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脊叶架构(Leaf And Spine Architecture)与NETGEAR M4300的创新

2016-4-3 10:30| 发布者: 渝粤| 查看: 1297| 评论: 2|原作者: 渝粤

摘要: Leaf And Spine脊叶架构原本是应用于数据中心的技术,NETGEAR的创新,是将其带到商业网络中来,使商业用户也能使用数据中心的高可用、高性能架构。传统的拓扑设计,是典型的3层架构:接入-汇聚-核心。3层架构于特定 ...

Leaf And Spine脊叶架构原本是应用于数据中心的技术,NETGEAR的创新,是将其带到商业网络中来,使商业用户也能使用数据中心的高可用、高性能架构。

传统的拓扑设计,是典型的3层架构:接入-汇聚-核心。3层架构于特定的应用类型有其合理性。对于进出数据中心的数据来说3层架构比较合理,如对外提供服务的应用:Web服务器,Exchange,Sharepoint之类的应用,客户端和服务器需要多次通信,同时流量也比较可观的。但是,此架构的典型问题是,为了防止环路,生成树协议STP一般会block掉其中50%的冗余链路,也意味着,50%的链路带宽被浪费了。如下图所示:

1.png


举个例子,如上图的3层拓扑设计,连接在最左边接入交换机的服务器,要跟连接在最右边的接入交换的服务器通信,由于STP将部分链路block了,那么其通信路径需要从接入层至汇聚层至核心,再回到汇聚、接入。这并非最高效的路径,而且还导致了更高的延迟、浪费了更多的带宽。现今商业数据中心的应用类型正在发生改变,其流量模型也在发生变化,更多的是内部交换数据,如服务器与服务器之间,服务器与存储之间。典型的应用如多台虚拟化服务器之间进行集群,多台存储进行Scale-Out等,都需要整个数据中心能够提供高性能、高可靠的内部交换。如果企业内部多几十、几百台服务器进行集群,最想避免的事情,就是无法预估的延迟和带宽。即使你购买了超强的服务器,但是互相之间沟通的渠道——网络效率不高的话,那么也是浪费。

这就像企业组织架构,多层次企业组织架构的效率总比不上扁平化组织架构。那么如何从3层架构,转变到“分布式核心”架构?这就是我们今天要说的脊叶架构:Spine And Leaf。Spine(脊)交换机和Leaf(叶)交换机是脊叶架构的2个主要组件。可以把脊交换机当作3层架构里面的核心交换机,只是,这里的脊交换机不再是3层架构中的大型机箱式交换机,而是高端口密度的10G交换机即可。而叶交换机就是接入层。叶交换机提供网络连接给终端、服务器,同时上联给脊交换机。那么重点来了,每一台叶交换机都连接到每一台脊交换机。如下图所示:


2.png


这么做的意义,就是无论服务器连接到哪台接入交换机,当它跟其他交换机通信的时候,其走的路径所经过的设备数都是一样的,除非两台服务器在同一台叶交换机。这样,在降低网络延迟的同时,其延迟值也可以预估得到。

典型的脊叶架构部署,需要众多脊交换机和叶交换机,如上图的小规模部署基本可以说明此架构的部署方法。其奇妙的地方是,与其将压力集中在几台核心层机箱式 交换机,不如将所有负载均衡分担给所有脊交换机。

3.png


Leaf And Spine脊叶架构原本是应用于数据中心的技术,NETGEAR的创新,是将其带到商业网络中来,使商业用户也能使用数据中心的高可用、高性能架构。并且,NETGEAR实现了万兆型号和千兆型号交换机的无缝堆叠。通过将叶交换机和脊交换机堆叠在一起,实现最高可用的架构、最高可用的带宽和最低的延迟。如上图所示,将M4300系列的千兆型号作为叶交换机,将M4300的高密度万兆型号作为脊交换机,并且将其堆叠在一起,脊叶架构带来最高的性能,源于每一台叶交换机(1G)都连接到每一台脊交换机,实现完全无阻塞的部署。管理单元不中断失效切换并不停歇转发,叶交换机保持转发2层和3层流量,同时备份脊单元确保与核心的连接。如上图的BUILDING 3,右下方的7台交换机,作为一个堆叠组,上面的2台是作为脊交换机,下面的5台是叶交换机。脊交换机分别是Stack Master(堆叠主单元)和Stack Slave。当主单元发生故障的时候,备份单元将会立刻接替,与非脊叶架构的区别,是这样的堆叠架构,只需要丢失几个数据包备份即可接替,整个应用线程将不会丢失,如ISCSI之类的应用,将不会丢失连接。而对于传统的环型堆叠,则一般需要1分钟以上的时间stack slave才能接替master的角色。


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引用 谢华 2018-1-6 17:38
thanks for share

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