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脊叶网络架构下的布线是怎样的

网格布局化的布线模块可以让数据中间治理员最大年夜限度地使用收集投资。

在以前十年中,跟着收集规模的增长,我们可以看到收集从传统的三层收集架构向更平坦、更宽的脊叶架构的转变。凭借其完全网状的连接要领,脊叶架构为我们供给了我们所愿望的可猜测的高速收集机能,以及收集互换布局中的靠得住性。

然则在有诸多优点的同时,脊叶布局在布局化布线方面也提出了寻衅。在本文中,我们将钻研若何构建和扩展一个4路脊柱,并慢慢成长到更多的脊柱收集(如16路脊柱),并在收集成长历程中维持线速率切换能力和冗余。我们也将在布局化布线的主要区域内,探究两种措施的优点和毛病:一种措施应用传统的光纤跳线,另一种应用光学网格模块。

成长简史

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资源,不停是数据中间和互联网成长的推动力。以太网互换机在切换之前会查看它接管到的每一个包。它只打开外层信封来读取第2层的地址,而不用读取IP地址。这容许以太网互换机异常快速地移动数据包。

只管以太网效率很高,但跟着收集规模的增大年夜,它也存在一些毛病。在一个由多个以太网互换机组成的收集中,为了阻拦地址解析协议(ARP)哀求等广播包在收集中泛滥和轮回,应用了一种称为天生树协议(STP)的技巧。STP壅闭冗余链接以防止收集中发生轮回。在STP技巧上运行的收集在主链路掉败时应用冗余链路作为故障转移。这为根基布局供给了弹性,价值是可用带宽的使用率仅为一半。

以前很长的一段光阴,我们都在应用天生树的逻辑来构建收集,直到我们碰到了一系列新的问题。第一个问题是我们的双核收集有限,没有增长空间(为了办事越来越多的客户,我们的收集必要响应地增长)。第二个问题是延迟。假如我们有一个大年夜的收集,我们平日把它们分成更小的收集,我们称之为虚拟局域网(VLAN)。这将导致不合类型的数据流量具有不合的延迟。与经由过程第3层核心的不合VLAN之间的流量比拟,在单个VLAN中经由过程第2层收集的流量具有不合的延迟。

支持天生树协议的范例三层收集。冗余链接被阻拦,以防止收集轮回。

脊叶架构简介

今世电子商务、社交媒体和云利用法度榜样大年夜多应用散播式谋略为客户办事。散播式谋略是指办事器与办事器进行对话并并行事情,以创建动态web页面并回答客户问题;它必要相同的延迟。等待结果会让客户不知足。我们必要一个收集架构,它可以平均地增长,并为今世利用法度榜样供给统一的延迟。

这些问题的办理规划来自于一种收集架构,即本日所说的“脊叶架构”。自1952年Charles Clos首次引入多级电路互换收集(也称为Clos收集)以来,这个设法主见就不停存在。这种收集架构的主干称为脊(Spin),每个叶(Leaf) 都经由过程脊连接到进一步扩展的收集资本。只需添加更多的脊或叶互换机,收集就可以平均地增长,而不会改变收集机能。

与传统的3层架构比拟,收集的脊部分水平增长,约束了收集的层数。例如,经由过程双向脊收集,我们可以建立收集,支持多达6000台主机,经由过程4路脊收集,我们可以建立收集多达12000台主机,经由过程16路脊收集,我们可以跨越100,000台10-GbE主机。

其次,所有的叶互换机都连接到架构中每个可用的脊互换机。这种完全网格化的架构容许任何连接到叶的主机只应用两个跃点连接其他主机,即互换机到互换机连接。例如,从叶互换机1到脊互换机1,然后从脊互换机1到叶互换机10。由于全部脊层是用冗余要领构建的(在脊或叶互换机宕机的环境下),以是可以自动应用替代路径和资本。

建立脊叶布局收集的基础规则如下:

主要构建模块是收集叶互换机和收集脊互换机。

所有主机只能连接到叶互换机。

叶互换机节制办事器之间的流量。

脊互换机在第2层或第3层的叶子互换机之间沿着最佳路径向前切换流量。

叶互换机上的上行端口数量抉择了脊互换机的最大年夜数量。

脊互换机端口数量抉择叶互换机的最大年夜数量

这些原则影响互换机制造商设计其设备的要领。

仔细察看一下脊互换机。假如我们察看一个范例的脊互换机,第一眼我们留意到多个扩展槽,例如4或8个来吸收不合的线卡,用于连接叶互换机上行链路。

在一个脊叶收集布局中,叶互换机节制办事器之间的流量,而脊互换机沿着叶互换机之间的最佳路径转发流量。一个被称为16路脊的架构可以扩展到支持跨越100,000个10千兆位以太网主机。

板卡可以有不合的类型,例如36x40G QSFP(用于40-Gig)端口或32x100G QSFP28(用于100-Gig)端口。QSFP (Quad small form pluggable)和QSFP28端口是空的,是以必须分手购买单模或多模收发机或有源光缆(AOC),或双绞电缆。一样平常规则是,脊互换机上可用端口的数量抉择可以连接到脊的叶互换机的数量,从而抉择可以连接到收集的最大年夜办事器数量。

接下来,我们将看到监控模块监控和治理全部互换机的操作。电源支持层供给富裕的电力,在脊互换机的后头,我们平日有收集模块,来和谐不合线卡之间的流量。在脊互换机的板卡上,平均散播叶互换机的上行链路连接,削减了经由过程布局模块的数据量,从而显明前进互换机机能。

这增添了端到端包裹交付光阴,也就意味着延迟,并必要采购额外的交叉板卡,而这意味着额外的资源。在接下来的章节中,我们将评论争论若何应用布线办理这些问题。

仔细察看叶互换机。当评论争论叶互换机时,主要斟酌的是上行端口的数量,它抉择了可以连接到若干个脊互换机,以及下行端口的数量,它抉择了可以连接到叶互换机的主机数量。上行链路端口可以支持40/100G速率,下行链路端口可以根据您计划应用的模块在10G/25G/40G/50G之间进行选择。

扩展具有冗余和线速互换的脊叶收集。让我们斟酌一下这种环境。我们有两个脊互换机,每个脊互换机上有四张板卡,然则每个叶互换机上只有四个上行端口。是否可以将这4个上行链路散播在8个板卡中,以维持冗余和线速互换?

假如我们应用40G SR4收发器,我们知道它们实际上是由4 x10G SR收发机组成的,一个40G- SR4端口可以被视为四个自力的10G端口。这称为端口分开利用(port break-out application)。端口分开容许我们扩展和冗余,由于我们扩展收集的要领,传统技巧上做不到。例如,可以将2x40G SR4收发器拆分为8 x10G端口,并轻松地将它们散播在8个板卡上。

应用传统端口分开的措施进行交叉连接--为了表示这一点,让我们应用康宁EDGE? 办理规划端口分开模块创建一个10G的交叉连接。我们可以应用EDGE办理规划端口分开模块在脊层端接所有40G QSFP端口。我们可以对叶互换机做同样的处置惩罚。现在,我们可以简单地在各自的叶互换机和脊互换机之间做一个LC 跳线连接。经由过程这样做,我们可以分开所有40G端口,并将它们散播在4个不合的板卡上。

冗余获得维持,这意味着假如你损掉了一个板卡,你只丧掉了25%的带宽。我们经由过程确保所有的板卡上都连接了所有的叶互换机来掩护线速互换,是以不必要经由过程垂直架构模块进行通信。每个黄色凸起显示的端口代表一个40G QSFP端口。

这是最优的服务要领吗? 不。这被称为应用旧对象构建新收集。

用网格模块交叉连接--有更好的措施吗?

让我们斟酌一下网格模块。这个网格模块连接到一侧的脊互换机和另一侧的叶互换机。脊互换机侧端口连接到脊互换机上的单板卡。每次我们在叶互换机侧连接一个叶互换机,它就会自动断开那个端口并将它们在网格模块上的脊互换机端口上从新连接,这些端口已经连接到零丁的板卡上了。

我们不必要做任何LC跳线的修补。我们仍旧实现了我们在上一个场景中考试测验的从新连接,我们有完全的冗余,我们可以从互换机得到完全的机能。

在这个设置中,一个网格模块连接到一侧的脊互换机和另一侧的叶互换机。脊互换机侧端口连接到脊互换机上的单板卡。每当用户连接叶互换机一侧的叶端子互换机时,该端口就会自动断开,并在网格模块上的脊互换机端口之间往返移动--这些端口已经连接到零丁的板卡上。不必要LC-LC跳线修补。

经由过程网格模块扩展收集--从双路脊互换机到4路脊互换机是轻易的。我们只必要在每个脊互换机上应用一个收集模块,并将每个从叶互换机而来的40G上行链路分配到每个脊互换机的4个板卡上。

应用网格模块,扩展4路脊互换机是很轻易的。我们将网格模块的脊互换机,连接到其他脊互换机。我们正在掉去板卡级的冗余和互换效率,但我们经由过程将风险散播在16路脊互换机上而得到了更多的冗余。是以,我们还应该投资矩阵模块,由于在同一个机箱中,不合的板卡上有不合的叶互换机。经由过程此项着末的扩展,我们可以获得一个比4路脊互换机大年夜四倍的收集。

应用网格模块有几个优点。我们可以低落45%的连接资源。经由过程用MTP接线代替LC接线,我们可以削减75%的拥塞。由于我们不必要配线架来进行LC断接和跳接,我们可以在设备主散播区 (MDA) 实现75%的空间节省。

历史奉告我们,跟着每一个新的技巧成长,我们必须发现新的服务措施。本日,这个行业正在向脊叶布局转变,互换机制造商已经为新一代的数据中间互换机架构设计了先辈的互换机系统。这种架构的基础要求是构建网格布局的布线模型,使您能够从矩阵架构投资中得到最大年夜的收益。

应用网格模块场景,我们可以逾越双路脊柱,以致逾越4路脊柱,达到如图所示的16路脊柱。实现这种措施后,用户确凿会损掉板卡级冗余和互换效率; 然而,经由过程将风险分散到16路脊柱,用户也得到了更多的冗余。对付这种类型的收集支配,值得在矩阵模块长进行投资,由于在这种环境下,同一机箱的不合板卡上连接着不合的叶互换机。

脊叶布局的网格连接可以应用标准MDA风格的布局化布线系统实现,我们可以将其与”应用旧对象构建新事物“的措施进行对照。应用网格模块作为构建下一代收集的新对象可以显明低落数据中间布局的繁杂性和连接资源。

责任编辑:ct

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