A Spine-leaf architektúra egy kétszintű adatközpont-hálózat, amelyben minden levélkapcsoló minden gerinckapcsolóhoz csatlakozik, így olyan szövetet hoz létre, amelyben a forgalom előre látható számú ugrást keresztez, és egyszerre több aktív útvonalat is használhat. A régebbi hozzáférési, összesítési és alaphierarchia helyett a gerinchálózat konzisztens útvonalhosszt, egyenletesebb késleltetést és sávszélességet biztosít a szerverek közötti forgalom számára, amely kapcsolók hozzáadásával skálázódik, nem pedig cserével.
Ennek az az oka, hogy az adatközponti forgalom eltolódott. Egyetlen felhasználói kérés immár az adatbázisok, gyorsítótárak, tárolási csomópontok, API-k és elemzési szolgáltatások között terjed, így a legtöbb csomag oldalirányban halad a szerverek között, nem pedig az épületen belül és kívül. Ez az útmutató egyszerre két olvasónak készült: valakinek, akinek meg kell értenieMigerinclevél van, és egy mérnök vagy vevő, akinek döntenie kellhogyana portok méretezésére, a túljelentkezési cél beállítására, az optika kiválasztására és a kábelezési hibák elkerülésére, amelyek csendesen felrobbantják a projekt költségvetését.
Mi az a gerinclevél építészet?
A gerinc-levél architektúra (más néven levél-gerinc vagy gerinc- és levél topológia) két kapcsolószerepből épül fel:
- Levélkapcsolóküljön a szövet szélén, és csatlakozzon szerverekhez, tárolótömbökhöz, hipervizorokhoz, tűzfalakhoz és más végpontokhoz. Általában a rack tetején elhelyezett kapcsolókként kerülnek alkalmazásra.
- Gerinckapcsolókalkotják a nagy sebességű gerincet. Egy gerinc minden levélhez csatlakozik, és semmi mást nem tesz – nem kapcsolódik közvetlenül a szerverekhez.
A meghatározó szabály egyszerű: a levélkapcsolók nem csatlakoznak más levélkapcsolókhoz, a gerinckapcsolók nem csatlakoznak más tüskékhez, és minden levél minden gerinchez kapcsolódik. Ez a teljes háló a két szint között az, ami több azonos költségű útvonalat hoz létre bármely két végpont között. Amikor egy szervernek egy másik rack-en lévő szervert kell elérnie, a forgalom a forráslevél → az egyik gerinc → a céllevél irányába megy. Minden cross-rack áramlás ugyanannyi ugrást keresztez, pontosan ezért válik a késleltetés kiszámíthatóvá, ahelyett, hogy attól függne, hol ül két gép.
Praktikus elvitel:ha emlékszik egy dologra, emlékezzen a fenti huzalozási szabályra. A legtöbb korai tervezési hiba annak megsértéséből fakad – például a levelek láncba fűzése a "felfelé mutató linkek mentése" érdekében, ami tönkreteszi a kiszámítható úthosszt, ami miatt érdemes megépíteni a szövetet.
Hogyan működik a Spine-Leaf hálózat?
A gerinces levélszövet a forgalmat egyszerre több felfelé irányuló kapcsolaton osztja szét, ahelyett, hogy kiválasztana egy előnyben részesített kapcsolatot, és a többit parkolná. Ez általában 3. rétegű irányított alátéttel és egyenlő költségű többutas (ECMP) segítségével történik.
Leaf switches provide high-density downlink ports facing servers and a smaller set of high-speed uplink ports facing the spine. Egy általános minta 10G, 25G vagy 50G minden szerverhez, és 100G, 200G vagy 400G a gerincig, és a pontos keveréket a munkaterhelés határozza meg, nem pedig a polcon lévő kapcsoló.
Gerinckapcsolók: a szállítóréteg
A gerinc egyetlen feladata, hogy összekapcsolja a leveleket és a lehető leggyorsabban előrehaladjon közöttük. Mérje meg a gerincet a levél felfelé irányuló kapcsolatainak számához, és hagyjon teret a növekedésnek: ahogy a szövet tágul, növeli a gerinckapacitást, hogy a sávszélesség egyenletes maradjon állványonként, ami csak akkor működik, ha a leveleken még vannak szabad felfelé irányuló portok.
Az ECMP lehetővé teszi a szövetet egyidejűleg több azonos költségű útvonalon keresztül továbbítani, ahelyett, hogy blokkolná a redundáns kapcsolatokat, ahogy a Spanning Tree Protocol teszi a régebbi 2. rétegű tervekben. A levélgerinc szövetben minden kapcsolat aktív és forgalmat szállít. Az IETF ezt a pontos megközelítést dokumentáljaRFC 7938, "BGP használata útválasztáshoz nagyméretű adatközpontokban",amely leírja, hogy a kezelők hogyan futtatnak vízszintesen skálázott Clos szöveteket a BGP és az ECMP alapján. A kifizetődő a jobb sávszélesség-kihasználás, az egyenletesebb késleltetés és az oldalirányú skálázás lehetősége az egyre nagyobb ház vásárlása helyett.
Spine-Leaf kontra hagyományos 3 rétegű építészet
A hagyományos adatközponti hálózatok háromszintű – hozzáférés, aggregáció és mag – modellt használtak, amelyet az észak-déli forgalomra hangoltak, még akkor, amikor a legtöbb adat a külső kliensek és a belső szerverek között mozgott. Hatástalanná válik, amikor a forgalom nagy része szerverről szerverre mozog, mivel a kelet-nyugati irányú forgalomnak fel kell másznia az aggregációs vagy alaprétegre, és vissza kell szállnia, és fojtópontokat hoz létre.
| Funkció | Hagyományos 3 szintes | Gerinc-levél |
|---|---|---|
| Rétegek | Hozzáférés, összesítés, mag | Levél és gerinc |
| A forgalom megfelel | Többnyire észak-dél | Kelet-nyugat és észak-déli |
| Úthossz | Topológiánként változik | Következetes, kiszámítható |
| Linkhasználat | Néhány hivatkozást blokkolt az STP | Minden hivatkozás aktív az ECMP-n keresztül |
| Hogyan skálázódik | Növelje a méretet nagyobb házzal | Kilépés kapcsolók hozzáadásával |
| Kábelezés | Könnyebb kábelszám | Strukturáltabb, nagyobb kábelszám |
| Legjobb illeszkedés | Kisebb vagy örökölt webhelyek | Felhő, mesterséges intelligencia, virtualizált, nagy sűrűségű |
Az őszinte kompromisszum: a gerinc-levél nem mindig egyszerűbb, és általában alaposabb tervezést és több kapcsolók közötti kábelezést igényel. Amit vásárol, az egy méretezhető, kiszámítható alapot, amely a targonca újratervezése nélkül nő.
Hogyan tervezzünk gerinc-levél hálózatot
A gerinces levél kialakítást soha nem szabad kapcsolómodellel kezdeni. A munkaterheléssel, a sávszélességgel, a növekedéssel és a kábelezéssel kezdődik. Dolgozzon végig az alábbi kérdéseken sorrendben, és a hardverszám a végén kiesik, nem pedig az elején.
1. lépés: Számolja ki a portokat a mai napra és három-öt évre
Döntse el, hány rack-et kell kiszolgálnia a szövetnek, hány szervert kell rackenként, milyen sebességre van szüksége az egyes szerverportoknak, hány uplinkre van szüksége az egyes leveleknek, és hogy használnak-e kiszakítókábeleket. Ez az öt szám határozza meg a lapos kapcsolók, a gerinckapcsolók, az optikák és a kábelek számát. A leggyakoribb tervezési hiba az, hogy csak az első napra méretezzük, és minden levél felfelé irányuló kapcsolatát azonnal elfogyasztjuk, ami a következő bővítést bomlasztó újjáépítéssé változtatja.
2. lépés: Szándékosan állítson be túljelentkezési arányt
Oversubscription is the ratio of downlink bandwidth (toward servers) to uplink bandwidth (toward the spine). A worked example makes it concrete: take a leaf with 48 × 25G server ports and 8 × 100G uplinks. That is 1,200G down and 800G up, roughly a 3:2 ratio. Ha ebből a 8 felfelé irányuló kapcsolatból csak 4-et kábelez, a lefelé irányuló kapcsolat 1200 G marad, míg a felfelé irányuló kapcsolat 400 G-ra csökken – 3:1 arányban –, és négy gerincre lesz szüksége a négy aktív felfelé irányuló kapcsolat eléréséhez. A non-blocking fabric needs as many spines as there are uplink ports on each leaf.
Praktikus elvitel:a mérsékelt arány megfelelő az általános vállalati munkaterheléshez, de az AI képzés, az elosztott tárolás és a HPC gyakran sokkal alacsonyabb arányt vagy teljesen blokkolásmentes kialakítást igényel, mert a papíron méretezhetőnek tűnő szövet még mindig szűk keresztmetszetet okozhat, ha a felfelé irányuló kapcsolati sávszélesség túl vékony a forgalom számára. Először becsülje meg a valós forgalmi mintát; ne feltételezze, hogy minden racknek azonos sávszélességre van szüksége.
3. lépés: Válassza ki az alátétet, és döntse el, hogy valóban szüksége van-e rátétre
A legtöbb modern szövet egy irányított Layer 3 alátétet használ a fizikai csatlakoztatáshoz és egy fedőréteget a bérlői szegmentáláshoz.VXLAN, IETF RFC 7348,egy Ethernet-keretet egy UDP/IP-csomagba burkol, így a 2-es réteg szegmenseit egy Layer 3-as szöveten keresztül nyújthatja, ésAz RFC 7432-ben meghatározott EVPN,a végponti és elérhetőségi információkat elosztó vezérlősíkként működik. De az átfedés nem kötelező: ha minden levélközi áramlás tisztán irányított, 3. rétegű, és soha nem kell 2. rétegbeli tartományt kiterjesztenie az állványok közé, egy sima levélgerinc szövet eBGP-vel, fedőréteg nélkül, tökéletesen életképes és egyszerűbben kezelhető. VXLAN/EVPN-re van szüksége, ha a virtuális gépek 2. rétegbeli szomszédosságot igényelnek a rackek között, amikor a munkaterhelések a levelek között mozognak, vagy ha több bérlős elkülönítésre van szüksége. Sok csapat számára a lapos 2. rétegű hálózatról egy átfedéssel ellátott irányított alátétre való áttérés jelenti a legnagyobb mértékű működési elmozdulást, ezért kezelje ezt képességek és érvényesítési döntésként, ne jelölőnégyzetként.
4. lépés: Tervezze meg a kábelezést és az optikát a kapcsolási sorrend véglegesítése előtt
A gerinces levélszövetnek sokkal több kapcsolóközi kapcsolatra van szüksége, mint egy háromrétegű kialakításnál, így a fizikai réteg ugyanolyan figyelmet érdemel, mint a kapcsolóréteg. A szomszédos rackek belsejében vagy közöttük lévő rövid kapcsolatokhoz általában a közvetlen csatlakozású (DAC) vagy az aktív optikai (AOC) kábelek a leggazdaságosabb választás. A sorok, szobák vagy adatcsarnokok közötti hosszabb futásokhoz optikai és dugaszolható szálakat kell keresnieoptikai adó-vevők. Az egyes adó-vevőket a távolság, a szál típusa és a port sebessége alapján igazítsa a feladatához:100G QSFP28 modulokmanapság elterjedt levélről gerincre felfelé irányuló kapcsolat40G QSFP opciókmég mindig széles körben alkalmazzák a meglévő szövetekben, és könnyen kitörhető kisebb sebességre. A magas felfelé irányuló kapcsolati számok kezelhetősége érdekében a legtöbb adatközpont szabványosítja a strukturáltMPO/MTP törzskábelezésahelyett, hogy az egyes jumpereket kézzel futtassa az állványok között.
Maga az üveg kiválasztása a távolságon és a költségvetésen múlik:OM4 multimódusköltséghatékony rövid adatcsarnoki futtatások esetén, mígOS2 egymódusúlefedi a hosszabb vagy jövőbiztos hivatkozásokat. Amikor megtervezi ezt a réteget, ellenőrizze a kapcsolat távolságát, a kábelút kapacitását, a szál és a csatlakozó típusát, az adó-vevő kompatibilitását (beleértve a hullámhosszt, a FEC-et és a kitörési támogatást), valamint a nagyobb sebességhez való frissítési útvonalat. A kábelezés bonyolultságának figyelmen kívül hagyása az egyik leggyakrabban előforduló csúszási ok a gerinces levél projekteknél – nem azért, mert rossz a logikai tervezés, hanem azért, mert a nem megfelelő optika, a kimerült kábeltálca vagy az MPO polaritási hibája leállítja a telepítést, és újrarendelést kényszerít ki.
5. lépés: Tegye kezelhetővé az anyagot az első naptól kezdve
A kapcsolók, linkek és házirendek számának növekedésével a manuális konfiguráció válik a kimaradások fő forrásává. A hardver kiválasztása előtt ellenőrizze, hogy a platform támogatja-e a konfigurációs sablonokat, az API-hozzáférést, a telemetriát, a szövetellenőrzést, a központosított megfigyelést, a változásvezérlést és a szerepalapú hozzáférést. Az a gyors szövet, amelyet a csapat nem tud felügyelni, elhárítani vagy biztonságosan frissíteni, valójában nem jó szövet.
Méretezés használati eset szerint: Három referenciapont
A Spine-leaf mindenhol hasznos, ahol a teljesítmény, a méretarány és a kiszámítható áramlás számít, de a megfelelő túljelentkezés és az optika a munkaterheléstől függően jelentősen eltér. Az alábbi táblázat három általános környezetet térképez fel a hálózati prioritásokhoz.
| Környezet | Hálózati követelmény | Tervezési hangsúly |
|---|---|---|
| Kis/vállalati adatközpont | Állandó kelet-nyugati irányú, mérsékelt növekedés | Mérsékelt túljelentkezés, 25G szerverek 100G uplinkekkel, strukturált trunk kábelezés |
| Vállalati privát felhő | Bérlői elszigeteltség, munkaterhelés mobilitás | 3. rétegű alátét plusz VXLAN/EVPN fedőréteg, kettős otthonú levelek EVPN többhomingon keresztül |
| AI / HPC / elosztott tárolás | Nagy áteresztőképesség, alacsony késleltetés a csomópontok között | Alacsony vagy nem blokkoló túljelentkezés, nagy sebességű optika, lehetséges szupergerinc több podhoz |
A felhőplatformok, a virtualizációs fürtök, a konténerkörnyezetek, a nagyszabású analitikai és pénzügyi kereskedési infrastruktúra mind erős kelet-nyugati forgalmat generálnak, és mindegyik ugyanazt a kiszámítható szövetet használja – egyszerűen a túljelentkezési és sávszélességi görbe különböző pontjain helyezkednek el. A nagyobb mesterségesintelligencia- és HPC-telepítések egy szupergerinc-réteget is hozzáadhatnak több szövetdoboz összekapcsolásához.
Főbb előnyök, konkrétan
A gerinclevél előnyeit könnyű felsorolni, és érdemes megvizsgálni, miért fordulnak elő:
- Megjósolható alacsony késleltetés, mert minden kereszttartó folyam ugyanazon az ugrásszámon halad át, nem pedig egy hierarchián keresztüli változó útvonalon.
- Jobb sávszélesség kihasználás, mert az ECMP minden felfelé irányuló kapcsolatot aktívan tart, ahelyett, hogy a felét tétlen biztonsági mentésnek tartaná le.
- Könnyebb vízszintes méretezés: adjon hozzá leveleket több szerverporthoz, adjon hozzá gerinceket a nagyobb keresztszöveti sávszélességért - mindaddig, amíg a felfelé irányuló kapcsolati kapacitást betervezték.
- Javított rugalmasság, mert egy gerinc vagy egy uplink elvesztése egyszerűen átirányítja a forgalmat a fennmaradó azonos költségű útvonalakra. Ezért is a két tüske a gyakorlati minimum; egyetlen gerinc egyetlen kudarcpont.
- Jobban illeszkedik az automatizáláshoz, mert egy megismételhető, egységes szerkezetet sokkal könnyebb sablonozni és ellenőrizni, mint egy kézzel hangolt örökölt topológiát.
Amikor a Spine-Leaf nem a legjobb illeszkedés
A gerinclevél erős, nem univerzális. Bonyolultabb és költségesebb lehet, mint amennyit a helyzet indokolna, ha a környezet kicsi, és nem valószínű, hogy növekedni fog, amikor a forgalom többnyire egyszerű észak-déli irányú, ha a csapat nem rendelkezik a 3-as rétegbeli útválasztással vagy a szövettel kapcsolatos tapasztalattal, amikor a kábelpályák már korlátozottak, ha a költségvetés nem képes elnyelni az extra optikát és a kapcsolók közötti kapcsolatokat, vagy ha egy egyszerűbb összeomlott magú dizájn megfelel az eredeti követelményeknek. Egy kis szerverteremhez elég lehet egy jól megépített kétkapcsolós vagy összecsukott magos beállítás. Egy növekvő adatközpont, felhőplatform vagy mesterséges intelligencia-fürt esetében általában a gerinclevél jelenti az erősebb, hosszú távú alapot. A dizájnt igazítsa az üzleti igényekhez, ne pedig egy trendhez.
Gyakori hibák, amelyeket el kell kerülni – és mennyibe kerülnek
- Csak a mai portszámra tervezve.Fogyasszon el minden levél felfelé irányuló kapcsolatot az első napon, és a következő bővítés bomlasztó, állásidő-igényes változás lesz.
- A kábel és az optika költségeinek alábecsülése.A váltási ár csak egy része a számlának; az adó-vevők, a DAC-k, AOC-k, az üvegszálas trönkök, a patch panelek és a telepítési munka jelentősen megváltoztathatják a teljes összeget, és ezek azok a tételek, amelyek leggyakrabban kimaradnak a korai költségvetésből.
- A túljelentkezés figyelmen kívül hagyása.A méretezhetőnek tűnő kialakítás továbbra is csökkentheti a valós munkaterhelést, ha a felfelé irányuló kapcsolati sávszélesség túl alacsony a forgalmi mintához.
- A VXLAN/EVPN szolgáltatásként való kezelése jelölőnégyzet.Az átfedés átformálja az útválasztást, a szegmentálást és a hibaelhárítást; nagy léptékben telepítse anélkül, hogy megértené az alátét/fedő interakciót, és a műveletek gyorsan fájdalmassá válnak.
- A műveletek elfelejtése.A kezdettől fogva beépített felügyelet, láthatóság és dokumentáció nélkül még egy nagy teljesítményű szövetet is kockázatos megváltoztatni.
Hogyan válasszunk kapcsolókat, optikákat és kábeleket
Értékelje a teljes rendszert, ne az elszigetelt specifikációs lapokat. MertlevélkapcsolókMérje meg a kiszolgáló felé irányuló port sebességét, a felfelé irányuló kapcsolati kapacitást, a pufferméretezést, az MLAG vagy EVPN többhoming támogatását, a VXLAN/EVPN képességet, az automatizálási és telemetriai funkciókat, valamint a tápellátás és a légáramlás irányát. Mertgerinckapcsolók, mérlegelje a nagy sebességű portsűrűséget, a nem blokkoló továbbítási kapacitást, az útválasztási skálát, az ECMP-támogatást, a megbízhatóságot és a gyorsabb optikához való egyértelmű frissítési utat. Mertoptika és kábelek, mérlegelési kapcsolat távolsága, száltípus, adó-vevő alaktényező, energiafogyasztás, szállítói kompatibilitás, hőmérséklet-tartomány, kitörési támogatás és hosszú távú rendelkezésre állás. A megbízható szövet mind a kapcsolási platformtól, mind a fizikai rétegtől függ; a rossz kábeltervezés vagy az inkompatibilis optika késleltetheti a telepítést még akkor is, ha a logikai tervezés hibátlan.
GYIK
K: A gerinces levél 2. réteg vagy 3. réteg?
V: A modern gerinc-levél szövetek a 3. rétegben találhatók a levél és a gerinc között – minden levél-gerinc kapcsolat egy irányított interfész, és az ECMP szétosztja rajtuk a forgalmat. A 2. réteg szolgáltatásait szükség esetén fedvényként (jellemzően VXLAN EVPN-nel) az irányított alátét tetején szállítják, nem pedig a 2. réteg fizikai szöveten való kiterjesztésével.
K: Hány gerinckapcsolóra van szükségem?
V: Legalább kettő, tehát az egyik gerinc meghibásodása nem szedi le az anyagot. Ezen túlmenően a szám a túljelentkezési céltól függ: egy teljesen nem blokkoló kialakításhoz annyi tüskére van szüksége, ahány levélnek van felfelé irányuló portja, míg a négy aktív felfelé irányuló kapcsolatot használó levél 3:1 arányához négy tüske szükséges.
K: Mi a különbség a levélgerinc és a gerinc-levél között?
V: Nincs – ugyanannak a kétszintű topológiának két neve. A „gerinc és levél”, a „levélgerinc” és a „gerinc-levél” mind olyan kialakítást írnak le, amelyben minden levél minden gerinchez kapcsolódik.
K: A gerinclevélhez VXLAN/EVPN szükséges?
V: Nem. Ha az összes levelek közötti forgalom tisztán irányított 3. rétegű, és soha nem kell egy Layer 2 tartományt kifeszíteni az állványok között, akkor az eBGP-vel és átfedés nélküli sima levélgerinc-szövet jól működik, és egyszerűbb futtatni. A VXLAN/EVPN szükséges a 2. rétegbeli szomszédsághoz az állványok között, a munkaterhelés mobilitása a levelek között vagy a több bérlős elkülönítés.
K: A spine-leaf alkalmas kis adatközpontokhoz?
V: Lehet, de nem mindig a leggazdaságosabb választás. Egy kis telek, főleg észak-déli forgalommal és csekély várható növekedéssel jobban szolgálhat egy összeomlott magos vagy kétkapcsolós kialakítással. A Spine-leaf megkeresi extra kábelezési és optika költségeit, ha a környezet növekszik, megosztott munkaterhelést hajt végre, vagy kiszámítható kelet-nyugati teljesítményre van szüksége.
Következtetés
A spine-leaf architektúra skálázható sávszélességet, kiszámítható késleltetést és nagy kelet-nyugati forgalomra épített struktúrát biztosít a modern adatközpontoknak, és kapcsolók hozzáadásával skálázható, nem pedig cserével. De az értéke teljes mértékben a tervezéstől függ. A hardver kiválasztása előtt döntse el a portszámot, a felfelé irányuló kapcsolati kapacitást, a túljelentkezési célt, az aláfedési és átfedési döntéseket, és – ami ugyanilyen fontos – a kábelezési és optikai tervet, amely összeköti az egész szövetet. Ha adatközpontja növekszik, megosztott terheléseket futtat, vagy nagyobb sebességű szerverkapcsolatra készül, a következő lépés az, hogy ezeket a munkaterhelési követelményeket konkrét szövetszerkezetté alakítsa, kapcsolókkal, adó-vevőkkel, kábelekkel és a megfelelő felügyeleti eszközökkel kiegészítve.
