Үүлэн үйлчилгээний хэрэгцээг хангахын тулд сүлжээг аажмаар Underlay болон Overlay гэж хуваадаг. Underlay сүлжээ нь уламжлалт өгөгдлийн төвд чиглүүлэлт болон шилжүүлэлт зэрэг физик тоног төхөөрөмж бөгөөд тогтвортой байдлын тухай ойлголтод итгэдэг бөгөөд сүлжээний найдвартай өгөгдөл дамжуулах чадварыг хангадаг. Overlay нь хэрэглэгчдэд ашиглахад хялбар сүлжээний үйлчилгээг үзүүлэхийн тулд үйлчилгээнд ойр, VXLAN эсвэл GRE протоколын капсулжуулалтаар дамжуулан бизнесийн сүлжээг агуулдаг. Underlay сүлжээ болон Ooverlay сүлжээ нь хоорондоо холбоотой бөгөөд салгагдсан бөгөөд бие биетэйгээ холбоотой бөгөөд бие даан хөгжиж чаддаг.
Underlay сүлжээ нь сүлжээний үндэс суурь юм. Хэрэв underlay сүлжээ тогтворгүй бол бизнест SLA байхгүй. Гурван давхаргат сүлжээний архитектур болон Fat-Tree сүлжээний архитектурын дараа өгөгдлийн төвийн сүлжээний архитектур нь Spine-Leaf архитектур руу шилжиж байгаа бөгөөд энэ нь CLOS сүлжээний загварын гурав дахь хэрэглээг эхлүүлсэн.
Уламжлалт дата төвийн сүлжээний архитектур
Гурван давхаргат дизайн
2004-2007 онуудад гурван түвшний сүлжээний архитектур нь өгөгдлийн төвүүдэд маш их алдартай байсан. Энэ нь гурван давхаргатай: цөм давхарга (сүлжээний өндөр хурдны шилжүүлэгч гол тулгуур), нэгтгэх давхарга (бодлогод суурилсан холболтыг хангадаг), хандалтын давхарга (ажлын станцуудыг сүлжээнд холбодог). Загвар нь дараах байдалтай байна:
Гурван давхаргат сүлжээний архитектур
Гол давхарга: Гол унтраалга нь өгөгдлийн төв рүү болон түүнээс пакетуудыг өндөр хурдаар дамжуулах, олон нэгтгэх давхаргатай холбогдох, мөн ерөнхийдөө бүхэл бүтэн сүлжээнд үйлчилдэг уян хатан L3 чиглүүлэлтийн сүлжээг хангадаг.
Нэгтгэх давхарга: Нэгтгэх унтраалга нь хандалтын унтраалгатай холбогдож, галт хана, SSL ачаалал, халдлага илрүүлэх, сүлжээний шинжилгээ гэх мэт бусад үйлчилгээг үзүүлдэг.
Хандалтын түвшин: Хандалтын унтраалга нь ихэвчлэн тавиурын дээд хэсэгт байрладаг тул тэдгээрийг ToR (Top of Rack) унтраалга гэж нэрлэдэг бөгөөд тэдгээр нь серверүүдтэй физик байдлаар холбогддог.
Ерөнхийдөө нэгтгэх унтраалга нь L2 ба L3 сүлжээнүүдийн хоорондох зааг цэг юм: L2 сүлжээ нь нэгтгэх унтраалгын доор, L3 сүлжээ нь дээр байрладаг. Нэгтгэх унтраалгын бүлэг бүр нь Хүргэлтийн Цэгийг (POD) удирддаг бөгөөд POD бүр нь бие даасан VLAN сүлжээ юм.
Сүлжээний давталт ба тархалтын модны протокол
Гогцоо үүсэх нь ихэвчлэн тодорхойгүй очих замаас үүдэлтэй төөрөгдлөөс үүдэлтэй байдаг. Хэрэглэгчид сүлжээ байгуулахдаа найдвартай байдлыг хангахын тулд ихэвчлэн илүүдэл төхөөрөмж болон илүүдэл холбоосуудыг ашигладаг тул гогцоо зайлшгүй үүсдэг. 2-р түвшний сүлжээ нь нэг нэвтрүүлгийн домэйнд байрладаг бөгөөд нэвтрүүлгийн пакетууд гогцоонд дахин дахин дамжуулагдаж, нэвтрүүлгийн шуурга үүсгэдэг бөгөөд энэ нь порт бөглөрч, тоног төхөөрөмжийн саажилтыг шууд үүсгэж болзошгүй юм. Тиймээс нэвтрүүлгийн шуурганаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд гогцоо үүсэхээс урьдчилан сэргийлэх шаардлагатай.
Гогцоо үүсэхээс урьдчилан сэргийлэх, найдвартай байдлыг хангахын тулд зөвхөн илүүдэл төхөөрөмж болон илүүдэл холбоосуудыг нөөц төхөөрөмж болон нөөц холбоос болгон хувиргах боломжтой. Өөрөөр хэлбэл, илүүдэл төхөөрөмжийн порт болон холбоосууд нь хэвийн нөхцөлд хаагдсан бөгөөд өгөгдлийн багцуудыг дамжуулахад оролцдоггүй. Зөвхөн одоогийн дамжуулах төхөөрөмж, порт, холбоос эвдэрч, сүлжээний ачаалал үүссэн тохиолдолд л илүүдэл төхөөрөмжийн порт болон холбоосууд нээгдэж, сүлжээг хэвийн байдалд нь оруулах боломжтой болно. Энэхүү автомат хяналтыг Spanning Tree Protocol (STP) хэрэгжүүлдэг.
Спринг модны протокол нь хандалтын давхарга болон угаалтуурын давхаргын хооронд ажилладаг бөгөөд түүний гол цөм нь STP-ээр идэвхжүүлсэн гүүр бүр дээр ажилладаг спринг модны алгоритм бөгөөд энэ нь давхар зам байгаа үед гүүр холбохоос зайлсхийх зорилгоор тусгайлан бүтээгдсэн байдаг. STP нь мессеж дамжуулах хамгийн сайн өгөгдлийн замыг сонгож, спринг модны хэсэг биш холбоосуудыг хориглодог бөгөөд хоёр сүлжээний зангилааны хооронд зөвхөн нэг идэвхтэй зам үлдэж, нөгөө дээш чиглэсэн холбоос хаагдана.
STP нь олон давуу талтай: энгийн, залгаад тоглодог бөгөөд маш бага тохиргоо шаарддаг. Под бүр дэх машинууд нь нэг VLAN-д хамаардаг тул сервер нь IP хаяг болон гарцыг өөрчлөхгүйгээр байршлыг под дотор дур мэдэн шилжүүлж чаддаг.
Гэсэн хэдий ч зэрэгцээ дамжуулах замуудыг STP ашиглаж чадахгүй бөгөөд энэ нь VLAN доторх давхардсан замуудыг үргэлж идэвхгүй болгоно. STP-ийн сул талууд:
1. Топологийн удаан нэгдэл. Сүлжээний топологи өөрчлөгдөхөд spanning tree протокол нь топологийн нэгдлийг дуусгахад 50-52 секунд зарцуулдаг.
2, ачааллын тэнцвэржүүлэлтийн функцийг хангаж чадахгүй. Сүлжээнд давталт байгаа үед spanning tree протокол нь давталтыг хааж, холбоос нь өгөгдлийн пакетуудыг дамжуулж чадахгүй, сүлжээний нөөцийг үр ашиггүй зарцуулдаг.
Виртуалчлал болон Зүүн-Баруун замын хөдөлгөөний сорилтууд
2010 оноос хойш тооцоолол болон хадгалах нөөцийн ашиглалтыг сайжруулахын тулд өгөгдлийн төвүүд виртуалчлалын технологийг нэвтрүүлж эхэлсэн бөгөөд сүлжээнд олон тооны виртуал машинууд гарч ирж эхэлсэн. Виртуал технологи нь серверийг олон логик сервер болгон хувиргадаг бөгөөд виртуал машин бүр бие даан ажиллах боломжтой, өөрийн гэсэн үйлдлийн систем, APP, өөрийн гэсэн бие даасан MAC хаяг, IP хаягтай бөгөөд тэдгээр нь сервер доторх виртуал шилжүүлэгч (vSwitch)-ээр дамжуулан гадаад нэгжтэй холбогддог.
Виртуалчлал нь хамтрагч шаардлага тавьдаг: виртуал машинуудын шууд шилжилт хөдөлгөөн, виртуал машинууд дээрх үйлчилгээний хэвийн ажиллагааг хангахын зэрэгцээ виртуал машинуудын системийг нэг физик серверээс нөгөө сервер рүү шилжүүлэх чадвар. Энэ үйл явц нь эцсийн хэрэглэгчдэд мэдрэмтгий биш бөгөөд админууд хэрэглэгчдийн хэвийн хэрэглээнд нөлөөлөхгүйгээр серверийн нөөцийг уян хатан хуваарилах эсвэл физик серверүүдийг засварлаж, шинэчлэх боломжтой.
Шилжүүлгийн явцад үйлчилгээ тасалдахгүй байхын тулд зөвхөн виртуал машины IP хаяг өөрчлөгдөөгүй байхаас гадна шилжилтийн үед виртуал машины ажиллах төлөв (жишээ нь TCP сессийн төлөв)-ийг хадгалах шаардлагатай тул виртуал машины динамик шилжилтийг зөвхөн ижил 2-р давхаргын домэйнд хийх боломжтой боловч 2-р давхаргын домэйны шилжилтээр хийх боломжгүй юм. Энэ нь хандалтын давхаргаас цөм давхарга руу илүү том L2 домэйнүүдийг бий болгох хэрэгцээг бий болгодог.
Уламжлалт том 2-р түвшний сүлжээний архитектурт L2 болон L3-ийн хоорондох хуваах цэг нь гол шилжүүлэгч дээр байрладаг бөгөөд гол шилжүүлэгчийн доорх өгөгдлийн төв нь бүрэн нэвтрүүлгийн домэйн буюу L2 сүлжээ юм. Ингэснээр төхөөрөмжийн байршуулалт болон байршлын шилжилтийн дур зоргын байдлыг ухамсарлаж болох бөгөөд IP болон гарцын тохиргоог өөрчлөх шаардлагагүй болно. Өөр өөр L2 сүлжээнүүд (VLans) нь гол шилжүүлэгчээр дамждаг. Гэсэн хэдий ч энэхүү архитектурын дагуу гол шилжүүлэгч нь асар том MAC болон ARP хүснэгтийг хадгалах шаардлагатай бөгөөд энэ нь гол шилжүүлэгчийн чадварт өндөр шаардлага тавьдаг. Үүнээс гадна, хандалтын шилжүүлэгч (TOR) нь бүхэл бүтэн сүлжээний цар хүрээг хязгаарладаг. Эдгээр нь эцэстээ сүлжээний цар хүрээ, сүлжээний өргөтгөл болон уян хатан чадварыг хязгаарлаж, хуваарийн гурван давхаргын саатлын асуудлыг хязгаарлаж, ирээдүйн бизнесийн хэрэгцээг хангаж чадахгүй.
Нөгөөтэйгүүр, виртуалчлалын технологийн авчирсан зүүн-баруун урсгал нь уламжлалт гурван давхаргат сүлжээнд бэрхшээл учруулдаг. Өгөгдлийн төвийн урсгалыг дараах ангилалд хувааж болно.
Хойд-өмнөд замын хөдөлгөөн:Өгөгдлийн төвөөс гадуурх үйлчлүүлэгчид болон өгөгдлийн төвийн серверийн хоорондох урсгал, эсвэл өгөгдлийн төвийн серверээс интернет рүү чиглэсэн урсгал.
Зүүн-баруун замын хөдөлгөөн:Өгөгдлийн төв доторх серверүүдийн хоорондох урсгал, түүнчлэн өөр өөр өгөгдлийн төвүүдийн хоорондох урсгал, тухайлбал өгөгдлийн төвүүдийн хоорондох ослын дараах сэргээлт, хувийн болон нийтийн үүлэн хоорондын харилцаа холбоо.
Виртуалчлалын технологийг нэвтрүүлснээр програмуудыг байршуулах нь улам бүр тархсан болж байгаа бөгөөд "гаж нөлөө" нь зүүн-баруун чиглэлийн урсгал нэмэгдэж байгаа явдал юм.
Уламжлалт гурван түвшний архитектурыг ихэвчлэн Хойд-Өмнөд чиглэлийн хөдөлгөөнд зориулан бүтээсэн байдаг.Үүнийг зүүнээс баруун тийш чиглэсэн хөдөлгөөнд ашиглаж болох ч эцэст нь шаардлагатай хэмжээгээр ажиллахгүй байж магадгүй юм.
Уламжлалт гурван шатлалт архитектур ба Нурууны навчны архитектур
Гурван түвшний архитектурт зүүн-баруун урсгалыг нэгтгэх болон цөм давхаргууд дахь төхөөрөмжүүдээр дамжуулан дамжуулах ёстой. Энэ нь шаардлагагүйгээр олон зангилаагаар дамждаг. (Сервер -> Хандалт -> Нэгтгэх -> Цөм Шилжүүлэгч -> Нэгтгэх -> Хандалтын Шилжүүлэгч -> Сервер)
Тиймээс, хэрэв зүүн-баруун чиглэлийн их хэмжээний урсгалыг уламжлалт гурван шатлалт сүлжээний архитектураар дамжуулбал нэг шилжүүлэгч портод холбогдсон төхөөрөмжүүд зурвасын өргөний төлөө өрсөлдөж, улмаар эцсийн хэрэглэгчдийн хариу үйлдэл үзүүлэх хугацаа муудах болно.
Уламжлалт гурван давхаргат сүлжээний архитектурын сул талууд
Уламжлалт гурван давхаргат сүлжээний архитектур нь олон дутагдалтай талуудтай болохыг харж болно:
Зурвасын өргөний хаягдал:Давталтаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд STP протоколыг ихэвчлэн нэгтгэх давхарга болон хандалтын давхаргын хооронд ажиллуулдаг бөгөөд ингэснээр хандалтын свичийн зөвхөн нэг дээш чиглэсэн холбоос нь урсгалыг үнэхээр дамжуулдаг бөгөөд бусад дээш чиглэсэн холбоосууд хаагдах бөгөөд энэ нь зурвасын өргөний үрэлгэн байдалд хүргэдэг.
Том хэмжээний сүлжээг байрлуулахад тулгардаг бэрхшээлүүд:Сүлжээний цар хүрээ өргөжихийн хэрээр өгөгдлийн төвүүд өөр өөр газарзүйн байршилд тархсан бөгөөд виртуал машинуудыг үүсгэж, хаашаа ч шилжүүлэх шаардлагатай болсон бөгөөд тэдгээрийн IP хаяг, гарц зэрэг сүлжээний шинж чанарууд өөрчлөгдөөгүй хэвээр байгаа нь өөх давхаргын 2-р давхаргын дэмжлэгийг шаарддаг. Уламжлалт бүтцэд ямар ч шилжүүлэг хийх боломжгүй юм.
Зүүн-Баруун чиглэлийн замын хөдөлгөөний хомсдол:Гурван шатлалт сүлжээний архитектур нь голчлон Хойд-Өмнөд урсгалд зориулагдсан боловч зүүн-баруун урсгалыг дэмждэг боловч дутагдалтай талууд нь илэрхий юм. Зүүн-баруун урсгал их байх үед нэгтгэх давхарга болон цөм давхаргын шилжүүлэгч дээрх даралт ихээхэн нэмэгдэж, сүлжээний хэмжээ болон гүйцэтгэл нь нэгтгэх давхарга болон цөм давхаргаар хязгаарлагдах болно.
Энэ нь аж ахуйн нэгжүүдийг өртөг болон өргөтгөх боломжийн дилеммад хүргэдэг:Том хэмжээний өндөр хүчин чадалтай сүлжээг дэмжихэд олон тооны конвергенцийн давхарга болон цөмийн давхаргын тоног төхөөрөмж шаардлагатай бөгөөд энэ нь аж ахуйн нэгжүүдэд өндөр зардал авчрахаас гадна сүлжээг барихдаа сүлжээг урьдчилан төлөвлөх шаардлагатай болдог. Сүлжээний цар хүрээ бага байх үед нөөцийн гарз хохирол учруулж, сүлжээний цар хүрээ өргөжин тэлсээр байвал өргөжүүлэхэд хэцүү байдаг.
Нурууны навчны сүлжээний архитектур
Spine-Leaf сүлжээний архитектур гэж юу вэ?
Дээрх асуудлуудад хариу өгөхийн тулд,Бидний leaf ridge сүлжээ гэж нэрлэдэг Spine-Leaf сүлжээний архитектур хэмээх шинэ дата төвийн загвар гарч ирэв.
Нэрнээс нь харахад архитектур нь нурууны унтраалга болон навчны унтраалга зэрэг Нурууны давхарга болон Навчны давхаргатай.
Нурууны навчны архитектур
Навчны унтраалга бүр нь хоорондоо шууд холбогдоогүй бүх нурууны унтраалгатай холбогдсон бөгөөд бүрэн торон топологи үүсгэдэг.
Spine-and-leaf горимд нэг серверээс нөгөө сервер рүү холбогдох нь ижил тооны төхөөрөмжөөр (Server -> Leaf -> Spine Switch -> Leaf Switch -> Server) дамждаг бөгөөд энэ нь урьдчилан таамаглах боломжтой хоцрогдолыг баталгаажуулдаг. Учир нь пакет хүрэх газартаа хүрэхийн тулд зөвхөн нэг spine болон өөр нэг leaf-ээр дамжин өнгөрөхөд л хангалттай.
Spine-Leaf хэрхэн ажилладаг вэ?
Leaf Switch: Энэ нь уламжлалт гурван түвшний архитектурын хандалтын свичтэй дүйцэхүйц бөгөөд физик сервертэй TOR (Top Of Rack) хэлбэрээр шууд холбогддог. Хандалтын свичийн ялгаа нь L2/L3 сүлжээний зааглах цэг одоо Leaf свич дээр байрладаг. Leaf свич нь 3 давхаргын сүлжээний дээр, Leaf свич нь бие даасан L2 өргөн нэвтрүүлгийн домэйны доор байрладаг бөгөөд энэ нь том 2 давхаргын сүлжээний BUM асуудлыг шийддэг. Хэрэв хоёр Leaf сервер холбогдох шаардлагатай бол тэд L3 чиглүүлэлтийг ашиглаж, Spine свичээр дамжуулан дамжуулах шаардлагатай.
Спийт Свич: Гол свичтэй дүйцэхүйц. ECMP (Equal Cost Multi Path)-ийг Спийт болон Лийфт свичүүдийн хооронд олон замыг динамикаар сонгоход ашигладаг. Ялгаа нь Спийт нь одоо Лийфт свичийн уян хатан L3 чиглүүлэлтийн сүлжээг хангаж байгаа тул өгөгдлийн төвийн хойд-өмнөд урсгалыг шууд биш харин Спийт свичээс чиглүүлж болно. Хойд-өмнөд урсгалыг захын свичээс Лийфт свичтэй зэрэгцээ WAN чиглүүлэгч рүү чиглүүлж болно.
Spine/Leaf сүлжээний архитектур болон уламжлалт гурван давхаргат сүлжээний архитектурын харьцуулалт
Нурууны навчны давуу талууд
Хавтгай:Хавтгай дизайн нь серверүүдийн хоорондох холбооны замыг богиносгож, улмаар хоцрогдол багасдаг бөгөөд энэ нь програм болон үйлчилгээний гүйцэтгэлийг мэдэгдэхүйц сайжруулдаг.
Сайн өргөтгөх боломжтой:зурвасын өргөн хангалтгүй үед ridge switch-ийн тоог нэмэгдүүлснээр зурвасын өргөнийг хэвтээ байдлаар өргөтгөж болно. Серверийн тоо нэмэгдэх үед портын нягтрал хангалтгүй бол навч switch нэмж болно.
Зардлын бууралт: Навчны зангилаанаас гарах эсвэл нурууны зангилаанаас гарах хойд болон өмнө зүгийн урсгал. Зүүн-баруун урсгал нь олон замаар тархсан. Ингэснээр навчны нурууны сүлжээ нь үнэтэй модульчлагдсан унтраалга шаардлагагүйгээр тогтмол тохиргооны унтраалга ашиглаж, дараа нь зардлыг бууруулж чадна.
Бага саатал болон түгжрэлээс зайлсхийх:Leaf ridge сүлжээнд өгөгдлийн урсгал нь эх үүсвэр болон очих газраас үл хамааран сүлжээгээр ижил тооны холболттой байдаг бөгөөд дурын хоёр сервер нь Leaf - >Spine - >Leaf гурван холболттой холболттой байдаг. Энэ нь илүү шууд урсгалын замыг бий болгодог бөгөөд энэ нь гүйцэтгэлийг сайжруулж, саад бэрхшээлийг бууруулдаг.
Өндөр аюулгүй байдал ба хүртээмж:STP протоколыг уламжлалт гурван шатлалт сүлжээний архитектурт ашигладаг бөгөөд төхөөрөмж эвдэрсэн үед дахин нэгдэж, сүлжээний гүйцэтгэлд эсвэл бүр эвдрэлд нөлөөлдөг. Leaf-ridge архитектурт төхөөрөмж эвдэрсэн үед дахин нэгдэх шаардлагагүй бөгөөд урсгал бусад хэвийн замаар үргэлжилсээр байдаг. Сүлжээний холболтод нөлөөлөхгүй бөгөөд зурвасын өргөн нь зөвхөн нэг замаар буурч, гүйцэтгэлд бага нөлөө үзүүлдэг.
ECMP-ээр дамжуулан ачааллыг тэнцвэржүүлэх нь SDN зэрэг төвлөрсөн сүлжээний удирдлагын платформуудыг ашигладаг орчинд маш тохиромжтой. SDN нь бөглөрөл эсвэл холболт тасарсан тохиолдолд урсгалыг тохируулах, удирдах, дахин чиглүүлэх боломжийг хялбаршуулдаг бөгөөд ухаалаг ачааллыг тэнцвэржүүлэх бүрэн торон топологийг тохируулах, удирдах харьцангуй энгийн арга болгодог.
Гэсэн хэдий ч Spine-Leaf архитектур нь зарим хязгаарлалттай:
Нэг сул тал нь свичийн тоо нь сүлжээний хэмжээг нэмэгдүүлдэг явдал юм. Leaf Ridge сүлжээний архитектурын өгөгдлийн төв нь свич болон сүлжээний тоног төхөөрөмжийг үйлчлүүлэгчдийн тоотой пропорциональ байдлаар нэмэгдүүлэх шаардлагатай байдаг. Хостуудын тоо нэмэгдэхийн хэрээр ridge switch руу холбогдохын тулд олон тооны навч свич шаардлагатай болдог.
Хүрээ болон навчны унтраалгыг шууд холбоход тохирох байдал шаардлагатай бөгөөд ерөнхийдөө навч болон хярны унтраалгын хоорондох зурвасын өргөний харьцаа 3:1-ээс хэтрэхгүй байх ёстой.
Жишээлбэл, навч шилжүүлэгч дээр нийт портын багтаамж нь 480Gbps бөгөөд 48 10Gbps хурдтай клиент байдаг. Хэрэв навч шилжүүлэгч бүрийн дөрвөн 40G uplink портыг 40G ridge шилжүүлэгчтэй холбосон бол 160Gb/s uplink багтаамжтай болно. Харьцаа нь 480:160 буюу 3:1 байна. Өгөгдлийн төвийн uplink нь ихэвчлэн 40G эсвэл 100G байдаг бөгөөд цаг хугацааны явцад 40G (Nx 40G) эхлэх цэгээс 100G (Nx 100G) руу шилжиж болно. Портын холболтыг хаахгүйн тулд uplink нь үргэлж downlink-ээс хурдан ажиллах ёстой гэдгийг анхаарах нь чухал юм.
Spine-Leaf сүлжээ нь мөн тодорхой утас холболтын шаардлага тавьдаг. Навчны зангилаа бүрийг нурууны унтраалга бүрт холбох ёстой тул бид илүү их зэс эсвэл шилэн кабелиуд тавих шаардлагатай болдог. Холболтын зай нь зардлыг нэмэгдүүлдэг. Холбогдсон унтраалга хоорондын зайнаас хамааран Spine-Leaf архитектурт шаардлагатай өндөр зэрэглэлийн оптик модулиудын тоо нь уламжлалт гурван шатлалт архитектураас хэдэн арван дахин их байдаг бөгөөд энэ нь нийт байршуулалтын зардлыг нэмэгдүүлдэг. Гэсэн хэдий ч энэ нь оптик модулийн зах зээл, ялангуяа 100G болон 400G зэрэг өндөр хурдны оптик модулиудын хувьд өсөлтөд хүргэсэн.
Нийтэлсэн цаг: 2026 оны 1-р сарын 26
