Spine-Leaf 아키텍처란 무엇이며 어떻게 작동합니까?

최근 몇 년 동안 서버가 빠르게 확산되고 데이터 센터 스위칭 계층이 여러 티어로 구성되면서, Spine-Leaf 아키텍처는 수평 확장성과 가용성 측면의 이점으로 인해 기존 3티어 아키텍처를 제치고 선도적인 아키텍처로 자리 잡기 시작했습니다. spine-leaf 아키텍처에 대해 알고 싶으신가요? 그렇다면 어떻게 구축할까요? spine-leaf 아키텍처의 개념을 쉽게 설명하고 설계 및 구현에 대한 통찰을 제공하는 저희 가이드를 살펴보세요.

스파인-리프 아키텍처란 무엇인가요?

스파인-리프 아키텍처는 스파인 스위치와 리프 스위치라는 단 두 계층의 스위치로 구성됩니다. 네트워크 코어 역할을 하는 스파인 계층은 라우팅 기능을 수행합니다. 반면 리프 계층에는 서버, 스토리지 장치, 및 최종 사용자를 연결하는 액세스 스위치가 포함됩니다. 이 토폴로지는 데이터 센터 네트워크에서 홉 수를 줄이고 네트워크 지연 시간을 줄입니다.

스파인-리프 아키텍처에서 각 리프 스위치는 각 스파인 스위치에 연결됩니다. 이 설계는 모든 서버가 다른 모든 서버와 통신할 수 있도록 보장하며, 임의의 두 리프 스위치 사이에는 상호 연결된 스위치 경로가 하나 이하로 존재합니다.

왜 Spine-leaf 아키텍처가 필요한가요?

현재 데이터 센터에서 널리 채택되고 있는 스파인-리프 아키텍처는 확장성과 향상된 네트워크 성능을 포함해 많은 이점을 제공합니다. 스파인-리프 아키텍처의 세 가지 장점은 아래에 설명되어 있습니다.

향상된 이중화

스파인-리프 아키텍처는 서버와 코어 네트워크 간의 견고한 연결을 구축하여 하이퍼스케일 데이터 센터에서 더 큰 유연성을 제공합니다. 리프 스위치를 서버와 코어 네트워크 사이의 브리지로 배치하면 각 리프 스위치가 모든 스파인 스위치에 연결되어 대규모 논블로킹 패브릭을 형성합니다. 이 구성은 중복성을 크게 향상시켜 트래픽 병목 현상을 최소화합니다.

성능 향상

스파인-리프 아키텍처는 TRILL 및 SPB와 같은 프로토콜과 방법론을 채택하여 트래픽 혼잡을 효율적으로 완화합니다. 둘 중 하나에서 작동할 수 있는 유연성을 갖추고 Layer 2 또는 Layer 3에서 spine-leaf 아키텍처는 spine 스위치에 uplink를 추가할 수 있게 합니다. 이러한 계층 간 대역폭 확장은 오버서브스크립션을 줄여 네트워크 안정성을 보장합니다.

확장성

스파인-리프 아키텍처는 증가한 트래픽을 처리할 수 있는 여러 링크를 통합합니다. 아키텍처에 스위치를 추가하면 확장성이 향상될 뿐만 아니라 기업의 확장도 용이해집니다. 이러한 확장성 기능은 기업이 향후 운영을 원활하게 확장할 수 있도록 합니다.

스파인-리프 아키텍처 vs 기존 아키텍처: 3계층 

스파인-리프 아키텍처와 3계층 아키텍처의 핵심 차별점은 네트워크 계층 수와 트래픽 흐름의 방향—즉 남북 방향인지 동서 방향인지에 있습니다.

아래에 설명된 기존 3계층 네트워크 아키텍처에는 코어, 집선 및 액세스의 세 계층—이 존재합니다. 액세스 스위치는 서버 및 스토리지 장치에 연결되고, 집선 계층은 액세스 계층 트래픽을 통합하고 중복 연결을 제공하는 반면, 코어 계층은 네트워크 전송을 처리합니다. 그러나 이 3계층 구조는 주로 남북 트래픽을 위해 설계되었으며 Spanning Tree Protocol(STP)에 의존하여 최대 100개의 스위치를 지원합니다. 이 설계는 네트워크 데이터 폭증으로 인해 포트 차단 및 제한된 확장성을 초래할 가능성이 있습니다.

반면 spine-leaf 아키텍처는 기존 3계층 네트워크 방식에서 나타나는 병목 문제를 제거하기 위해 백본의 남북 방향 네트워크 아키텍처에 더해 동서 방향 트래픽 병렬 처리를 구현합니다. 이는 액세스 계층 아래의 교환 계층을 강화하여 이 수준의 두 노드 간 직접 데이터 전송을 가능하게 하므로, 백본 네트워크 전송의 병목 문제를 우회합니다. 기존 3계층 구성과 달리 spine-leaf 아키텍처는 leaf 간에 단일 홉으로 spine을 통해 연결을 설정하여 지연 시간과 병목을 최소화합니다. 중요한 점은 spine-leaf 아키텍처에서는 스위치 구성이 고정되어 있어 동적인 서버 환경에서도 네트워크 변경이 필요 없다는 것입니다.

Spine-leaf 아키텍처를 설계하는 방법은 무엇입니까?

스파인-리프 아키텍처를 설계할 때는 핵심 고려 사항이 반영되었는지 확인해야 하며 가장 중요한 두 가지 고려 사항은 오버서브스크립션 비율과 스파인 스위치 크기입니다 . 자세한 예시도 참고용으로 아래에 포함되어 있습니다.

오버서브스크립션 비율

오버서브스크립션 비율은 모든 장치가 동시에 트래픽을 전송할 때의 경합률을 나타냅니다. 이 지표는 남북 방향(데이터 센터 진입/출구 트래픽)과 동서 방향(데이터 센터 내 장치 간 트래픽)에서 평가됩니다. 현대 네트워크 아키텍처에서 이상적인 오버서브스크립션 비율은 3:1 이하입니다. 업스트림 대역폭(백본 스위치로) 대 다운스트림 용량(서버/스토리지로)으로 표현되는 이 비율은 최적의 성능을 보장합니다. 예를 들어 리프 스위치에 48 x 10G 포트(총 480Gb/s)와 40G 스파인 스위치에 연결된 4 x 40G 업링크 포트(160Gb/s 업링크 용량)가 있는 경우 비율은 3:1입니다. 포트 링크 차단을 방지하려면 업링크 속도가 항상 다운링크 속도를 초과하도록 하는 것이 중요합니다.

Leaf 및 Spine 사이징

토폴로지에서 스파인 스위치 수는 백본 스위치의 포트 밀도에 따라 달라집니다. 동시에 스파인 스위치의 수는 리프 스위치 간에 필요한 처리량, 중복/ECMP(동일 비용 다중 경로) 경로의 수, 각 포트 밀도와 같은 요인에 의해 결정됩니다. 따라서 잠재적인 네트워크 문제를 방지하려면 스파인-리프 스위치의 수와 포트 밀도를 세심하게 고려하는 것이 필수적입니다.

Layer 2 또는 Layer 3 설계

2계층 스파인-리프 패브릭 설계는 Layer 2(VLAN 구성 포함) 또는 Layer 3(서브넷팅 활용)에서 구현할 수 있습니다. 이러한 Layer 2 기법은 최대한의 유연성을 강조합니다. VLAN은 여러 세그먼트에 걸쳐 확장될 수 있으며, MAC 주소는 쉽게 마이그레이션될 수 있습니다. 동시에 Layer 3 설계는 최대 32개 이상의 스파인 활성 스위치에 대한 팬아웃 ECMP 지원을 포함하여 매우 빠른 수렴 시간과 훨씬 더 큰 확장성을 선호하는 경향이 있습니다.

따라서 이러한 요소를 고려하면 성능이 매우 뛰어나고 확장 가능하며 데이터 센터 네트워크의 특정 요구 사항을 충족할 뿐만 아니라 실제로도 우수한 스파인-리프 아키텍처를 구축할 수 있습니다!

Spine-leaf 스위치로 Spine-leaf 아키텍처 구축

이러한 원칙과 지식을 이해한 후, 스파인-리프 스위치 아키텍처를 구축할 것입니다. 이 새로운 스파인-리프 아키텍처는 새로운 고밀도 서버 네트워크 구조를 만드는 것을 목표로 합니다. 여기에서는 실제 예를 제시합니다.

스파인 스위치로는 100G 포트가 장착된 S7600-32C를 선택하고, 리프 스위치로는 S7600-48Y8C, 100G/25G 포트를 갖추고 있습니다. 이 구성은 100G 업링크 대역폭과 25G 다운링크 대역폭을 보장합니다. 전체 링크 전송 동안 스위치는 MLAG, VXLAN 또는 EVPN-VXLAN과 다양한 관련 가상 기술을 동시에 지원하여 견고한 구조적 신뢰성을 보장합니다.

결론: 올바른 Spine-leaf 스위치를 선택하는 방법은?

포트 밀도, 가상화 기술, 하드웨어 이중화 등과 같은 측면에서 스파인 및 리프 스위치의 성능 역량을 이해하세요. 그런 다음, 네트워크 아키텍처를 완성하기 위해 배포의 정확한 요구 사항에 따라 스위치 선택을 맞춤화하세요. QSFPTEK를 무시할 수 없습니다. S7600 시리즈 스위치 완전한 가상화 소프트웨어 시스템을 지원합니다. 이러한 스위치를 활용하면 네트워크 성능이 향상되고 네트워킹 목표를 달성하기 위한 배포가 더 빨라집니다.