脊葉網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的布線系統(tǒng)

  ICCSZ訊 在過去十年中，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增長，我們看到了從傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)向更平坦、更寬的Spine-Leaf架構(gòu)的轉(zhuǎn)變。憑借其完全網(wǎng)狀的連接方式，Spine-Leaf架構(gòu)為我們提供了我們所渴望的可預(yù)測的高速網(wǎng)絡(luò)性能，以及我們的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)結(jié)構(gòu)中的可靠性。

  除了它的優(yōu)點(diǎn)，Spine-Leaf結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)化布線方面也提出了挑戰(zhàn)。在本文中，我們將研究如何構(gòu)建和擴(kuò)展一個四向脊柱，并逐步發(fā)展到更大的脊柱(如16向脊柱)，并在成長過程中保持線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(shè)我們的結(jié)構(gòu)化光纜主要分布地區(qū);一種方法使用傳統(tǒng)的光纖跳線，另一種使用光學(xué)網(wǎng)格模塊。

  發(fā)展簡史

  自20世紀(jì)80年代作為局域網(wǎng)(LAN)協(xié)議問世以來，以太網(wǎng)以其簡單的算法和低廉的制造成本，一直是數(shù)據(jù)中心和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動力。以太網(wǎng)交換機(jī)在切換之前會查看它接收到的每一個包。它只打開外層信封來讀取第2層的地址，而不用擔(dān)心讀取IP地址。這允許以太網(wǎng)交換機(jī)非常快速地移動數(shù)據(jù)包。

  盡管以太網(wǎng)效率很高，但隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大，它也存在一些缺點(diǎn)。在一個由多個以太網(wǎng)交換機(jī)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)，使用了一種稱為生成樹協(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(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)在主鏈路失敗時使用冗余鏈路作為故障轉(zhuǎn)移。這為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)提供了彈性，代價是可用帶寬的利用率僅為一半。

  在遇到新問題之前，我們用擴(kuò)充樹邏輯構(gòu)建了很長一段時間的網(wǎng)絡(luò)。第一個問題是我們的雙核網(wǎng)絡(luò)有限，沒有增長空間(為了服務(wù)越來越多的客戶，我們的網(wǎng)絡(luò)需要相應(yīng)地增長)。第二個問題是延遲。如果我們有一個大的網(wǎng)絡(luò)，我們通常把它們分成更小的網(wǎng)絡(luò)，我們稱之為虛擬局域網(wǎng)(vlan)。這將導(dǎo)致不同類型的數(shù)據(jù)流量具有不同的延遲。與通過第3層核心的不同VLAN之間的流量相比，在單個VLAN中通過第2層網(wǎng)絡(luò)的流量具有不同的延遲。

▲ 支持?jǐn)U充樹協(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(gòu)簡介

  現(xiàn)代電子商務(wù)、社交媒體和云應(yīng)用程序大多使用分布式計算為客戶服務(wù)。分布式計算是指服務(wù)器與服務(wù)器進(jìn)行對話并并行工作，以創(chuàng)建動態(tài)web頁面并回答客戶問題;它需要相同的延遲。等待結(jié)果會讓客戶不滿意。我們需要一個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它可以均勻地增長，并為現(xiàn)代應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的延遲。

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

  與傳統(tǒng)的3層架構(gòu)相比，網(wǎng)絡(luò)的Spin部分水平增長，約束了網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)。例如，通過雙向Spin，我們可以建立網(wǎng)絡(luò)，支持多達(dá)6000臺主機(jī)，通過四路Spin，我們可以建立網(wǎng)絡(luò)多達(dá)12000臺主機(jī)，通過16路Spin，我們可以超過100,000臺10-GbE主機(jī)。

  其次，所有的Leaf交換機(jī)都連接到架構(gòu)中每個可用的Spin交換機(jī)。這種完全網(wǎng)格化的架構(gòu)允許任何連接到Leaf的主機(jī)只使用兩個躍點(diǎn)連接其他主機(jī)，即交換機(jī)到交換機(jī)連接。例如，Leaf1到Leaf1和Leaf1到Leaf10。因?yàn)檎麄€脊柱層是用冗余方式構(gòu)建的(在Spin或Leaf交換機(jī)宕機(jī)的情況下)，所以可以自動使用替代路徑和資源。

  建立Spin-Leaf網(wǎng)絡(luò)的基本規(guī)則如下：

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

  所有主機(jī)只能連接到Leaf交換機(jī)。

  Leaf交換機(jī)控制服務(wù)器之間的流量。

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

  Leaf交換機(jī)上的上行端口計數(shù)決定了Spin交換機(jī)的最大數(shù)量。

  Spin交換機(jī)端口數(shù)量決定Leaf 交換機(jī)的最大數(shù)量

  這些原則影響交換機(jī)制造商設(shè)計其設(shè)備的方式。

  仔細(xì)觀察一個Spin交換機(jī)。如果我們觀察一個典型的Spin交換機(jī)，第一眼我們注意到多個擴(kuò)展槽，例如4或8個接受不同的線卡，用于連接Leaf交換機(jī)上行鏈路。

▲ 在一個Spin-Leaf網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，Leaf交換機(jī)控制服務(wù)器之間的流量，而Spin交換機(jī)沿著Leaf交換機(jī)之間的最佳路徑轉(zhuǎn)發(fā)流量。

一個被稱為16路Spin的架構(gòu)可以擴(kuò)展到支持超過100,000個10千兆位以太網(wǎng)主機(jī)。

       作者：康寧光通信 MUSTAFA KESKIN