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Arquitetura Arista Leaf Spine

Redes tradicionais de data center de 3 camadas

Há cerca de 20 anos, havia a necessidade de mais servidores devido a um aumento no número de aplicativos devido a melhorias rededisponibilidade k. Conseqüentemente, um grande número de portas de acesso precisou ser provisionado em data centers. A computação em nuvem não existia na época, e centros de dados privados eram a norma. Cada empresa teve que investir em sua infraestrutura, e a multilocação também foi limitada a redes de provedores de serviços, pois o espaço de endereçamento de VLAN foi limitado a 4094 VLANs no data center.

Como resultado do grande número de servidores no data center, os switches de acesso precisavam ter mais portas para se conectar aos servidores. Estes formaram a camada de acesso. Estes, por sua vez, precisavam ser agregados a uma camada de distribuição / agregação, normalmente no final da linha do data center. Os switches de distribuição geralmente eram switches modulares com um grande número de portas downstream para agregar muitos switches de acesso.

A próxima consideração de design foi conectar todos esses switches de distribuição a um núcleo de transporte de alta largura de banda e baixa latência com um alto nível de redundância. A funcionalidade da camada central é apenas o transporte de dados com sobrecarga de roteamento mínima.

A funcionalidade de comutação foi limitada às camadas de acesso e distribuição, com a camada de distribuição atuando como o gateway entre VLANs. A camada Core não participava da comutação e se concentrava apenas no roteamento. O resto da rede é normalmente conectado ao núcleo ou a um par de switch de distribuição dedicado. Vários uplinks foram conectados para redundância em todas as camadas, e pares de dispositivos redundantes com configurações idênticas foram configurados em HA para failover rápido. Isso foi conseguido usando links cruzados. VSS foi uma dessas configurações populares.

Problemas com os data centers tradicionais de 3 camadas

Os data centers de 3 camadas foram projetados principalmente para fluxos de tráfego Norte-Sul em um momento em que o servidor virtualização estava em uma fase nascente. À medida que a virtualização se tornou mais comum, os aplicativos foram criados em vários servidores físicos espalhados por todo o data center e, em alguns casos, por vários data centers. Isso expôs o problema com o número de saltos na arquitetura de três camadas. Os fluxos de tráfego eram assim: Server1 -> Access1-> Dist1-> Core (pode ser mais de um salto) -> Dist2-> Access2-> Server2. Um mínimo de 4 saltos entre os switches de acesso de origem e destino.

O segundo e um dos fatores mais importantes foi Spanning-tree. Gerenciar tantos domínios STP estava se mostrando problemático e todos os uplinks disponíveis não estavam sendo usados ​​na rede. O provisionamento de aplicativos mais novos exigia agilidade e equipes de rede não conseguia lidar com a natureza dinâmica dos aplicativos enquanto trabalhava com os rígidos designs da Camada 2.

Por último, a mobilidade da VM estava se tornando cada vez mais necessária para cenários de DR e HA para cargas de trabalho críticas. Isso era difícil de implementar no modelo de 3 camadas, pois o design L2 e L3 do data center de destino significava que era necessário redefinir as VMs. Isso quebrou os aplicativos e exigiu reconfigurações nos níveis de usuário e administrador.

Além disso, o desenvolvimento de recursos de SOC pelos OEMs de rede possibilitou a realização de pesquisas de roteamento near-linerate. Não havia necessidade real de restringir o roteamento apenas ao núcleo e à camada de distribuição, e isso poderia ser estendido à camada de acesso e aliviar os problemas com Spanning-tree.

Introdução ao tecido não bloqueador CLOS

Os problemas acima com data centers de 3 camadas levaram os OEMs a desenvolver uma arquitetura mais simples usando os princípios abaixo:

  • Tecido de 3 estágios - entrada, barra transversal, saída
  • Multipathing de custo igual
  • A malha contém apenas interruptores. 
  • Todos os switches são switches multicamadas com capacidades Layer2 e Layer3
  • A taxa de assinatura pode ser melhorada com a adição de novos interruptores Spine
  • O número de portas de acesso pode ser aumentado com a adição de novos switches Leaf

A rede Leaf and Spine é uma implementação da arquitetura CLOS.

Compreendendo as funções de switch - A 'Folha' e a 'Espinha'

Na malha CLOS, há novas funções de switch que precisamos entender. O switch folha é outro nome para o switch de acesso. Os interruptores de entrada e saída na malha CLOS são interruptores de folha.

Além disso, temos a função 'Spine' - que é outro nome para a funcionalidade Crossbar em um tecido CLOS de 3 estágios. Como todos os interruptores de 'folha' se conectam a essa camada, ela é chamada de Espinha do tecido e daí o nome.

Cada folha precisa se conectar a todos os spines da rede e usar o ECMP para utilizar todos os caminhos disponíveis para encaminhamento. Os switches 'spine' não precisam se conectar uns aos outros e são usados ​​apenas para conectividade entre os switches leaf.

Embora seja possível conectar redes externas a switches spine, é recomendado ter switches dedicados chamados switches 'border-leaf' que formam a borda da malha e se conectam a redes externas.

Vantagens de usar uma arquitetura Leaf-Spine:

As vantagens de usar uma arquitetura espinha-folha são as seguintes:

  • Sem bloqueio - sem portas de Spanning Tree bloqueadas
  • Utilize todos os caminhos disponíveis para o switch de acesso de destino. 
  • Número de caminhos disponíveis = número de interruptores de coluna na rede.
  • A proporção de assinatura de 1: 1 pode ser alcançada na maioria dos casos
  • A origem para o destino é sempre 2 saltos na rede
  • Caminhos de tráfego leste-oeste determinísticos
  • Nenhuma árvore de abrangência necessária - sem atrasos de aprendizagem e encaminhamento durante a reconvergência
  • O data center completo da camada 3 é possível

Rahi pode ajudar as empresas a identificar e implantar as mais recentes soluções leaf-spine disponíveis no mercado de uma grande variedade de fornecedores. Rahi tem ampla experiência na implantação de redes de data center altamente escaláveis ​​em todo o mundo e serviços profissionais experientes e equipes de serviços gerenciados para configuração do dia 1 e suporte do dia 2.

Krishna é arquiteto de soluções de rede e um dos primeiros entusiastas de redes definidas por software. Ele tem mais de 15 anos de experiência em consultoria no projeto e implementação de redes IP com execução em todo o mundo, incluindo alguns projetos marcantes. Ele é especialista em projetar grandes redes com alto grau de programabilidade e autoatendimento.

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