Aron matubag ang mga panginahanglan sa mga serbisyo sa panganod, ang network hinay-hinay nga gibahin sa Underlay ug Overlay. Ang Underlay network mao ang pisikal nga kagamitan sama sa routing ug switching sa tradisyonal nga data center, nga nagtuo gihapon sa konsepto sa kalig-on ug naghatag kasaligan nga mga kapabilidad sa pagpadala sa datos sa network. Ang Overlay mao ang network sa negosyo nga gisulod niini, nga mas duol sa serbisyo, pinaagi sa VXLAN o GRE protocol encapsulation, aron mahatagan ang mga tiggamit og dali gamiton nga mga serbisyo sa network. Ang Underlay network ug Ooverlay network konektado ug gibulag, ug kini konektado sa usag usa ug mahimong molambo nga independente.
Ang Underlay network mao ang pundasyon sa network. Kung ang underlay network dili lig-on, walay SLA para sa negosyo. Human sa three-layer network architecture ug Fat-Tree network architecture, ang data center network architecture mobalhin ngadto sa Spine-Leaf architecture, nga maoy nag-aghat sa ikatulong aplikasyon sa CLOS network model.
Tradisyonal nga arkitektura sa Network sa Data Center
Disenyo sa Tulo ka Layer
Gikan sa 2004 hangtod 2007, ang three-tier network architecture sikat kaayo sa mga data center. Kini adunay tulo ka layer: ang core layer (ang high-speed switching backbone sa network), ang aggregation layer (nga naghatag og policy-based connectivity), ug ang access layer (nga nagkonektar sa mga workstation sa network). Ang modelo mao ang mosunod:
Arkitektura sa Network nga Tulo ka Layer
Core Layer: Ang mga core switch naghatag og paspas nga pagpadala sa mga packet pasulod ug gawas sa data center, koneksyon sa daghang aggregation layers, ug usa ka lig-on nga L3 routing network nga kasagarang nagserbisyo sa tibuok network.
Aggregation Layer: Ang aggregation switch mokonektar sa access switch ug mohatag og ubang serbisyo, sama sa firewall, SSL offload, intrusion detection, network analysis, ug uban pa.
Access Layer: Ang mga access switch kasagaran anaa sa Ibabaw sa Rack, mao nga gitawag usab kini nga mga ToR (Top of Rack) switch, ug kini pisikal nga nagkonektar sa mga server.
Kasagaran, ang aggregation switch mao ang demarcation point tali sa L2 ug L3 networks: ang L2 network anaa sa ubos sa aggregation switch, ug ang L3 network anaa sa ibabaw. Ang matag grupo sa aggregation switches nagdumala sa usa ka Point Of Delivery (POD), ug ang matag POD usa ka independente nga VLAN network.
Protokol sa Network Loop ug Spanning Tree
Ang pagkaporma sa mga loop kasagaran tungod sa kalibog nga gipahinabo sa dili klaro nga mga agianan sa destinasyon. Kung ang mga tiggamit magtukod og mga network, aron masiguro ang kasaligan, kasagaran mogamit sila og mga redundant device ug redundant link, aron dili kalikayan nga maporma ang mga loop. Ang layer 2 network naa sa parehas nga broadcast domain, ug ang mga broadcast packet ipadala balik-balik sa loop, nga magporma og broadcast storm, nga mahimong hinungdan sa pagbara sa port ug pagkaparalisa sa kagamitan sa usa ka dali nga panahon. Busa, aron malikayan ang mga broadcast storm, kinahanglan nga mapugngan ang pagkaporma sa mga loop.
Aron malikayan ang pagporma sa mga loop ug aron masiguro ang kasaligan, posible lamang nga himuong backup device ug backup link ang mga redundant device ug redundant link. Sa ato pa, ang mga redundant device port ug link gibabagan sa normal nga mga kahimtang ug dili moapil sa pagpasa sa mga data packet. Maablihan lamang kung ang kasamtangang forwarding device, port, link failure, nga moresulta sa network congestion, redundant device port ug link, aron ang network mabalik sa normal. Kini nga awtomatikong pagkontrol gipatuman sa Spanning Tree Protocol (STP).
Ang spanning tree protocol naglihok tali sa access layer ug sa sink layer, ug sa kinauyokan niini adunay usa ka spanning tree algorithm nga nagdagan sa matag STP-enabled bridge, nga espesipikong gidisenyo aron malikayan ang mga bridging loops sa presensya sa mga redundant path. Ang STP mopili sa pinakamaayong data path para sa pagpasa sa mga mensahe ug dili motugot niadtong mga link nga dili kabahin sa spanning tree, nga magbilin lamang og usa ka aktibo nga path tali sa bisan unsang duha ka network nodes ug ang pikas uplink mababagan.
Daghang benepisyo ang STP: kini simple, plug-and-play, ug gamay ra kaayo ang gikinahanglan nga configuration. Ang mga makina sulod sa matag pod nahisakop sa parehas nga VLAN, busa ang server mahimong magbalhin sa lokasyon nga walay pag-usab sa IP address ug gateway.
Apan, ang mga parallel forwarding path dili magamit sa STP, nga kanunay mag-disable sa mga redundant path sulod sa VLAN. Mga disbentaha sa STP:
1. Hinay nga pagtagbo sa topolohiya. Kung mausab ang topolohiya sa network, ang spanning tree protocol mokabat ug 50-52 segundos aron makompleto ang pagtagbo sa topolohiya.
2, dili makahatag sa function sa load balancing. Kung adunay loop sa network, ang spanning tree protocol mahimo ra nga babagan ang loop, aron ang link dili maka-forward sa mga data packet, nga mag-usik sa mga resources sa network.
Birtwalisasyon ug mga Hamon sa Trapiko sa Sidlakan-Kasadpan
Pagkahuman sa 2010, aron mapauswag ang paggamit sa mga kahinguhaan sa kompyuter ug pagtipig, ang mga sentro sa datos nagsugod sa pagsagop sa teknolohiya sa virtualization, ug daghang mga virtual machine ang nagsugod sa pagpakita sa network. Ang virtual nga teknolohiya nagbag-o sa usa ka server ngadto sa daghang mga logical server, ang matag VM mahimong modagan nga independente, adunay kaugalingon nga OS, APP, kaugalingon nga independente nga MAC address ug IP address, ug kini konektado sa external entity pinaagi sa virtual switch (vSwitch) sulod sa server.
Ang virtualization adunay kaubang kinahanglanon: live migration sa mga virtual machine, ang abilidad sa pagbalhin sa usa ka sistema sa mga virtual machine gikan sa usa ka pisikal nga server ngadto sa lain samtang gipadayon ang normal nga operasyon sa mga serbisyo sa mga virtual machine. Kini nga proseso dili sensitibo sa mga end user, ang mga administrador mahimong mo-allocate sa mga resources sa server sa flexible nga paagi, o mo-repair ug mo-upgrade sa mga pisikal nga server nga dili makaapekto sa normal nga paggamit sa mga tiggamit.
Aron masiguro nga ang serbisyo dili mabalda atol sa migration, gikinahanglan nga dili lang ang IP address sa virtual machine ang dili mausab, apan lakip na usab ang running state sa virtual machine (sama sa TCP session state) ang kinahanglan nga ipadayon atol sa migration, aron ang dynamic migration sa virtual machine mahimo ra nga himuon sa parehas nga layer 2 domain, apan dili tabok sa layer 2 domain migration. Kini nagmugna sa panginahanglan alang sa mas dagkong L2 domains gikan sa access layer ngadto sa core layer.
Ang nagbahin nga punto tali sa L2 ug L3 sa tradisyonal nga dako nga layer 2 network architecture anaa sa core switch, ug ang data center sa ubos sa core switch usa ka kompleto nga broadcast domain, nga mao, ang L2 network. Niining paagiha, mahimo niini nga maamgohan ang arbitrariness sa device deployment ug location migration, ug dili kinahanglan nga usbon ang configuration sa IP ug gateway. Ang lain-laing L2 networks (VLans) gi-ruta pinaagi sa core switches. Bisan pa, ang core switch ubos niini nga arkitektura kinahanglan nga magmintinar sa usa ka dako nga MAC ug ARP table, nga nagbutang sa taas nga mga kinahanglanon alang sa abilidad sa core switch. Dugang pa, ang Access Switch (TOR) naglimite usab sa sukod sa tibuok network. Kini sa ngadto-ngadto naglimite sa sukod sa network, ang pagpalapad sa network ug ang abilidad sa elasticity, ang problema sa delay sa tulo ka layer sa scheduling, dili makatubag sa mga panginahanglan sa umaabot nga negosyo.
Sa laing bahin, ang trapiko gikan sa sidlakan ngadto sa kasadpan nga dala sa teknolohiya sa virtualization nagdala usab og mga hagit sa tradisyonal nga three-layer network. Ang trapiko sa data center mahimong bahinon sa mosunod nga mga kategorya:
Trapiko gikan sa amihanan ngadto sa habagatan:Trapiko tali sa mga kliyente sa gawas sa data center ug sa data center server, o trapiko gikan sa data center server ngadto sa Internet.
Trapiko gikan sa sidlakan ngadto sa kasadpan:Trapiko tali sa mga server sulod sa usa ka data center, ingon man ang trapiko tali sa lainlaing mga data center, sama sa disaster recovery tali sa mga data center, komunikasyon tali sa pribado ug publiko nga mga cloud.
Ang pagpaila sa teknolohiya sa virtualization naghimo sa pag-deploy sa mga aplikasyon nga mas kaylap, ug ang "side effect" mao ang pagtaas sa trapiko gikan sa sidlakan ngadto sa kasadpan.
Ang tradisyonal nga tulo ka andana nga arkitektura kasagarang gidisenyo alang sa trapiko sa Amihanan-Habagatan.Samtang magamit kini alang sa trapiko gikan sa sidlakan ngadto sa kasadpan, mahimo kini nga dili molihok sumala sa gikinahanglan.
Tradisyonal nga tulo ka andana nga arkitektura vs. Arkitektura nga Spine-Leaf
Sa usa ka three-tier nga arkitektura, ang trapiko gikan sa sidlakan ngadto sa kasadpan kinahanglan nga ipasa pinaagi sa mga device sa aggregation ug core layers. Dili kinahanglan nga moagi sa daghang nodes. (Server -> Access -> Aggregation -> Core Switch -> Aggregation -> Access Switch -> Server)
Busa, kon ang daghang trapiko gikan sa sidlakan ngadto sa kasadpan gipadagan pinaagi sa tradisyonal nga three-tier network architecture, ang mga device nga konektado sa samang switch port mahimong magkompetensya alang sa bandwidth, nga moresulta sa dili maayong response time nga makuha sa mga end user.
Mga disbentaha sa tradisyonal nga three-layer network architecture
Makita nato nga ang tradisyonal nga three-layer network architecture adunay daghang mga kakulangan:
Pag-usik sa bandwidth:Aron malikayan ang looping, ang STP protocol kasagarang gipadagan tali sa aggregation layer ug sa access layer, aron usa ra ka uplink sa access switch ang tinuod nga nagdala sa trapiko, ug ang ubang mga uplink mababagan, nga moresulta sa pag-usik sa bandwidth.
Kalisod sa pagbutang sa dako nga network:Uban sa pagpalapad sa sukod sa network, ang mga data center giapod-apod sa lainlaing mga lokasyon sa heyograpiya, ang mga virtual machine kinahanglan nga buhaton ug ibalhin bisan asa, ug ang ilang mga hiyas sa network sama sa mga IP address ug gateway magpabilin nga wala mausab, nga nanginahanglan suporta sa fat Layer 2. Sa tradisyonal nga istruktura, walay pagbalhin nga mahimo.
Kakulang sa trapiko gikan sa Sidlakan ngadto sa Kasadpan:Ang three-tier network architecture gidisenyo alang sa North-South traffic, bisan kung gisuportahan usab niini ang east-west traffic, apan klaro ang mga kakulangan. Kung dako ang east-west traffic, ang pressure sa aggregation layer ug core layer switches modako pag-ayo, ug ang gidak-on ug performance sa network limitado sa aggregation layer ug core layer.
Kini naghimo sa mga negosyo nga mahulog sa dilema sa gasto ug scalability:Ang pagsuporta sa dagkong mga high-performance network nanginahanglan daghang gidaghanon sa convergence layer ug core layer equipment, nga dili lamang magdala og taas nga gasto sa mga negosyo, apan nanginahanglan usab nga ang network kinahanglan nga planohon daan sa pagtukod sa network. Kung gamay ang network scale, kini hinungdan sa pag-usik sa mga kahinguhaan, ug kung ang network scale magpadayon sa paglapad, kini lisud nga palapdan.
Ang Arkitektura sa Network sa Spine-Leaf
Unsa ang arkitektura sa network sa Spine-Leaf?
Agig tubag sa mga problema sa ibabaw,Usa ka bag-ong disenyo sa data center, ang Spine-Leaf network architecture, ang mitumaw, nga mao ang among gitawag nga leaf ridge network.
Sama sa gisugyot sa ngalan, ang arkitektura adunay Spine layer ug Leaf layer, lakip ang spine switches ug leaf switches.
Ang Arkitektura sa Dahon sa Dugokan
Ang matag leaf switch konektado sa tanang ridge switch, nga dili direktang konektado sa usag usa, nga nagporma og full-mesh topology.
Sa spine-and-leaf, ang koneksyon gikan sa usa ka Server ngadto sa lain moagi sa parehas nga gidaghanon sa mga device (Server -> Leaf -> Spine Switch -> Leaf Switch -> Server), nga nagsiguro sa matag-an nga latency. Tungod kay ang usa ka packet kinahanglan ra nga moagi sa usa ka spine ug laing leaf aron makaabot sa destinasyon.
Giunsa molihok ang Spine-Leaf?
Leaf Switch: Kini katumbas sa access switch sa tradisyonal nga three-tier architecture ug direktang konektado sa physical server isip TOR (Top Of Rack). Ang kalainan sa access switch kay ang demarcation point sa L2/L3 network naa na karon sa Leaf switch. Ang Leaf switch naa sa ibabaw sa 3-layer network, ug ang Leaf switch naa sa ubos sa independent L2 broadcast domain, nga makasulbad sa problema sa BUM sa dako nga 2-layer network. Kung kinahanglan nga magkomunikar ang duha ka Leaf server, kinahanglan nilang gamiton ang L3 routing ug i-forward kini pinaagi sa Spine switch.
Spine Switch: Katumbas sa usa ka core switch. Ang ECMP (Equal Cost Multi Path) gigamit aron dinamikong makapili og daghang mga agianan tali sa Spine ug Leaf switch. Ang kalainan mao nga ang Spine karon naghatag na lang og lig-on nga L3 routing network para sa Leaf switch, aron ang north-south traffic sa data center mahimong i-ruta gikan sa Spine switch imbes nga direkta. Ang North-south traffic mahimong i-ruta gikan sa edge switch nga parallel sa Leaf switch ngadto sa WAN router.
Pagtandi tali sa arkitektura sa network sa Spine/Leaf ug tradisyonal nga arkitektura sa network nga tulo ka layer
Mga Kaayohan sa Spine-Leaf
Patag:Ang patag nga disenyo mopamubo sa komunikasyon tali sa mga server, nga moresulta sa mas ubos nga latency, nga makapauswag pag-ayo sa performance sa aplikasyon ug serbisyo.
Maayong pagka-scalable:Kon dili igo ang bandwidth, ang pagdugang sa gidaghanon sa ridge switches mahimong mopalapad sa bandwidth sa pinahigda nga paagi. Kon modaghan ang gidaghanon sa mga server, makadugang kita og leaf switches kon dili igo ang densidad sa port.
Pagkunhod sa gasto: Trapiko paingon sa amihanan ug habagatan, gikan sa mga leaf node o gikan sa mga ridge node. Ang agos gikan sa sidlakan ngadto sa kasadpan, giapod-apod sa daghang mga agianan. Niining paagiha, ang leaf ridge network makagamit ug fixed configuration switches nga dili kinahanglan ug mahal nga modular switches, ug dayon makakunhod sa gasto.
Ubos nga Latency ug Paglikay sa Paghuot sa Trapiko:Ang mga pag-agos sa datos sa usa ka Leaf ridge network adunay parehas nga gidaghanon sa mga hops sa tibuok network bisan unsa pa ang gigikanan ug destinasyon, ug ang bisan unsang duha ka server kay Leaf - >Spine - >Leaf three-hop nga maabot gikan sa usag usa. Kini makamugna og mas direkta nga agianan sa trapiko, nga makapauswag sa performance ug makapamenos sa mga bottleneck.
Taas nga Seguridad ug Pagkaanaa:Ang STP protocol gigamit sa tradisyonal nga three-tier network architecture, ug kung ang usa ka device mapakyas, kini mag-reconverge, nga makaapekto sa performance sa network o bisan sa pagkapakyas. Sa leaf-ridge architecture, kung ang usa ka device mapakyas, dili na kinahanglan nga mag-reconverge, ug ang trapiko magpadayon sa pag-agi sa ubang normal nga mga agianan. Ang koneksyon sa network dili maapektuhan, ug ang bandwidth mokunhod lang sa usa ka agianan, nga gamay ra ang epekto sa performance.
Ang load balancing pinaagi sa ECMP haom kaayo alang sa mga palibot diin gigamit ang mga sentralisadong plataporma sa pagdumala sa network sama sa SDN. Ang SDN nagtugot sa pagpasimple sa pag-configure, pagdumala, ug pag-usab sa ruta sa trapiko kung adunay pagbabag o pagkapakyas sa link, nga naghimo sa intelihenteng load balancing full mesh topology nga usa ka medyo yano nga paagi sa pag-configure ug pagdumala.
Apan, ang arkitektura sa Spine-Leaf adunay pipila ka mga limitasyon:
Usa ka disbentaha mao nga ang gidaghanon sa mga switch nagdugang sa gidak-on sa network. Ang data center sa leaf ridge network architecture kinahanglan nga modaghan ang mga switch ug kagamitan sa network nga proporsyonal sa gidaghanon sa mga kliyente. Samtang nagkadaghan ang gidaghanon sa mga host, daghang leaf switch ang gikinahanglan aron maka-uplink sa ridge switch.
Ang direktang pagkonektar sa ridge ug leaf switches nagkinahanglan og pagpares, ug sa kinatibuk-an, ang makatarunganon nga bandwidth ratio tali sa leaf ug ridge switches dili molapas sa 3:1.
Pananglitan, adunay 48 ka 10Gbps rate clients sa leaf switch nga adunay total port capacity nga 480Gb/s. Kon ang upat ka 40G uplink ports sa matag leaf switch konektado sa 40G ridge switch, kini adunay uplink capacity nga 160Gb/s. Ang ratio kay 480:160, o 3:1. Ang mga data center uplink kasagaran 40G o 100G ug mahimong ibalhin sa paglabay sa panahon gikan sa starting point nga 40G (Nx 40G) ngadto sa 100G (Nx 100G). Importante nga timan-an nga ang uplink kinahanglan kanunay nga modagan nga mas paspas kay sa downlink aron dili mababagan ang port link.
Ang mga network sa Spine-Leaf adunay klaro usab nga mga kinahanglanon sa pag-wiring. Tungod kay ang matag leaf node kinahanglan nga konektado sa matag spine switch, kinahanglan namon nga magbutang og daghang mga kable nga tumbaga o fiber optic. Ang gilay-on sa interconnect nagdugang sa gasto. Depende sa gilay-on tali sa mga interconnected switch, ang gidaghanon sa mga high-end optical module nga gikinahanglan sa arkitektura sa Spine-Leaf napulo ka pilo nga mas taas kaysa sa tradisyonal nga three-tier architecture, nga nagdugang sa kinatibuk-ang gasto sa pag-deploy. Bisan pa, kini ang hinungdan sa pagtubo sa merkado sa optical module, labi na alang sa mga high-speed optical module sama sa 100G ug 400G.
Oras sa pag-post: Enero 26, 2026
