Спине-леаф архитектура је двослојни дизајн мреже центара података у којем се сваки преклопни прекидач повезује са сваким кичменим прекидачем, стварајући тканину у којој саобраћај прелази предвидљив број скокова и може користити много активних путања одједном. Уместо старије хијерархије приступа, агрегације и језгра, мрежа са главним листовима даје саобраћају од сервера до сервера конзистентну дужину путање, стабилније кашњење и пропусни опсег који се повећава додавањем прекидача уместо заменом.
Разлог због којег је ово важно је тај што се саобраћај у дата центру променио. Један кориснички захтев сада се шири кроз базе података, кеш меморије, чворове за складиштење, АПИ-је и аналитичке услуге, тако да већина пакета путује бочно између сервера, а не у и ван зграде. Овај водич је написан за два читаоца одједном: некога ко треба да разумештаспине-леаф је, и инжењер или купац који треба да одлучикакода одредите величину портова, поставите циљ прекомерне претплате, изаберете оптику и избегнете грешке у кабловима које тихо растурају буџет пројекта.
Шта је архитектура кичменог листа?
Архитектура кичменог листа (такође названа леаф-леаф или топологија кичме и листа) је изграђена од две улоге:
- Прекидачи листаседите на ивици тканине и повежите се са серверима, низовима за складиштење података, хипервизорима, заштитним зидовима и другим крајњим тачкама. Обично се користе као прекидачи на врху.
- Прекидачи за кичмуформирају кичму велике брзине. Кичма се повезује са сваким листом и не ради ништа друго – не везује се директно за сервере.
Правило дефинисања је једноставно: прекидачи листа се не повезују са другим прекидачима листа, прекидачи за кичму се не повезују са другим бодљама, а сваки лист се повезује са сваким кичмом. Ова пуна мрежа између два нивоа је оно што ствара више пута једнаких трошкова између било које две крајње тачке. Када сервер треба да дође до сервера на другом сталку, саобраћај иде на изворни лист → један стуб → одредишни лист. Сваки ток унакрсних регала прелази исти број скокова, због чега латенција постаје предвидљива уместо да зависи од тога где се две машине случајно налазе.
Практичан унос:ако се сећате једне ствари, запамтите горње правило ожичења. Већина раних грешака у дизајну произилази из његовог кршења – на пример, ланчано повезивање оставља „сачувавање узлазних веза“, што уништава предвидљиву дужину путање због које је тканина вредна изградње.
Како функционише мрежа кичменог листа?
Тканина са кичменим лишћем шири саобраћај на више узлазних веза у исто време уместо да бира једну жељену везу и паркира остале. Ово се обично ради са слојем 3 рутираном подлогом и Екуал-Цост Мултипатх (ЕЦМП).
Прекидачи листа: где се сервери повезују
Листови прекидачи обезбеђују портове високе густине према серверима и мањи скуп брзих уплинк портова окренутих према кичми. Уобичајени образац је 10Г, 25Г или 50Г за сваки сервер и 100Г, 200Г или 400Г до кичме, при чему је тачан микс вођен оптерећењем, а не било којим прекидачем на полици.
Прекидачи кичме: транспортни слој
Једини посао кичме је да међусобно повеже листове и напред између њих што је брже могуће. Одредите величину кичме према броју листова узлазних веза које мора да прекине и оставите простора за раст: како се тканина шири, додајете капацитет кичме да бисте одржали пропусни опсег равним по раку, што функционише само ако ваши листови још увек имају слободне портове за уплинк.
ЕЦМП и предвидљива дужина путање
ЕЦМП омогућава да ткиво проследи кроз неколико рута са једнаким трошковима истовремено, уместо да блокира сувишне везе на начин на који протокол Спаннинг Трее Протоцол ради у старијим дизајнима Лаиер 2. У тканини од лишћа, свака карика треба да буде активна и да носи саобраћај. ИЕТФ документује овај тачан приступ уРФЦ 7938, „Употреба БГП-а за рутирање у великим центрима података“,који описује како оператери покрећу хоризонтално скалиране Цлос тканине користећи БГП и ЕЦМП као основу. Исплата је боље коришћење пропусног опсега, стабилније кашњење и могућност бочног скалирања уместо куповине све веће шасије.
Спине-Леаф наспрам традиционалне 3-слојне архитектуре
Традиционалне мреже центара података користиле су трослојни модел – приступ, агрегацију и језгро – који је био подешен за саобраћај север-југ, када се већина података кретала између спољних клијената и унутрашњих сервера. Постаје неефикасан када се већина саобраћаја креће од сервера до сервера, јер тај саобраћај исток-запад мора да се пење до слоја агрегације или језгра и назад доле, стварајући тачке пригушења.
| Феатуре | Традиционални 3-слојни | Спине-Леаф |
|---|---|---|
| Слојеви | Приступ, агрегација, језгро | Лист и кичма |
| Саобраћај који одговара | Углавном север-југ | Исток-запад и север-југ |
| Дужина пута | Зависи од топологије | Доследан, предвидљив |
| Употреба везе | Неке везе блокира СТП | Све везе активне преко ЕЦМП-а |
| Како се скалира | Повећајте величину са већом шасијом | Смањите га додавањем прекидача |
| Каблирање | Лакши број каблова | Структуриранији, већи број каблова |
| Најбоље одговара | Мањи или стари сајтови | Облак, АИ, виртуелизовани, високе густине |
Искрени компромис: кичмени лист није увек једноставнији и обично захтева пажљивије планирање и више каблова између прекидача. Оно што вам купује је скалабилна, предвидљива основа која расте без редизајнирања виљушкара.
Како дизајнирати мрежу кичменог листа
Дизајн листа кичме никада не би требало да почиње са моделом прекидача. Почиње са оптерећењем, пропусним опсегом, растом и кабловима. Прорадите доленаведена питања по редоследу и број хардвера пада на крају, а не нагађа се на почетку.
Корак 1: Избројите портове за данас и за три до пет година
Одлучите колико рекова мора да опслужује тканина, колико сервера по раку, која брзина је потребна сваком порту сервера, колико уплинкова треба сваком листу и да ли ће се користити каблови за разбијање. Ових пет бројева одређује број прекидача листа, прекидача за кичму, оптике и каблова. Најчешћи неуспех у планирању је одређивање величине само за први дан и одмах конзумирање сваког листа узлазне везе, што претвара следеће проширење у реметилачку обнову.
Корак 2: Намерно подесите однос прекомерне претплате
Прекомерна претплата је однос пропусног опсега за довнлинк (према серверима) и пропусног опсега узлазне везе (према кичми). Урађен пример чини га конкретним: погледајте са 48 × 25Г серверских портова и 8 × 100Г уплинк-ова. То је 1200Г мање и 800Г горе, отприлике однос 3:2. Ако каблирате само 4 од тих 8 узлазних веза, довнлинк остаје 1200Г док узлазни линк пада на 400Г - однос 3:1 - и требаће вам четири бодље да бисте спустили те четири активне узлазне везе. Неблокирајућој тканини је потребно онолико бодљи колико има уплинк портова на сваком листу.
Практичан унос:умерени однос је у реду за општа радна оптерећења предузећа, али обука вештачке интелигенције, дистрибуирано складиштење и ХПЦ често захтевају много нижи однос или потпуно неблокирајући дизајн, јер тканина која изгледа скалабилно на папиру може и даље бити уско грло ако је пропусни опсег уплинк превише танак за саобраћај. Прво процените прави образац саобраћаја; немојте претпостављати да сваки рацк треба исту пропусност.
Корак 3: Одаберите подлогу и одлучите да ли вам је заиста потребан прекривач
Већина модерних тканина користи усмерену подлогу слоја 3 за физичку повезаност и прекривач за сегментацију станара.ВКСЛАН, дефинисан у ИЕТФ РФЦ 7348,умотава Етхернет оквир унутар УДП/ИП пакета тако да можете да растегнете сегменте слоја 2 преко слоја 3 тканине, иЕВПН, дефинисан у РФЦ 7432,делује као контролна раван која дистрибуира информације о крајњој тачки и доступности. Али преклапање није обавезно: ако је сваки ток између листова чисто рутирани слој 3 и никада не морате да проширите домен слоја 2 између регала, обична тканина од листова и кичме са еБГП-ом и без преклапања је савршено одржива и једноставнија за руковање. ВКСЛАН/ЕВПН вам је потребан када виртуелне машине захтевају суседност слоја 2 између рекова, када се радна оптерећења крећу између листова или када вам је потребна изолација са више корисника. За многе тимове, прелазак са равне мреже слоја 2 на рутирану подлогу са преклапањем је највећа оперативна промена, па га третирајте као одлуку о вештинама и валидацији, а не као поље за потврду.
Корак 4: Планирајте каблове и оптику пре него што финализујете редослед прекидача
Тканини са кичменим лишћем потребно је много више веза између прекидача него трослојном дизајну, тако да физички слој заслужује исту пажњу као и слој за пребацивање. За кратке везе унутар или између суседних рекова, каблови са директним спајањем (ДАЦ) или активни оптички (АОЦ) каблови су обично најекономичнији избор. За дуже стазе између редова, просторија или хала са подацима, посегнућете за оптичким и прикључним кабловимаоптички примопредајници. Ускладите сваки примопредајник са његовим послом према удаљености, типу влакна и брзини порта:100Г КСФП28 модулису уобичајена узлазна веза од листа до кичме данас, са40Г КСФП опцијејош увек широко распрострањен у постојећим тканинама и лако се преноси на ниже брзине. Да би се могао управљати великим бројем уплинк-ова, већина центара података стандардизује структуриранеМПО/МТП трунк каблирањеа не ручно трчање појединачних скакача између регала.
Одабир самог стакла своди се на удаљеност и буџет:ОМ4 мултимодеје исплатив за кратке серије са подацима, докОС2 сингле-модепокрива дуже или будуће везе. Када планирате овај слој, потврдите растојање везе, капацитет кабловске путање, тип влакана и конектора, компатибилност примопредајника (укључујући таласну дужину, ФЕЦ и подршку за прекид) и пут надоградње на веће брзине. Игнорисање сложености каблова један је од најчешћих начина на који пројекат са кичменим листом проклизава - не зато што је логички дизајн погрешан, већ зато што неусклађена оптика, исцрпљена носач каблова или грешка у поларитету МПО коче инсталацију и приморавају поновно наручивање.
Корак 5: Учините тканину управљивом од првог дана
Како се број прекидача, линкова и смерница повећава, ручна конфигурација постаје главни извор прекида рада. Пре него што изаберете хардвер, проверите да ли платформа подржава шаблоне конфигурације, приступ АПИ-ју, телеметрију, проверу ваљаности структуре, централизовано надгледање, контролу промена и приступ заснован на улози. Брза тканина коју тим не може безбедно да надгледа, отклони проблеме или надогради, заправо није добра тканина.
Одређивање величине према случају употребе: три референтне тачке
Спине-леаф је користан свуда где су перформансе, размер и предвидљиви токови важни, али права претплата и оптика се оштро разликују у зависности од оптерећења. Табела испод мапира три уобичајена окружења са њиховим мрежним приоритетима.
| Животна средина | Мрежни захтев | Дизајн нагласак |
|---|---|---|
| Центар података за мала предузећа | Сталан исток-запад, умерен раст | Умерена прекомерна претплата, 25Г сервери са 100Г уплинковима, структурирано каблирање за транк |
| Приватни облак предузећа | Изолација станара, мобилност радног оптерећења | Слој 3 подлога плус ВКСЛАН/ЕВПН преклоп, двоструко постављени листови преко ЕВПН мултихоминга |
| АИ / ХПЦ / дистрибуирано складиштење | Висока пропусност, мала латенција између чворова | Ниска или неблокирајућа претплата, оптика велике брзине, могућа супер-кичма за више махуна |
Платформе у облаку, кластери виртуелизације, окружења контејнера, аналитичка инфраструктура великих размера и инфраструктура за финансијску трговину генеришу велики саобраћај у правцу исток-запад и сви имају користи од исте предвидљиве структуре – једноставно се налазе на различитим тачкама на кривуљи прекомерне претплате и пропусног опсега. Веће примене АИ и ХПЦ-а такође могу да додају слој супер-кичме за међусобно повезивање више модула тканине.
Кључне предности, Конкретно речено
Предности кичменог листа су лако набројати и вреди објаснити зашто се дешавају:
- Предвидљива ниска латенција, зато што сваки ток унакрсних регала прелази исти број скокова, а не променљиву путању кроз хијерархију.
- Боље коришћење пропусног опсега, јер ЕЦМП држи сваку узлазну везу активном уместо да половину резервише као резервне копије у стању мировања.
- Лакше хоризонтално скалирање: додајте листове за више серверских портова, додајте спинове за више пропусног опсега за више мрежа - све док је планиран капацитет уплинк-а.
- Побољшана отпорност, јер губитак једне кичме или једне узлазне везе једноставно преусмерава саобраћај преко преосталих путања једнаких трошкова. То је такође разлог зашто су две кичме практични минимум; једна кичма је једна тачка неуспеха.
- Боље одговара за аутоматизацију, јер је поновљиву, униформну структуру много лакше шаблонирати и потврдити него ручно подешену застарелу топологију.
Када кичмени лист можда није најбољи
Кичмени лист је моћан, није универзалан. То може бити сложеније и коштати више него што то захтева ситуација када је окружење мало и мало је вероватно да ће се развијати, када је саобраћај углавном једноставан у правцу север-југ, када тиму недостаје Лаиер 3 рутирање или искуство у ткиву, када су кабловске стазе већ ограничене, када буџет не може да апсорбује додатну оптику и везе између прекидача, или када једноставнији дизајн са срушеним језгром задовољава гену дизајна. За малу серверску собу, добро изграђено подешавање са два прекидача или склопљено језгро може бити довољно. За растући центар података, платформу у облаку или АИ кластер, кичмени лист је обично јача дугорочна основа. Ускладите дизајн са пословним потребама, а не са трендом.
Уобичајене грешке које треба избегавати – и колико коштају
- Дизајниран само за данашњи број портова.Потрошите сваки лист узлазне везе првог дана и следеће проширење ће постати ометајућа промена која захтева време застоја.
- Потцењивање трошкова каблова и оптике.Цена пребацивања је само део рачуна; примопредајници, ДАЦ-ови, АОЦ-ови, фибер канали, патцх панели и рад на монтажи могу значајно да промене укупан износ и представљају ставке које се најчешће изостављају из раних буџета.
- Игнорисање прекомерне претплате.Дизајн који изгледа скалабилно и даље може смањити стварна радна оптерећења ако је пропусни опсег узлазне везе пренизак за образац саобраћаја.
- Третирање ВКСЛАН/ЕВПН-а као поља за потврду функције.Преклапање преобликује рутирање, сегментацију и решавање проблема; примените га у великој мери без разумевања интеракције подлоге/преклапања и операције постају болне брзо.
- Заборављање операција.Без надзора, видљивости и документације уграђене од самог почетка, чак и тканина високих перформанси постаје ризична за промену.
Како одабрати прекидаче, оптику и каблове
Процените цео систем, а не изоловане спецификације. Залисни прекидачи, одмери брзину порта окренутог серверу, капацитет уплинк-а, величину бафера, подршку за МЛАГ или ЕВПН мултихоминг, ВКСЛАН/ЕВПН могућност, аутоматске и телеметријске карактеристике, и смер струјања струје и ваздуха. Закичмени прекидачи, одмерите густину портова велике брзине, капацитет прослеђивања без блокирања, вагу за рутирање, ЕЦМП подршку, поузданост и јасан пут за надоградњу до брже оптике. Заоптика и каблови, мерење удаљености везе, тип влакна, фактор облика примопредајника, потрошња енергије, компатибилност добављача, температурни опсег, подршка за прекид и дугорочна доступност. Поуздана тканина зависи и од платформе за пребацивање и од физичког слоја; лоше планирање каблова или некомпатибилна оптика могу одложити примену чак и када је логички дизајн беспрекоран.
ФАК
П: Да ли је кичмени лист слој 2 или слој 3?
О: Савремене тканине са кичмом и лишћем су слој 3 између листа и кичме – свака веза од листа до кичме је рутирани интерфејс, а ЕЦМП шири саобраћај преко њих. Услуге слоја 2, када је то потребно, испоручују се као преклапање (обично ВКСЛАН са ЕВПН) на врху те рутиране подлоге, а не ширењем слоја 2 преко физичког ткива.
П: Колико прекидача за кичму ми треба?
О: Најмање два, тако да квар једне кичме не скида тканину. Осим тога, број зависи од вашег циља прекомерне претплате: потпуно неблокирајућем дизајну је потребно онолико бодљи колико сваки лист има уплинк портова, док однос 3:1 на листу који користи четири активна уплинк-а захтева четири бодље.
П: Која је разлика између листа-бодље и кичменог листа?
О: Ниједан – то су два имена за исту двослојну топологију. „Кчма-и-лист“, „листа-бочма“ и „кичма-лист“ описују дизајн где се сваки лист повезује са сваком кичмом.
П: Да ли кичмени лист захтева ВКСЛАН/ЕВПН?
О: Не. Ако је сав саобраћај између листова чисто рутирани слој 3 и никада не морате да растежете домен слоја 2 између рекова, обична тканина са еБГП-ом и без преклапања добро функционише и једноставнија је за покретање. ВКСЛАН/ЕВПН је неопходан за суседност слоја 2 између рекова, мобилност радног оптерећења између листова или изолацију са више корисника.
П: Да ли је спине-леаф погодан за мале центре података?
О: Може бити, али није увек најекономичнији избор. Мала локација са углавном саобраћајем у правцу север-југ и малим очекиваним растом може боље да се опслужи дизајном са срушеним језгром или са два прекидача. Спине-леаф зарађује додатне трошкове каблова и оптике када окружење расте, покреће дистрибуирана радна оптерећења или су му потребне предвидљиве перформансе исток-запад.
Закључак
Архитектура кичменог листа даје модерним центрима података скалабилни пропусни опсег, предвидљиву латенцију и структуру изграђену за густ саобраћај у правцу исток-запад, а смањује се додавањем прекидача уместо да их замењује. Али његова вредност у потпуности зависи од планирања. Пре избора хардвера, одредите број портова, капацитет уплинк-а, циљ прекомерне претплате, одлуке о подлози и преклапању и – што је исто тако важно – план каблова и оптичких каблова који повезује целу структуру. Ако ваш центар података расте, покреће дистрибуирана радна оптерећења или се припрема за повезивање са сервером веће брзине, следећи корак је да преведете те захтеве радног оптерећења у конкретан дизајн тканине, заједно са прекидачима, примопредајницима, кабловима и алатима за управљање како би он био здрав.
