Болыт хезмәтләре ихтыяҗларын канәгатьләндерү өчен, челтәр әкренләп Underlay һәм Overlay төркемнәренә бүленә. Underlay челтәре - традицион мәгълүмат үзәгендә маршрутлаштыру һәм коммутация кебек физик җиһазлар, ул әле дә тотрыклылык концепциясенә ышана һәм ышанычлы челтәр мәгълүматларын тапшыру мөмкинлекләрен тәэмин итә. Overlay - кулланучыларга җиңел кулланыла торган челтәр хезмәтләрен күрсәтү өчен, хезмәткә якынрак, VXLAN яки GRE протоколы инкапсуляциясе аша аңа капланган бизнес челтәре. Underlay челтәре һәм Ooverlay челтәре бер-берсе белән бәйләнгән һәм аерылган, алар бер-берсе белән бәйләнгән һәм мөстәкыйль рәвештә үсә ала.
Underlay челтәре - челтәрнең нигезе. Әгәр underlay челтәре тотрыксыз булса, бизнес өчен SLA юк. Өч катламлы челтәр архитектурасыннан һәм Fat-Tree челтәр архитектурасыннан соң, мәгълүмат үзәге челтәр архитектурасы Spine-Leaf архитектурасына күчә, бу CLOS челтәр моделенең өченче кулланылышын башлап җибәрде.
Традицион мәгълүмат үзәге челтәр архитектурасы
Өч катламлы дизайн
2004 елдан 2007 елга кадәр өч дәрәҗәле челтәр архитектурасы мәгълүмат үзәкләрендә бик популяр иде. Аның өч катламы бар: үзәк катлам (челтәрнең югары тизлекле коммутация магистралы), агрегация катламы (сәясәткә нигезләнгән тоташуны тәэмин итә) һәм керү катламы (эш станцияләрен челтәргә тоташтыра). Модель түбәндәгечә:
Өч катламлы челтәр архитектурасы
Төп катлам: Төп коммутаторлар мәгълүмат үзәгенә һәм аннан пакетларны югары тизлектә җибәрүне, күп агрегация катламнарына тоташуны һәм гадәттә бөтен челтәргә хезмәт күрсәтә торган тотрыклы L3 маршрутизация челтәрен тәэмин итә.
Агрегация катламы: Агрегация коммутаторы керү коммутаторына тоташа һәм башка хезмәтләрне күрсәтә, мәсәлән, брандмауэр, SSL йөкләү, бәреп керүне ачыклау, челтәр анализы һ.б.
Керү катламы: Керү коммутаторлары гадәттә стеллажның өске өлешендә урнашкан, шуңа күрә алар шулай ук ToR (Стеллажның өске өлеше) коммутаторлары дип атала, һәм алар физик яктан серверларга тоташа.
Гадәттә, агрегация коммутаторы - L2 һәм L3 челтәрләре арасындагы чикләү ноктасы: L2 челтәре агрегация коммутаторы астында, ә L3 челтәре өстендә урнашкан. Һәр агрегация коммутаторлары төркеме үз җиткерү ноктасын (POD) идарә итә, һәм һәр POD - бәйсез VLAN челтәре.
Челтәр циклы һәм Спаннинг агачы протоколы
Цикллар барлыкка килү, нигездә, билгесез максат юллары аркасында килеп чыккан буталчыклык аркасында килеп чыга. Кулланучылар челтәрләр төзегәндә, ышанычлылыкны тәэмин итү өчен, гадәттә, артык җайланмалар һәм артык сылтамалар кулланалар, шуңа күрә цикллар котылгысыз рәвештә барлыкка килә. 2 нче катлам челтәре бер үк тапшыру доменында урнашкан, һәм тапшыру пакетлары циклда кабат-кабат тапшырылачак, тапшыру давылы барлыкка китерәчәк, бу портларның тыгылуына һәм җиһазларның шунда ук параличлануына китерергә мөмкин. Шуңа күрә, тапшыру давылларын булдырмас өчен, цикллар барлыкка килүне булдырмаска кирәк.
Цикллар барлыкка килүне булдырмас өчен һәм ышанычлылыкны тәэмин итү өчен, артык җайланмаларны һәм артык сылтамаларны резерв җайланмаларга һәм резерв сылтамаларга әйләндерү генә мөмкин. Ягъни, артык җайланма портлары һәм сылтамалары гадәти шартларда блоклана һәм мәгълүмат пакетларын җибәрүдә катнашмый. Бары тик агымдагы җибәрү җайланмасы, порты, сылтама эшләмәгәндә генә, челтәр тыгызлыгына китерә, артык җайланма портлары һәм сылтамалары ачылачак, шуңа күрә челтәрне нормаль хәлгә кайтарып була. Бу автоматик идарә итү Spanning Tree Protocol (STP) ярдәмендә гамәлгә ашырыла.
Спаннинг агачы протоколы керү катламы һәм sink катламы арасында эшли, һәм аның нигезендә һәр STP ярдәмендәге күпердә эшли торган спанинг агачы алгоритмы ята, ул артык юллар булганда күпер бәйләүләреннән качу өчен махсус эшләнгән. STP хәбәрләрне җибәрү өчен иң яхшы мәгълүмат юлын сайлый һәм спанинг агачына кермәгән сылтамаларны тыя, теләсә кайсы ике челтәр төене арасында бер генә актив юл калдыра, һәм икенче югары линия блоклана.
STP күп өстенлекләргә ия: ул гади, тоташтырып эшли һәм бик аз конфигурация таләп итә. Һәр под эчендәге машиналар бер үк VLANга карый, шуңа күрә сервер IP адресын һәм шлюзны үзгәртмичә, под эчендәге урынны теләсә нинди рәвештә күчерә ала.
Шулай да, STP параллель җибәрү юлларын куллана алмый, бу VLAN эчендәге артык юлларны һәрвакыт сүндерәчәк. STPның кимчелекләре:
1. Топологиянең әкрен конвергенциясе. Челтәр топологиясе үзгәргәндә, спнинг агачы протоколы топология конвергенциясен тәмамлау өчен 50-52 секунд вакыт ала.
2, йөкләнеш балансын тәэмин итә алмый. Челтәрдә цикл булганда, киңәюче агач протоколы циклны блоклый гына ала, шуңа күрә сылтама мәгълүмат пакетларын җибәрә алмый, челтәр ресурсларын әрәм итә.
Виртуализация һәм Көнчыгыш-Көнбатыш трафик проблемалары
2010 елдан соң, исәпләү һәм саклау ресурсларын куллануны яхшырту өчен, мәгълүмат үзәкләре виртуалләштерү технологиясен куллана башладылар, һәм челтәрдә күп санлы виртуаль машиналар барлыкка килә башлады. Виртуаль технология серверны берничә логик серверга әйләндерә, һәр виртуаль машина мөстәкыйль эшли ала, үз ОС, APP, үз мөстәкыйль MAC адресы һәм IP адресы бар, һәм алар тышкы берәмлеккә сервер эчендәге виртуаль коммутатор (vSwitch) аша тоташалар.
Виртуализациянең өстәмә таләбе бар: виртуаль машиналарның турыдан-туры миграциясе, виртуаль машиналар системасын бер физик сервердан икенчесенә күчерү мөмкинлеге, шул ук вакытта виртуаль машиналарда хезмәтләрнең нормаль эшләвен тәэмин итү. Бу процесс кулланучыларга карата сизгер түгел, администраторлар сервер ресурсларын сыгылмалы рәвештә бүлә алалар, яисә кулланучыларның нормаль кулланылышына тәэсир итмичә физик серверларны төзәтә һәм яңарта алалар.
Миграция вакытында хезмәтнең өзелмәвен тәэмин итү өчен, миграция вакытында виртуаль машинаның IP-адресы гына түгел, ә виртуаль машинаның эшләү халәте дә (мәсәлән, TCP сессия халәте) үзгәртелмәскә тиеш, шуңа күрә виртуаль машинаның динамик миграциясе бары тик шул ук 2 нче катлам доменында гына башкарылырга мөмкин, ләкин 2 нче катлам домены миграциясе аша түгел. Бу керү катламыннан үзәк катламга зуррак L2 доменнарына ихтыяҗ тудыра.
Традицион зур 2 нче катлам челтәр архитектурасында L2 һәм L3 арасындагы бүлү ноктасы үзәк коммутаторда урнашкан, ә үзәк коммутатор астындагы мәгълүмат үзәге тулы тапшыру домены, ягъни L2 челтәре. Шулай итеп, ул җайланмаларны урнаштыру һәм урнашу миграциясенең үзбашлылыгын гамәлгә ашыра ала, һәм IP һәм шлюз конфигурациясен үзгәртергә кирәкми. Төрле L2 челтәрләре (VLans) үзәк коммутаторлар аша юнәлтелә. Ләкин, бу архитектура астындагы үзәк коммутатор зур MAC һәм ARP таблицасын сакларга тиеш, бу үзәк коммутаторның мөмкинлекләренә югары таләпләр куя. Моннан тыш, керү коммутаторы (TOR) шулай ук бөтен челтәрнең масштабын чикли. Алар ахыр чиктә челтәрнең масштабын, челтәрнең киңәюен һәм эластик сәләтен чикли, планлаштыруның өч катламындагы тоткарлык проблемасы киләчәк бизнес ихтыяҗларын канәгатьләндерә алмый.
Икенче яктан, виртуалләштерү технологиясе китергән көнчыгыш-көнбатыш трафигы шулай ук традицион өч катламлы челтәргә дә кыенлыклар тудыра. Мәгълүмат үзәге трафигын түбәндәге категорияләргә бүләргә мөмкин:
Төньяктан көньякка хәрәкәт:Мәгълүмат үзәгеннән тыш клиентлар һәм мәгълүмат үзәге серверы арасындагы трафик, яки мәгълүмат үзәге серверыннан Интернетка трафик.
Көнчыгыш-көнбатыш хәрәкәте:Мәгълүмат үзәге эчендәге серверлар арасындагы трафик, шулай ук төрле мәгълүмат үзәкләре арасындагы трафик, мәсәлән, мәгълүмат үзәкләре арасындагы аварияләрдән соң торгызу, шәхси һәм гомуми болытлар арасындагы элемтә.
Виртуализация технологиясен кертү кушымталарны урнаштыруны тагын да күбрәк һәм күбрәк таралыштыра, һәм "өстәмә нәтиҗә" - көнчыгыш-көнбатыш трафигы арта.
Традицион өч катлы архитектуралар гадәттә Төньяк-Көньяк хәрәкәте өчен эшләнгән.Аны көнчыгыш-көнбатыш хәрәкәте өчен кулланып булса да, ул ахыр чиктә кирәк булганда эшләмәскә мөмкин.
Традицион өч катлы архитектура һәм умыртка яфрагы архитектурасы
Өч катлы архитектурада көнчыгыш-көнбатыш трафигы агрегация һәм үзәк катламнардагы җайланмалар аша җибәрелергә тиеш. Бу күп төеннәр аша кирәксез рәвештә үтә. (Сервер -> Аккаунт -> Агрегация -> Төп Свич -> Агрегация -> Аккаунт Свич -> Сервер)
Шуңа күрә, әгәр көнчыгыш-көнбатыш трафигы зур күләмдә трафик трафик өч дәрәҗәле челтәр архитектурасы аша үткәрелсә, бер үк коммутатор портына тоташкан җайланмалар үткәрүчәнлек өчен көндәшлек итә ала, бу исә кулланучыларның җавап бирү вакытын начарайта.
Традицион өч катламлы челтәр архитектурасының кимчелекләре
Традицион өч катламлы челтәр архитектурасының күп кимчелекләре барлыгын күрергә мөмкин:
Полоса киңлеген югалту:Циклларны булдырмас өчен, STP протоколы гадәттә агрегация катламы һәм керү катламы арасында эшләтелә, шуңа күрә керү коммутаторының бер генә югары линиясе чыннан да трафик үткәрә, ә калган югары линияләре блоклана, нәтиҗәдә, полоса киңлеге әрәм ителә.
Зур масштаблы челтәр урнаштырудагы кыенлыклар:Челтәр масштабы киңәю белән, мәгълүмат үзәкләре төрле географик урыннарда урнашкан, виртуаль машиналар булдырылырга һәм теләсә кайда күчерелергә тиеш, һәм аларның IP адреслары һәм шлюзлар кебек челтәр атрибутлары үзгәрешсез кала, бу 2 нче катламның ярдәмен таләп итә. Традицион структурада бернинди миграция дә башкарып булмый.
Көнчыгыш-Көнбатыш юнәлешендә хәрәкәт җитмәү:Өч дәрәҗәле челтәр архитектурасы, нигездә, Төньяк-Көньяк трафигы өчен эшләнгән, гәрчә ул көнчыгыш-көнбатыш трафигын да хуплый, ләкин җитешсезлекләре ачык күренә. Көнчыгыш-көнбатыш трафигы зур булганда, агрегация катламына һәм үзәк катлам күчергечләренә басым шактый артачак, һәм челтәр зурлыгы һәм эшчәнлеге агрегация катламы һәм үзәк катлам белән чикләнәчәк.
Бу предприятиеләрне чыгымнар һәм масштаблану дилеммасына китерә:Зур масштаблы югары җитештерүчәнлекле челтәрләрне хуплау өчен күп санлы конвергенция катламы һәм үзәк катлам җиһазлары кирәк, бу предприятиеләргә зур чыгымнар гына түгел, ә челтәрне төзегәндә челтәрне алдан планлаштырырга кирәклеген дә таләп итә. Челтәр масштабы кечкенә булганда, бу ресурсларны әрәм итүгә китерәчәк, ә челтәр масштабы киңәюен дәвам иткәндә, аны киңәйтү авыр.
Умыртка яфрагы челтәр архитектурасы
Spine-Leaf челтәр архитектурасы нәрсә ул?
Югарыдагы проблемаларга җавап итеп,Яңа мәгълүмат үзәге дизайны, Spine-Leaf челтәр архитектурасы барлыкка килде, без аны Leaf Ridge челтәре дип атыйбыз.
Исеменнән күренгәнчә, архитектурада умыртка катламы һәм яфрак катламы бар, шул исәптән умыртка күчергечләре һәм яфрак күчергечләре.
Умыртка яфрагы архитектурасы
Һәр яфраклы ачкыч бер-берсенә турыдан-туры тоташмаган барлык кырыйлы ачкычларга тоташтырылган, бу исә тулы челтәрле топологияне формалаштыра.
Spine-and-leaf режимында бер сервердан икенчесенә тоташу шул ук сандагы җайланмалар аша үтә (Server -> Leaf -> Spine Switch -> Leaf Switch -> Server), бу фаразланырлык тоткарлыкны тәэмин итә. Чөнки пакетка билгеләнгән урынга барып җитү өчен бары тик бер spine һәм икенче яфрак аша үтәргә кирәк.
Spine-Leaf ничек эшли?
Leaf Switch: Ул традицион өч дәрәҗәле архитектурадагы керү коммутаторына тиң һәм физик серверга турыдан-туры TOR (Top Of Rack) буларак тоташа. Керү коммутаторы белән аерма шунда ки, L2/L3 челтәренең демаркация ноктасы хәзер Leaf коммутаторында. Leaf коммутаторы 3 катламлы челтәр өстендә, ә Leaf коммутаторы бәйсез L2 тапшыру домены астында урнашкан, бу зур 2 катламлы челтәрнең BUM проблемасын хәл итә. Әгәр ике Leaf серверы аралашырга тиеш булса, аларга L3 маршрутизациясен кулланырга һәм аны Spine коммутаторы аша җибәрергә кирәк.
Spine Switch: Төп коммутаторга тиң. ECMP (тигез бәяле күп юл) Spine һәм Leaf коммутаторлары арасында берничә юлны динамик рәвештә сайлау өчен кулланыла. Аерма шунда ки, Spine хәзер Leaf коммутаторы өчен тотрыклы L3 маршрутлаштыру челтәрен тәэмин итә, шуңа күрә мәгълүмат үзәгенең төньяк-көньяк трафигы турыдан-туры түгел, ә Spine коммутаторыннан юнәлдерелергә мөмкин. Төньяк-көньяк трафигы Leaf коммутаторына параллель рәвештә кырый коммутаторыннан WAN маршрутизаторына юнәлдерелергә мөмкин.
Spine/Leaf челтәр архитектурасы һәм традицион өч катламлы челтәр архитектурасын чагыштыру
Умыртка яфрагының өстенлекләре
Яссы:Яссы дизайн серверлар арасындагы элемтә юлын кыскарта, нәтиҗәдә тоткарлык кими, бу кушымта һәм хезмәт күрсәтү эшчәнлеген сизелерлек яхшырта ала.
Яхшы масштабланучанлык:Полоса киңлеге җитәрлек булмаганда, ridge коммутаторлары санын арттыру полоса киңлеген горизонталь рәвештә киңәйтергә мөмкин. Серверлар саны артканда, порт тыгызлыгы җитәрлек булмаганда, без яфрак коммутаторларын өсти алабыз.
Чыгымнарны киметү: Төньякка һәм көньякка таба хәрәкәт, яфрак төеннәреннән яки кыр төеннәреннән чыга. Көнчыгыш-көнбатыш агымы, берничә юл буенча бүленгән. Шулай итеп, яфрак кыры челтәре кыйммәтле модульле күчергечләргә мохтаҗлыксыз стационар конфигурацияле күчергечләрне куллана ала, аннары чыгымнарны киметә ала.
Түбән тоткарлык һәм тыгызлыкны булдырмау:Leaf ridge челтәрендәге мәгълүмат агымнары, чыганак һәм максатка карамастан, челтәр буенча бер үк сандагы сикерүләргә ия, һәм теләсә нинди ике сервер бер-берсеннән Leaf - >Spine - >Leaf өч сикерүле тоташуга ия. Бу турырак трафик юлын булдыра, бу исә эшчәнлекне яхшырта һәм киртәләрне киметә.
Югары куркынычсызлык һәм мөмкинлекләр:STP протоколы традицион өч дәрәҗәле челтәр архитектурасында кулланыла, һәм җайланма эшләмәгәндә, ул яңадан җыела, бу челтәр эшчәнлегенә яки хәтта эшләмәүгә тәэсир итә. Leaf-ridge архитектурасында, җайланма эшләмәгәндә, яңадан җыелырга кирәкми, һәм трафик башка гадәти юллар аша уза бирә. Челтәр тоташуына тәэсир итми, һәм үткәрүчәнлек киңлеге бер юл белән генә кими, бу исә эшчәнлеккә аз йогынты ясый.
ECMP аша йөкләнеш балансы SDN кебек үзәкләштерелгән челтәр белән идарә итү платформалары кулланыла торган мохитләр өчен бик яхшы туры килә. SDN блоклау яки бәйләнеш өзелү очрагында трафикны конфигурацияләүне, идарә итүне һәм яңадан маршрутлаштыруны гадиләштерергә мөмкинлек бирә, бу исә акыллы йөкләнеш балансы тулы челтәр топологиясен конфигурацияләү һәм идарә итүнең чагыштырмача гади ысулы итә.
Шулай да, Spine-Leaf архитектурасының кайбер чикләүләре бар:
Бер кимчелек шунда ки, коммутаторлар саны челтәрнең күләмен арттыра. Leaf Ridge челтәр архитектурасының мәгълүмат үзәге клиентлар санына пропорциональ рәвештә коммутаторларны һәм челтәр җиһазларын арттырырга тиеш. Хостлар саны арткан саен, Ridge коммутаторына тоташу өчен күп санлы яфрак коммутаторлары кирәк.
Кырлы һәм яфраклы күчергечләрнең турыдан-туры тоташуы туры килүне таләп итә, һәм гомумән алганда, яфраклы һәм кырлы күчергечләр арасындагы акылга сыярлык полоса киңлеге нисбәте 3:1 дән артып китә алмый.
Мәсәлән, яфрак коммутаторында гомуми порт сыйдырышлыгы 480 Гбит/с булган 48 10 Гбит/с тизлекле клиент бар. Әгәр һәр яфрак коммутаторының дүрт 40G югары элемтә порты 40G ridge коммутаторына тоташтырылган булса, аның югары элемтә сыйдырышлыгы 160 Гбит/с булачак. Нисбәт 480:160 яки 3:1. Мәгълүмат үзәге югары элемтәләре гадәттә 40G яки 100G була һәм вакыт узу белән 40G башлангыч ноктасыннан (Nx 40G) 100G га (Nx 100G) күчерелергә мөмкин. Порт линиясен блокламас өчен, югары элемтә һәрвакыт түбән элемтәгә караганда тизрәк эшләргә тиеш икәнен билгеләп үтү мөһим.
Spine-Leaf челтәрләрендә шулай ук ачык электр үткәргечләре таләпләре бар. Һәр яфрак төене һәр ось коммутаторына тоташтырылган булырга тиеш булганлыктан, безгә күбрәк бакыр яки оптик җепсел кабельләр салырга кирәк. Тоташтыру арасы чыгымнарны арттыра. Тоташтырылган коммутаторлар арасындагы арага карап, Spine-Leaf архитектурасы таләп иткән югары сыйфатлы оптик модульләр саны традицион өч дәрәҗәле архитектурага караганда дистәләгән тапкыр күбрәк, бу гомуми урнаштыру бәясен арттыра. Ләкин бу оптик модульләр базарының үсешенә китерде, бигрәк тә 100G һәм 400G кебек югары тизлекле оптик модульләр өчен.
Бастырып чыгару вакыты: 2026 елның 26 гыйнвары
