隨著服務器的指數級增長和數據中心交換層的擴展，spine-leaf架構正逐漸取代傳統的三層架構成為后起之秀。那么你對spine-leaf架構了解多少呢？你如何構建脊葉架構？我們將解釋什么是 spine-leaf 架構以及如何設計它。

什么是脊葉架構？

spine-leaf 架構僅由兩層交換機組成：spine 和 leaf switches。主干層由執行路由并作為網絡核心工作的交換機組成。葉子層涉及連接到服務器、存儲設備和其他最終用戶的接入交換機。這種結構有助于數據中心網絡減少跳數并減少網絡延遲。

在 spine-leaf 架構中，每個葉子交換機都連接到每個 spine 交換機。通過這種設計，任何服務器都可以與任何其他服務器進行通信，并且任何兩個葉交換機之間的互連交換機路徑都不會超過一個。

為什么使用脊葉架構？

Spine-Leaf架構已經成為一種流行的數據中心架構，為數據中心帶來了很多優勢，比如可擴展性、網絡性能等。Spine-Leaf架構在現代網絡中的優勢總結為三點。

增加冗余：?spine-leaf架構將服務器與核心網絡連接起來，在超大規模數據中心中具有更高的靈活性。在這種情況下，葉子交換機可以部署為服務器和核心網絡之間的橋梁。每個葉交換機都連接到所有主干交換機，從而創建一個大型無阻塞結構，提高冗余級別并減少流量瓶頸。

性能提升：?Spine-Leaf架構通過應用多鏈路透明互連（TRILL）、最短路徑橋接（SPB）等協議或技術，可以有效避免流量擁塞。Spine-Leaf架構可以是Layer 2或Layer 3，因此可以將上行鏈路添加到Spine交換機以擴展層間帶寬并減少超額訂閱以確保網絡穩定性。

可擴展性：?spine-leaf架構有多個鏈路可以承載流量。交換機的加入將提高可擴展性，有助于企業后期業務擴展。

Spine-leaf 與傳統的三層架構

spine-leaf 架構和 3-tier 架構的主要區別在于網絡層數，它們轉換的流量是南北向或東西向流量。

如下圖所示，傳統的三層網絡架構由核心層、匯聚層和接入層三層組成。接入交換機連接服務器和存儲設備，匯聚層匯聚接入層流量，提供接入層冗余連接，核心層提供網絡傳輸。但這種三層拓撲通常是為南北向流量設計的，使用STP協議，最多支持100臺交換機。在網絡數據不斷膨脹的情況下，這將不可避免地造成端口堵塞，擴展性受限。

Spine-Leaf架構是在主干網的南北向網絡架構中加入東西向流量并行，從根本上解決傳統三層網絡架構的瓶頸問題。它在接入層下增加了交換層，兩個節點之間的數據傳輸直接在這一層完成，從而分流了骨干網傳輸。與傳統的三層架構相比，spine-leaf 架構通過 spine 和葉子之間的單跳提供連接，最大限度地減少了延遲和瓶頸。在脊葉架構中，交換機配置是固定的，因此動態服務器環境不需要更改網絡。

如何設計脊葉架構？

在設計 spine-leaf 架構之前，您需要弄清楚一些重要且相關的考慮因素，尤其是超額訂閱率和 spine 交換機的大小。當然，我們也給出了詳細的例子供大家參考。

脊葉架構的設計考慮

超額訂閱率：即所有設備同時發送流量時的競爭率。它可以在北/南方向（進入/離開數據中心的流量）和東/西方向（數據中心內設備之間的流量）進行測量。現代網絡架構最合適的超額訂閱比率是 3:1 或更低，它被測量和描述為上行帶寬（到主干交換機）和下行容量（到服務器/存儲）之間的比率。

例如，葉子交換機有 48 個 10G 端口，總端口容量為 480Gb/s。如果將每個葉子交換機的 4 個 40G 上行鏈路端口連接到 40G 主干交換機，它將具有 160Gb/s 的上行鏈路容量。該比例為 480:160，即 3:1。然而，數據中心上行鏈路通常為 40G 或 100G，并且可以隨著時間的推移從 40G (Nx 40G) 的起點遷移到 100G (Nx 100G)。重要的是要注意上行鏈路應始終比下行鏈路運行得更快，以免端口鏈路阻塞。

葉子和主干大小調整：拓撲中葉子交換機的最大數量由主干交換機的端口密度決定。主干交換機的數量將由葉交換機之間所需的吞吐量、冗余/ECMP（等效多路徑）路徑的數量及其端口密度的組合來控制。所以需要考慮spine-leaf交換機的數量和端口密度，以防止出現網絡問題。

第 2 層或第 3 層設計：可以在第 2 層（配置 VLAN）或第 3 層（子網劃分）構建兩層脊葉結構。第 2 層設計需要提供最大的靈活性，允許 VLAN 跨越任何地方，MAC 地址可以遷移到任何地方。第 3 層設計需要提供最快的收斂時間和最大的規模，扇出 ECMP 支持多達 32 個或更多活動主干交換機。

Spine-leaf架構如何部署Spine-leaf交換機？

考慮到這幾點，并且考慮到建設數據中心的迫切需要，主要目標是架構中至少有480x10G的服務器。這里我們給出了一個示例，幫助您快速完成spine-leaf架構設計。

我們使用提供40G端口的NC8200-4TD作為Spine交換機，使用提供40G/10G端口的N5850-48S6Q作為Leaf交換機。這樣上行帶寬為40G，下行帶寬為10G。但是，由于leaf和spine之間的合理帶寬比不能超過3:1，所以每個leaf交換機最多可以在這里連接24x10G的服務器。我們在這里可以獲得的總帶寬是 480x10G。在整個鏈路傳輸中，交換機同時支持PFC、MLAG、VXLAN或EVPN-VXLAN等相關虛擬技術，足以實現結構可靠性。

數據中心主干枝葉交換機推薦

首先，您需要了解脊葉交換機的性能特點，如端口密度、虛擬化技術、冗余硬件等，然后根據您的部署需要選擇合適的交換機，完成網絡架構。FS N系列數據中心交換機配備完善的虛擬化軟件系統，助您實現更高的網絡性能和快速部署。