Что такое архитектура Spine-Leaf и как она работает?

За последние несколько лет, на фоне стремительного распространения серверов и построения уровня коммутации центров обработки данных из нескольких уровней, архитектура Spine-Leaf начинает вытеснять существующую трехуровневую архитектуру в качестве основной благодаря преимуществам горизонтального масштабирования и доступности. Хотите узнать об архитектуре spine-leaf ? Тогда как создать такую архитектуру? Ознакомьтесь с нашим руководством, в котором мы объясняем концепцию архитектуры spine-leaf и приводим сведения о ее проектировании и внедрении.

Что такое архитектура spine-leaf?

Архитектура spine-leaf состоит всего из двух уровней коммутаторов: spine и leaf. Уровень spine, выполняющий роль ядра сети, отвечает за функции маршрутизации. Уровень leaf, в свою очередь, включает коммутаторы доступа, соединяющие серверы, системы хранения данных, и конечных пользователей. Такая топология сокращает количество переходов и уменьшает задержку в сетях центров обработки данных.

В архитектуре spine-leaf каждый leaf-коммутатор подключается к каждому spine-коммутатору. Такая конструкция обеспечивает возможность связи любого сервера с любым другим сервером, а между любыми двумя leaf-коммутаторами существует не более одного пути через взаимосвязанные коммутаторы.

Зачем нужна архитектура spine-leaf?

Архитектура spine-leaf, широко применяемая сегодня в центрах обработки данных, обеспечивает множество преимуществ, включая масштабируемость и повышенную производительность сети. Ниже приведены три преимущества архитектуры spine-leaf.

Повышенная избыточность

Архитектура spine-leaf обеспечивает надежное соединение между серверами и магистральной сетью, предлагая большую гибкость в гипермасштабируемых центрах обработки данных. При развертывании leaf-коммутатора в качестве связующего звена между серверами и магистральной сетью каждый leaf-коммутатор подключается ко всем spine-коммутаторам, формируя крупную неблокируемую фабрику. Такая конфигурация значительно повышает резервирование и минимизирует узкие места в трафике.

Повышение производительности

Архитектура spine-leaf эффективно устраняет перегрузку трафика благодаря использованию таких протоколов и методологий, как TRILL и SPB. Благодаря гибкости работы в любом из Уровень 2 или уровня 3, архитектура spine-leaf позволяет добавлять восходящие каналы к коммутатору spine. Такое расширение межуровневой пропускной способности уменьшает переподписку, обеспечивая стабильность сети.

Масштабируемость

Архитектура spine-leaf включает несколько линий, способных обрабатывать возросший трафик. Добавление коммутаторов в архитектуру не только повышает масштабируемость, но и способствует расширению предприятий. Эта функция масштабируемости позволяет компаниям беспрепятственно расширять свою деятельность в будущем.

Архитектура Spine-leaf и традиционная архитектура: трехуровневая 

Ключевое различие между архитектурой spine-leaf и трёхуровневой архитектурой заключается в количестве сетевых уровней и направлении потока трафика—с севера на юг или с востока на запад.

В традиционной трёхуровневой сетевой архитектуре, показанной ниже, присутствуют три уровня—ядро, агрегация и доступ—. Коммутаторы уровня доступа подключаются к серверам и устройствам хранения; уровень агрегации объединяет трафик уровня доступа и обеспечивает резервные соединения, а уровень ядра отвечает за передачу данных в сети. Однако эта трёхуровневая структура в основном предназначена для трафика «север — юг» и использует протокол связующего дерева (STP), поддерживая максимум 100 коммутаторов. Такая конструкция может привести к блокировке портов и ограниченной масштабируемости из-за взрывного роста сетевого трафика.

В то время как архитектура spine-leaf обеспечивает параллелизм трафика восток—запад в дополнение к архитектуре сети север—юг магистрального уровня, устраняя проблему узких мест, характерную для традиционного трехуровневого подхода к построению сети. Она дополняет уровень агрегации под уровнем доступа, обеспечивая прямую передачу данных между двумя узлами на этом уровне и тем самым обходя проблему узких мест при передаче данных по магистральной сети. В отличие от традиционной трехуровневой конфигурации, архитектура spine-leaf устанавливает соединение через spine с одним переходом между leaf, минимизируя задержки и узкие места. Важно отметить, что в архитектурах spine-leaf конфигурация коммутаторов остается фиксированной, что устраняет необходимость изменений сети в динамических серверных средах.

Как спроектировать архитектуру Spine-leaf?

При проектировании архитектуры spine-leaf необходимо убедиться, что учтены важные аспекты, и два наиболее актуальных из них — коэффициент переподписки и размер коммутатора spine. Ниже также приведён подробный пример для справки.

Коэффициент переподписки

Коэффициент oversubscription обозначает степень конкуренции за ресурсы, когда все устройства одновременно передают трафик. Этот показатель оценивается в направлениях север/юг (трафик входа в центр обработки данных и выхода из него) и восток/запад (трафик между устройствами внутри центра обработки данных). Для современных сетевых архитектур идеальным считается коэффициент oversubscription 3:1 или ниже. Это соотношение, выраженное как пропускная способность восходящего канала (к коммутаторам магистрального уровня) к нисходящей пропускной способности (к серверам/системам хранения), обеспечивает оптимальную производительность. Например, если leaf-коммутатор оснащён 48 портами 10G (общая пропускная способность 480Gb/s) и 4 портами восходящей линии 40G, подключёнными к spine-коммутатору 40G (пропускная способность восходящих линий 160Gb/s), соотношение составляет 3:1. Крайне важно, чтобы скорости восходящих линий стабильно превышали скорости нисходящих линий, чтобы предотвратить блокировку портовых соединений.

Расчёт конфигурации Leaf и Spine

В топологии количество коммутаторов spine зависит от плотности портов магистрального коммутатора. Одновременно количество коммутаторов spine определяется такими факторами, как требуемая пропускная способность между коммутаторами leaf, количество резервных/ECMP (равнозначных многопутевых) путей и плотность их портов. Поэтому для предотвращения потенциальных проблем с сетью необходимо тщательно учитывать количество коммутаторов spine-leaf и плотность их портов.

Проектирование уровня 2 или уровня 3

Двухуровневая архитектура spine-leaf может быть реализована на уровне 2 (с настройкой VLAN) или на уровне 3 (с использованием разбиения на подсети). Эти методы уровня 2 обеспечивают максимальную гибкость: VLAN могут растягиваться на несколько сегментов, а MAC-адреса можно легко переносить. В то же время архитектуры уровня 3 обычно обеспечивают очень быстрое время сходимости и значительно более широкие возможности масштабирования, включая поддержку веерного ECMP для 32 или более активных коммутаторов spine.

Следовательно, учитывая эти факторы, мы можем построить архитектуру spine-leaf, которая будет не только превосходно работать, масштабироваться и соответствовать конкретным требованиям сети центра обработки данных, но и быть эффективной на практике!

Построение архитектуры Spine-leaf с помощью коммутаторов Spine-leaf

После изучения этих принципов и знаний мы построим архитектуру коммутаторов spine-leaf. Эта новая архитектура spine-leaf призвана создать новую высокоплотную сетевую структуру для серверов. Здесь мы представим практический пример.

Для spine-коммутатора мы выбираем S7600-32C, оснащенный портами 100G, а leaf-коммутатор представлен моделью S7600-48Y8C, с портами 100G/25G. Такая конфигурация обеспечивает пропускную способность восходящего канала 100G и нисходящего канала 25G. На протяжении всей передачи по каналу коммутаторы одновременно поддерживают MLAG, VXLAN или EVPN-VXLAN, а также различные связанные виртуальные технологии, обеспечивая высокую структурную надежность.

Заключение: как выбрать подходящие коммутаторы spine-leaf?

Изучите эксплуатационные возможности spine- и leaf-коммутаторов по таким параметрам, как плотность портов, технология виртуализации, аппаратная отказоустойчивость и т. д. Затем настройте выбор коммутатора в соответствии с точными потребностями развертывания, чтобы завершить сетевую архитектуру. Мы не можем игнорировать QSFPTEK Коммутаторы серии S7600 которые поддерживают полноценную систему программного обеспечения виртуализации . Использование этих коммутаторов обеспечивает повышение производительности сети и ускоряет развертывание для достижения ваших сетевых целей.