脊葉網(wǎng)絡(luò )架構下的布線(xiàn)系統

  ICCSZ訊 在過(guò)去十年中，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模的增長(cháng)，我們看到了從傳統的三層網(wǎng)絡(luò )架構向更平坦、更寬的Spine-Leaf架構的轉變。憑借其完全網(wǎng)狀的連接方式，Spine-Leaf架構為我們提供了我們所渴望的可預測的高速網(wǎng)絡(luò )性能，以及我們的網(wǎng)絡(luò )交換機結構中的可靠性。

  除了它的優(yōu)點(diǎn)，Spine-Leaf結構在結構化布線(xiàn)方面也提出了挑戰。在本文中，我們將研究如何構建和擴展一個(gè)四向脊柱，并逐步發(fā)展到更大的脊柱(如16向脊柱)，并在成長(cháng)過(guò)程中保持線(xiàn)速度切換能力和冗余。我們也將探討兩種方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在建設我們的結構化光纜主要分布地區;一種方法使用傳統的光纖跳線(xiàn)，另一種使用光學(xué)網(wǎng)格模塊。

  發(fā)展簡(jiǎn)史

  自20世紀80年代作為局域網(wǎng)(LAN)協(xié)議問(wèn)世以來(lái)，以太網(wǎng)以其簡(jiǎn)單的算法和低廉的制造成本，一直是數據中心和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動(dòng)力。以太網(wǎng)交換機在切換之前會(huì )查看它接收到的每一個(gè)包。它只打開(kāi)外層信封來(lái)讀取第2層的地址，而不用擔心讀取IP地址。這允許以太網(wǎng)交換機非?？焖俚匾苿?dòng)數據包。

  盡管以太網(wǎng)效率很高，但隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模的增大，它也存在一些缺點(diǎn)。在一個(gè)由多個(gè)以太網(wǎng)交換機組成的網(wǎng)絡(luò )中，為了阻止地址解析協(xié)議(ARP)請求等廣播包在網(wǎng)絡(luò )中泛濫和循環(huán)，使用了一種稱(chēng)為生成樹(shù)協(xié)議(STP)的技術(shù)。STP阻塞冗余鏈接以防止網(wǎng)絡(luò )中發(fā)生循環(huán)。在STP技術(shù)上運行的網(wǎng)絡(luò )在主鏈路失敗時(shí)使用冗余鏈路作為故障轉移。這為基礎結構提供了彈性，代價(jià)是可用帶寬的利用率僅為一半。

  在遇到新問(wèn)題之前，我們用擴充樹(shù)邏輯構建了很長(cháng)一段時(shí)間的網(wǎng)絡(luò )。第一個(gè)問(wèn)題是我們的雙核網(wǎng)絡(luò )有限，沒(méi)有增長(cháng)空間(為了服務(wù)越來(lái)越多的客戶(hù)，我們的網(wǎng)絡(luò )需要相應地增長(cháng))。第二個(gè)問(wèn)題是延遲。如果我們有一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò )，我們通常把它們分成更小的網(wǎng)絡(luò )，我們稱(chēng)之為虛擬局域網(wǎng)(vlan)。這將導致不同類(lèi)型的數據流量具有不同的延遲。與通過(guò)第3層核心的不同VLAN之間的流量相比，在單個(gè)VLAN中通過(guò)第2層網(wǎng)絡(luò )的流量具有不同的延遲。

▲ 支持擴充樹(shù)協(xié)議的典型三層網(wǎng)絡(luò )。冗余鏈接被阻止，以防止網(wǎng)絡(luò )循環(huán)。

  Spine-Leaf架構簡(jiǎn)介

  現代電子商務(wù)、社交媒體和云應用程序大多使用分布式計算為客戶(hù)服務(wù)。分布式計算是指服務(wù)器與服務(wù)器進(jìn)行對話(huà)并并行工作，以創(chuàng )建動(dòng)態(tài)web頁(yè)面并回答客戶(hù)問(wèn)題;它需要相同的延遲。等待結果會(huì )讓客戶(hù)不滿(mǎn)意。我們需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò )架構，它可以均勻地增長(cháng)，并為現代應用程序提供統一的延遲。

  這些問(wèn)題的解決方案來(lái)自于一種網(wǎng)絡(luò )架構，即今天所說(shuō)的“Spine-Leaf架構”。自1952年Charles Clos首次引入多級電路交換網(wǎng)絡(luò )(也稱(chēng)為Clos網(wǎng)絡(luò ))以來(lái)，這個(gè)想法就一直存在。這種網(wǎng)絡(luò )架構的主干稱(chēng)為Spin(脊柱)，每個(gè)Leaf(葉子)都從Spin連接到進(jìn)一步擴展的網(wǎng)絡(luò )資源。只需添加更多的Spin或Leaf交換機，網(wǎng)絡(luò )就可以均勻地增長(cháng)，而不會(huì )改變網(wǎng)絡(luò )性能。

  與傳統的3層架構相比，網(wǎng)絡(luò )的Spin部分水平增長(cháng)，約束了網(wǎng)絡(luò )的層數。例如，通過(guò)雙向Spin，我們可以建立網(wǎng)絡(luò )，支持多達6000臺主機，通過(guò)四路Spin，我們可以建立網(wǎng)絡(luò )多達12000臺主機，通過(guò)16路Spin，我們可以超過(guò)100,000臺10-GbE主機。

  其次，所有的Leaf交換機都連接到架構中每個(gè)可用的Spin交換機。這種完全網(wǎng)格化的架構允許任何連接到Leaf的主機只使用兩個(gè)躍點(diǎn)連接其他主機，即交換機到交換機連接。例如，Leaf1到Leaf1和Leaf1到Leaf10。因為整個(gè)脊柱層是用冗余方式構建的(在Spin或Leaf交換機宕機的情況下)，所以可以自動(dòng)使用替代路徑和資源。

  建立Spin-Leaf網(wǎng)絡(luò )的基本規則如下：

  主要構建模塊是網(wǎng)絡(luò )Leaf交換機和網(wǎng)絡(luò )Spin交換機。

  所有主機只能連接到Leaf交換機。

  Leaf交換機控制服務(wù)器之間的流量。

  Spin交換機在第2層或第3層的Leaf子交換機之間沿著(zhù)最佳路徑向前切換流量。

  Leaf交換機上的上行端口計數決定了Spin交換機的最大數量。

  Spin交換機端口數量決定Leaf 交換機的最大數量

  這些原則影響交換機制造商設計其設備的方式。

  仔細觀(guān)察一個(gè)Spin交換機。如果我們觀(guān)察一個(gè)典型的Spin交換機，第一眼我們注意到多個(gè)擴展槽，例如4或8個(gè)接受不同的線(xiàn)卡，用于連接Leaf交換機上行鏈路。

▲ 在一個(gè)Spin-Leaf網(wǎng)絡(luò )結構中，Leaf交換機控制服務(wù)器之間的流量，而Spin交換機沿著(zhù)Leaf交換機之間的最佳路徑轉發(fā)流量。

一個(gè)被稱(chēng)為16路Spin的架構可以擴展到支持超過(guò)100,000個(gè)10千兆位以太網(wǎng)主機。

       作者：康寧光通信 MUSTAFA KESKIN