークアーキテクチャを構築する場合、スパインスイッチとリーフスイッチ間の接続は40Gですが、リーフスイッチとサーバー間の接続は通常10Gです。したがって、S5850-48S6Qスイッチの40G QSFP+ポートを使用して、スパインスイッチS8050-20Q4Cに接続できます。サーバーとルーターの接続には、S5850-48S6Qの10G SFP+ポートを使用することをお勧めします。そうすると、各リーフスイッチは各スパインに接続されていて、合わせて4つのスパインスイッチと20のリーフスイッチを使用されています。上記により、このようなリーフアーキテクチャを構築する際に、3:1のオーバーサブスクリプションの場合、10Gサーバーの最大数は960になります。

FS-Leaf-Spine-Architecture.jpg

図5:FSリーフスパインアーキテクチャ

リーフスパインスイッチを推奨します。

FS S5850シリーズイーサネットスイッチは、リーフスイッチとして使用するのに最適です。これらのスイッチには完全なシステムソフトウェアとアプリケーションが付属しており、従来のデータセンターと完全に仮想化されたデータセンターの両方で迅速なサービスの展開と管理を容易にします。

FS P/N S5850-32S2Q S5850-48T4Q S5850-48S6Q
ポート 32x 10GbE SFP+ & 2x 40GbE QSFP+ 48x 10GBase-T & 4x 40GbE 48x 10GbE SFP+ & 6x 40GbE QSFP+
スループット 595.24Mpps 952.32Mpps 1071.43Mpps
スイッチ容量 800Gbps 1.28Tbps 1.44Tbps
待ち時間 612ns 612ns 612ns
最大消費電力 120W/150W 350W 150W/190W

スパインスイッチについては、ここではFS N8500シリーズをお勧めします。MLAG、VXLAN、SFLOW、BGP、OSPFなどの高度な機能セットを使用して構築されています。N5800シリーズは、レイヤー2、レイヤー3、オーバーレイアーキテクチャをサポートしているため、データセンターコアスイッチに最適な選択肢です。

FS P/N N8500-48B6C N8000-32Q N8500-32C
ポート 48x SFP28 & 6x QSFP28 32x QSFP+ 32x QSFP28
スイッチ容量 3.6Tbps全二重 2.56Tbps全二重 6.4Tbps全二重
転送パフォーマンス 4.7Bpps 1.44Bpps 4.7Bpps
待ち時間 500ns 480ns 500ns
最大消費電力 550W 300W 550W

結論

要約するに、2層リーフバックボーンアーキテクチャは従来の3層アーキテクチャモデルに比べて独特の利点があるだからこど、詳しく把握するには非常に重要ではないでしょうか。 そして、データセンター管理者にとって、リーフスパインネットワークトポロジはすべてのビジネスニーズを満たしながらデータセンターが繁栄できるため、リーフスパインネットワークアーキテクチャの展開と高性能データセンタースイッチの購入は不可欠です。

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