脊叶网络架构下的布线系统

  ICCSZ讯 在过去十年中，随着网络规模的增长，我们看到了从传统的三层网络架构向更平坦、更宽的Spine-Leaf架构的转变。凭借其完全网状的连接方式，Spine-Leaf架构为我们提供了我们所渴望的可预测的高速网络性能，以及我们的网络交换机结构中的可靠性。

  除了它的优点，Spine-Leaf结构在结构化布线方面也提出了挑战。在本文中，我们将研究如何构建和扩展一个四向脊柱，并逐步发展到更大的脊柱(如16向脊柱)，并在成长过程中保持线速度切换能力和冗余。我们也将探讨两种方法的优点和缺点，在建设我们的结构化光缆主要分布地区;一种方法使用传统的光纤跳线，另一种使用光学网格模块。

  发展简史

  自20世纪80年代作为局域网(LAN)协议问世以来，以太网以其简单的算法和低廉的制造成本，一直是数据中心和互联网发展的推动力。以太网交换机在切换之前会查看它接收到的每一个包。它只打开外层信封来读取第2层的地址，而不用担心读取IP地址。这允许以太网交换机非常快速地移动数据包。

  尽管以太网效率很高，但随着网络规模的增大，它也存在一些缺点。在一个由多个以太网交换机组成的网络中，为了阻止地址解析协议(ARP)请求等广播包在网络中泛滥和循环，使用了一种称为生成树协议(STP)的技术。STP阻塞冗余链接以防止网络中发生循环。在STP技术上运行的网络在主链路失败时使用冗余链路作为故障转移。这为基础结构提供了弹性，代价是可用带宽的利用率仅为一半。

  在遇到新问题之前，我们用扩充树逻辑构建了很长一段时间的网络。第一个问题是我们的双核网络有限，没有增长空间(为了服务越来越多的客户，我们的网络需要相应地增长)。第二个问题是延迟。如果我们有一个大的网络，我们通常把它们分成更小的网络，我们称之为虚拟局域网(vlan)。这将导致不同类型的数据流量具有不同的延迟。与通过第3层核心的不同VLAN之间的流量相比，在单个VLAN中通过第2层网络的流量具有不同的延迟。

▲ 支持扩充树协议的典型三层网络。冗余链接被阻止，以防止网络循环。

  Spine-Leaf架构简介

  现代电子商务、社交媒体和云应用程序大多使用分布式计算为客户服务。分布式计算是指服务器与服务器进行对话并并行工作，以创建动态web页面并回答客户问题;它需要相同的延迟。等待结果会让客户不满意。我们需要一个网络架构，它可以均匀地增长，并为现代应用程序提供统一的延迟。

  这些问题的解决方案来自于一种网络架构，即今天所说的“Spine-Leaf架构”。自1952年Charles Clos首次引入多级电路交换网络(也称为Clos网络)以来，这个想法就一直存在。这种网络架构的主干称为Spin(脊柱)，每个Leaf(叶子)都从Spin连接到进一步扩展的网络资源。只需添加更多的Spin或Leaf交换机，网络就可以均匀地增长，而不会改变网络性能。

  与传统的3层架构相比，网络的Spin部分水平增长，约束了网络的层数。例如，通过双向Spin，我们可以建立网络，支持多达6000台主机，通过四路Spin，我们可以建立网络多达12000台主机，通过16路Spin，我们可以超过100,000台10-GbE主机。

  其次，所有的Leaf交换机都连接到架构中每个可用的Spin交换机。这种完全网格化的架构允许任何连接到Leaf的主机只使用两个跃点连接其他主机，即交换机到交换机连接。例如，Leaf1到Leaf1和Leaf1到Leaf10。因为整个脊柱层是用冗余方式构建的(在Spin或Leaf交换机宕机的情况下)，所以可以自动使用替代路径和资源。

  建立Spin-Leaf网络的基本规则如下：

  主要构建模块是网络Leaf交换机和网络Spin交换机。

  所有主机只能连接到Leaf交换机。

  Leaf交换机控制服务器之间的流量。

  Spin交换机在第2层或第3层的Leaf子交换机之间沿着最佳路径向前切换流量。

  Leaf交换机上的上行端口计数决定了Spin交换机的最大数量。

  Spin交换机端口数量决定Leaf 交换机的最大数量

  这些原则影响交换机制造商设计其设备的方式。

  仔细观察一个Spin交换机。如果我们观察一个典型的Spin交换机，第一眼我们注意到多个扩展槽，例如4或8个接受不同的线卡，用于连接Leaf交换机上行链路。

▲ 在一个Spin-Leaf网络结构中，Leaf交换机控制服务器之间的流量，而Spin交换机沿着Leaf交换机之间的最佳路径转发流量。

一个被称为16路Spin的架构可以扩展到支持超过100,000个10千兆位以太网主机。

       作者：康宁光通信 MUSTAFA KESKIN