Qu’est-ce que l’architecture Spine-Leaf et comment fonctionne-t-elle ?

Ces dernières années, avec la prolifération rapide des serveurs et avec une couche de commutation de centre de données composée de plusieurs niveaux, l'architecture Spine-Leaf commence à s'imposer face à l'architecture à trois niveaux existante en tant qu'architecture de référence, grâce à ses avantages en matière de mise à l'échelle horizontale et de disponibilité. Vous voulez en savoir plus sur l'architecture spine-leaf ? Alors, comment en construire une ? Plongez dans notre guide, où nous démystifions le concept d'architecture spine-leaf et fournissons des informations sur sa conception et sa mise en œuvre.

Qu’est-ce que l’architecture spine-leaf ?

L’architecture spine-leaf comprend seulement deux couches de commutateurs : les commutateurs spine et leaf. La couche spine, servant de cœur de réseau, assure les fonctions de routage. La couche leaf, quant à elle, comprend des commutateurs d’accès reliant les serveurs, les unités de stockage, et les utilisateurs finaux. Cette topologie réduit le nombre de sauts et réduit la latence réseau dans les réseaux de centres de données.

Dans l’architecture spine-leaf, chaque commutateur leaf se connecte à chaque commutateur spine. Cette conception garantit que n’importe quel serveur peut communiquer avec n’importe quel autre serveur et qu’entre deux commutateurs leaf, il n’existe pas plus d’un chemin de commutateur interconnecté.

Pourquoi avez-vous besoin d’une architecture spine-leaf ?

L’architecture spine-leaf, désormais largement adoptée dans les centres de données, apporte de nombreux avantages, notamment l’évolutivité et des performances réseau améliorées. Trois avantages de l’architecture spine-leaf sont présentés ci-dessous.

Redondance accrue

L’architecture spine-leaf établit une connexion robuste entre les serveurs et le réseau central, offrant une plus grande flexibilité dans les centres de données hyperscale. En déployant le commutateur leaf comme pont entre les serveurs et le réseau central, chaque commutateur leaf se connecte à tous les commutateurs spine, formant une vaste structure non bloquante. Cette configuration renforce considérablement la redondance, en minimisant les goulots d’étranglement du trafic.

Amélioration des performances

L’architecture spine-leaf atténue efficacement la congestion du trafic grâce à l’adoption de protocoles et de méthodologies tels que TRILL et SPB. Avec la flexibilité nécessaire pour fonctionner à l’un ou l’autre Couche 2 ou couche 3, l'architecture spine-leaf permet l'ajout de liaisons montantes au commutateur spine. Cette expansion de la bande passante inter-couches réduit la sursouscription, assurant la stabilité du réseau.

Évolutivité

L’architecture spine-leaf intègre plusieurs liaisons capables de gérer un trafic accru. L’ajout de commutateurs à l’architecture améliore non seulement l’évolutivité, mais facilite également l’expansion des entreprises. Cette caractéristique d’évolutivité permet aux entreprises d’étendre leurs activités de manière fluide à l’avenir.

Architecture spine-leaf vs architecture traditionnelle : trois niveaux 

La principale différence entre l’architecture spine-leaf et l’architecture à 3 niveaux réside dans le nombre de couches réseau et l’orientation du flux de trafic—qu’il soit nord-sud ou est-ouest.

Dans l’architecture réseau conventionnelle à trois niveaux, illustrée ci-dessous, trois couches—cœur, agrégation et accès—sont présentes. Les commutateurs d’accès se connectent aux serveurs et aux dispositifs de stockage ; la couche d’agrégation consolide le trafic de la couche d’accès et offre des connexions redondantes, tandis que la couche cœur gère la transmission réseau. Cependant, cette structure à trois couches est principalement conçue pour le trafic nord-sud et repose sur le protocole Spanning Tree Protocol (STP), prenant en charge un maximum de 100 commutateurs. Cette conception peut potentiellement entraîner un blocage des ports et une évolutivité limitée en raison de l’explosion des données réseau.

Alors que l’architecture spine-leaf permet le parallélisme du trafic est-ouest en complément de l’architecture réseau nord-sud du backbone afin d’éliminer le problème de goulot d’étranglement rencontré dans l’approche traditionnelle de réseau à trois niveaux. Elle renforce la couche d’échange sous la couche d’accès, permettant la transmission directe des données entre deux nœuds à ce niveau, contournant ainsi le problème de goulot d’étranglement dans la transmission du réseau backbone. Contrairement à la configuration traditionnelle à trois niveaux, l’architecture spine-leaf établit une connexion via le spine avec un seul saut entre les leaves, réduisant ainsi la latence et les goulots d’étranglement. Il est important de noter que, dans les architectures spine-leaf, la configuration des commutateurs reste fixe, ce qui élimine la nécessité de modifier le réseau dans les environnements de serveurs dynamiques.

Comment concevoir une architecture Spine-Leaf ?

Lors de la conception d’une architecture spine-leaf, vous devez vous assurer que les considérations critiques ont été prises en compte et deux des considérations les plus urgentes sont le taux de surabonnement et la taille du commutateur spine . Un exemple détaillé est également inclus ci-dessous pour référence.

Taux de surabonnement

Le taux de surabonnement indique le taux de contention lorsque tous les appareils transmettent du trafic simultanément. Cette métrique est évaluée dans les directions nord/sud (trafic d’entrée/sortie du centre de données) et est/ouest (trafic entre appareils au sein du centre de données). Pour les architectures réseau contemporaines, le ratio de surabonnement idéal est de 3:1 ou moins. Ce ratio, exprimé comme la bande passante montante (vers les commutateurs de cœur de réseau) par rapport à la capacité descendante (vers les serveurs/le stockage), garantit des performances optimales. Par exemple, si un commutateur leaf dispose de ports 48 x 10G (totalisant 480Gb/s) et de ports de liaison montante 4 x 40G connectés à un commutateur spine 40G (avec une capacité de liaison montante de 160Gb/s), le ratio est de 3:1. Il est crucial de s’assurer que les débits des liaisons montantes dépassent constamment les débits descendants afin d’éviter le blocage des liaisons de port.

Dimensionnement Leaf et Spine

Dans une topologie, le nombre de commutateurs spine dépend de la densité de ports du commutateur de backbone. Parallèlement, le nombre de commutateurs spine est déterminé par des facteurs tels que le débit requis entre les commutateurs leaf, le nombre de chemins redondants/ECMP (équilibrage multipath à coût égal) et leurs densités de ports respectives. Par conséquent, il est essentiel d’examiner minutieusement le nombre de commutateurs spine-leaf et leur densité de ports afin d’éviter d’éventuels problèmes réseau.

Conception de couche 2 ou de couche 3

Une conception de fabric spine-leaf à deux niveaux peut être mise en œuvre soit en couche 2 (impliquant la configuration de VLAN), soit en couche 3 (utilisant le sous-réseautage). Ces techniques de couche 2 mettent l'accent sur une flexibilité maximale : les VLAN peuvent être étendus sur plusieurs segments, et les adresses MAC peuvent être migrées facilement. En même temps, les conceptions de couche 3 tendent à favoriser des temps de convergence très rapides et une évolutivité bien plus importante, notamment la prise en charge de l'ECMP en éventail pour jusqu'à 32 commutateurs spine actifs ou plus.

Par conséquent, en tenant compte de ces facteurs, nous pouvons construire une architecture spine-leaf qui non seulement offrira des performances remarquables, sera évolutive, et répondra aux exigences particulières d’un réseau de centre de données, mais sera aussi bonne en pratique !

Construire une architecture spine-leaf avec des commutateurs spine-leaf

Après avoir compris ces principes et connaissances, nous construirons une architecture de commutateurs spine-leaf. Cette nouvelle architecture spine-leaf vise à créer une nouvelle structure de réseau de serveurs à haute densité. Nous présentons ici un exemple pratique.

Pour le commutateur spine, nous optons pour le S7600-32C, équipé de ports 100G, tandis que le commutateur leaf est représenté par le S7600-48Y8C, avec des ports 100G/25G. Cette configuration garantit une bande passante montante de 100G et une bande passante descendante de 25G. Tout au long de la transmission sur l’ensemble du lien, les commutateurs prennent en charge simultanément MLAG, VXLAN ou EVPN-VXLAN, ainsi que diverses technologies virtuelles associées, garantissant une fiabilité structurelle robuste.

Conclusion : comment choisir les bons commutateurs Spine-leaf ?

Comprenez les capacités de performance des commutateurs spine et leaf pour des aspects tels que la densité de ports, la technologie de virtualisation, la redondance matérielle , etc. Ensuite, personnalisez le choix du commutateur en fonction des besoins exacts du déploiement afin de compléter l’architecture réseau. Nous ne pouvons pas ignorer QSFPTEK Commutateurs de la série S7600 qui prennent en charge un système logiciel de virtualisation complet. L’utilisation de ces commutateurs permet d’accroître les performances du réseau et d’accélérer le déploiement afin d’atteindre vos objectifs réseau.