https://img-en.fs.com/community/uploads/post/202001/07/23-design-leaf-spine-architecture-10.jpg

Что такое Leaf-Spine архитектура и как ее проектировать

108
https://img-en.fs.com/community/uploads/author/202003/25/1-15-0.jpg

John

Опубликовано 23 май 2017 г.
2020-12-03 00:25:37
658

В течение многих лет центры обработки данных строились в трехуровневой архитектуре. Но с консолидацией центров обработки данных, виртуализацией, гиперконвергентными системами, новая сетевая архитектура leaf-spine постепенно становится основной в современном развертывании сетей центров обработки данных, что преодолевает некоторые ограничения традиционной трехуровневой архитектуры для коммутаторов ЦОД. Тогда как много вы знаете об архитектуре leaf-spine? Как построить leaf-spine архитектуру? Мы объясним, что такое архитектура leaf-spine и как проектировать архитектуру leaf-spine.

Что такое архитектура Spine-leaf?

Архитектура сети Leaf-Spine догоняет крупные сети центров обработки данных/облачные вычисления благодаря своей масштабируемости, надежности и лучшей производительности. Как показано ниже, конструкция leaf-spine состоит только из двух уровня: leaf уровень и spine уровень. Spine уровень состоит из коммутаторов, которые выполняют маршрутизацию, работая в качестве магистрали сети. Leaf уровень включает в себя коммутатор доступа, который подключается к конечным точкам, таким как серверы, устройства хранения. В архитектуре leaf-spine каждый leaf коммутатор связан с каждым коммутатором spine. При таком дизайне любой сервер может связываться с любым другим сервером, имеющим не более одного пути межсоединения между любыми двумя leaf коммутаторами.

leaf-spine-топология-сети.png

Рисунок 1: Leaf-Spine архитектура

Однако традиционная трехуровневая архитектура состоит из трех уровней, включая ядро при развертывании, агрегацию/распределение и уровень доступа. Эти устройства связаны избыточными путями, чтобы они могли образовывать петли в сети. Архитектурная модель обычно предназначена для традиционного трафика север-юг, поэтому, если через эту традиционную архитектуру проходит большой объем трафика восток-запад, устройства, подключенные к одному и тому же порту коммутатора, могут конкурировать за пропускную способность, что приводит к снижению качества конечных пользователей. Время отклика. Таким образом, эта трехуровневая архитектура не подходит для современных виртуальных центров обработки данных, где серверы вычислений и хранения могут быть расположены в любом месте на объекте.

Традиционная-Three-tier- архитектура.png

Рисунок 2: Традиционная трехуровневая архитектура.

Преимущества Leaf-Spine архитектуры

Преимуществами модели leaf-spine являются увеличенная латентности, уменьшенные узкие места и расширенная пропускная способность. Во-первых, leaf-spine использует все взаимосвязи. Каждый leaf соединяется со всеми шипами без каких-либо взаимосвязей между самими шипами и листами, что создает большую неблокирующую ткань. Находясь в трехуровневой сети, одному серверу может потребоваться пройти по иерархическому пути через два коммутатора агрегации и один базовый коммутатор для связи с другим коммутатором, что увеличивает задержку и создает узкие места в трафике. Еще одним преимуществом является простота добавления дополнительного оборудования и емкости. Архитектуры leaf-spine могут быть как уровня 2, так и уровня 3, таким образом, можно добавить дополнительный переключатель позвоночника, и восходящие линии могут быть расширены для каждого конечного коммутатора, расширяя полосу пропускания между уровнями и уменьшая переподписку.

Как проектировать архитектуру Spine-leaf?

Прежде чем разрабатывать архитектуру leaf-spine, вам необходимо выяснить некоторые важные связанные с этим факторы. В этом аспекте следует учитывать соотношение переподписки, масштаб листа и позвоночника, восходящие связи от листа к позвоночнику, построение на уровне 2 или уровне 3.

Коэффициенты переподписки — переподписка представляет собой коэффициент конкуренции, когда все устройства отправляют трафик одновременно. Его можно измерить в направлении север/юг (трафик, входящий/выходящий из центра обработки данных), а также в направлении восток/запад (трафик между устройствами в центре обработки данных). Современные проекты сетей имеют коэффициент превышения подписки 3: 1 или менее, который измеряется как отношение портов нисходящей линии связи (к серверам/хранилищу) к портам восходящей линии связи (к коммутаторам Spine). На рисунке ниже показано, как измерить коэффициент переподписки для уровней leaf и spine.

Коэффициент-переподписки.jpg

Рисунок 3: Коэффициент переподписки.

Масштаб Leaf и Spine — поскольку конечные точки в сетевом соединении только с leaf коммутаторами, количество leaf коммутаторов в сети зависит от номера интерфейса, необходимого для подключения всех конечных точек, включая многосетевые конечные точки. Поскольку каждый конечный коммутатор подключается ко всем шипам, плотность портов на коммутаторе шип определяет максимальное количество leaf коммутаторов в топологии. А количество коммутаторов Spine в сети определяется комбинацией пропускной способности, требуемой между leaf коммутаторами, количеством избыточных/ECMP (равноправных многолучевых) путей между конечными устройствами и плотностью портов в коммутаторах Spine.

10G/40G/100G восходящие линии от Leaf до Spine - Для сети leaf-spine, восходящие линии от листа к позвоночнику обычно имеют 10G или 40G и могут со временем мигрировать из начальной точки 10G (N x 10G), чтобы стать 40G (N x 40G). В идеальном случае восходящие каналы всегда работают с большей скоростью, чем нисходящие линии, чтобы гарантировать отсутствие блокировки из-за микровзрывов одного хоста, разрывающегося на скорости линии.

Уровень 2 или Уровень 3 - Двухуровневые сети leaf-spine могут быть построены либо на уровне 2 (везде VLAN), либо на уровне 3 (подсети). Проекты уровня 2 обеспечивают наибольшую гибкость, позволяя виртуальным локальным сетям охватывать всюду, а MAC-адреса - мигрировать куда угодно. Конструкции уровня 3 обеспечивают самое быстрое время сходимости и самый большой масштаб с разветвлением с ECMP, поддерживающим до 32 или более активных spine коммутаторов.

Создание архитектура Leaf-Spine с FS коммутаторами

Здесь мы берем в качестве примера FS leaf-spine коммутаторов, чтобы показать, как построить архитектуру leaf-spine. Учитывая, что мы хотим построить фабрику ЦОД с основной целью не менее 960 серверов 10G с переподпиской 3: 1. В этом случае мы будем использовать FS S8050-20Q4C в качестве leaf коммутатора и S5850-48S6Q в качестве spine коммутатора. S8050-20Q4C - это высокопроизводительный Ethernet коммутатор 40G/100G L2/L3 с выделенными функциями видимости сети, а S5850-48S6Q - 10G/40G Ethernet коммутатор L2/L3.

FS-Leaf-Spine-Коммутаторы.jpg

Рисунок 4: FS Leaf-Spine Коммутаторы.

Эти два типа коммутаторов используются для построения архитектуры spine-leaf сети 40G. Соединение между spine коммутатором и leaf коммутатором составляет 40G, тогда как соединение между leaf коммутатором и сервером обычно составляет 10G. Поэтому вы можете использовать порт 40G QSFP + коммутатора S5850-48S6Q для подключения к магистральному коммутатору S8050-20Q4C. Рекомендуется использовать порт 10G SFP + S5850-48S6Q для соединения сервера и маршрутизатора. Каждый leaf коммутатор подключен к каждому spine. Таким образом, через приведенные выше формулы у нас может быть 4 spine коммутатора и 20 leaf коммутаторов. Таким образом, при построении такой leaf-spine архитектуры, максимальное количество серверов 10G составляет 960 при переподписке 3: 1.

FS-Leaf-Spine-архитектура.jpg

Рисунок 5: FS Leaf-Spine архитектура.

Рекомендация по коммутатору Leaf-Spine

FS коммутаторы Ethernet серии S5850 очень подходят для использования в качестве leaf коммутаторов. Эти коммутаторы поставляются с полным системным программным обеспечением и приложениями, что позволяет быстро развертывать сервисы и управлять ими в традиционных и полностью виртуализированных центрах обработки данных.

FS P/N S5850-32S2Q S5850-48T4Q S5850-48S6Q
Порты 32x 10GbE SFP+ and 2x 40GbE QSFP+ 48x 10GBase-T and 4x 40GbE 48x 10GbE SFP+ and 6x 40GbE QSFP+
Пропускная способность 595.24Mpps 952.32Mpps 1071.43Mpps
Коммутационная способность 800 Гбит/с 1.28 Тбит/с 1.44 Тбит/с
Латентность 612ns 612ns 612ns
Макс.потребляемая мощность 120Вт/150Вт 350Вт 150Вт/190Вт

Для spine коммутаторов мы рекомендуем FS серию N8500. Они построены с использованием расширенных наборов функций, в том числе MLAG, VXLAN, SFLOW, BGP и OSPF и т. д. Благодаря поддержке уровней 2, 3 и overlay архитектур, серии N5800 являются идеальным выбором для коммутаторов для ядра в ЦОД.

FS P/N N8500-48B6C N8000-32Q N8500-32C
Порты 48x SFP28 and 6x QSFP28 32x QSFP+ 32x QSFP28
Коммутационная способность 3.6Tbpsfull-duplex 2.56Tbpsfull-duplex 6.4Tbpsfull-duplex
Производительность пересылки 4.7Bpps 1.44Bpps 4.7Bpps
Латентность 500ns 480ns 500ns
Макс.потребляемая мощность 550Вт 300Вт 550Вт

Вывод

Важно понимать двухуровневую архитектуру leaf-spine, поскольку она предлагает уникальные преимущества по сравнению с традиционной трехуровневой архитектурой. Развертывание архитектуры leaf-spine сети и покупка высокопроизводительных коммутаторов для ЦОД являются обязательными для менеджеров дата-центра, поскольку топология сети leaf-spine позволяет дата-центрам процветать, одновременно выполняя все потребности бизнеса.