Til að mæta þörfum skýjaþjónustu er netið smám saman skipt í undirlag og yfirlag. Undirlagsnetið er efnislegur búnaður eins og leiðarskipting og rofi í hefðbundnum gagnaverum, sem trúir enn á hugmyndina um stöðugleika og veitir áreiðanlega gagnaflutningsgetu netsins. Yfirlag er viðskiptanet sem er innlimað á það, nær þjónustunni, með VXLAN eða GRE samskiptareglum, til að veita notendum auðvelda netþjónustu. Undirlagsnet og yfirlagsnet eru tengd og ótengd, og þau tengjast hvert öðru og geta þróast sjálfstætt.
Undirlagsnetið er grunnurinn að netkerfinu. Ef undirlagsnetið er óstöðugt er enginn þjónustusamningur (SLA) fyrir fyrirtækið. Eftir þriggja laga netarkitektúr og Fat-Tree netarkitektúr er netarkitektúr gagnaversins að færast yfir í Spine-Leaf arkitektúr, sem leiddi til þriðju notkunar CLOS netlíkansins.
Hefðbundin gagnaver netarkitektúr
Þriggja laga hönnun
Frá 2004 til 2007 var þriggja laga netarkitektúr mjög vinsæll í gagnaverum. Hann hefur þrjú lög: kjarnalagið (hraðvirki rofagrind netsins), samantektarlagið (sem veitir stefnumiðaða tengingu) og aðgangslagið (sem tengir vinnustöðvar við netið). Líkanið er sem hér segir:
Þriggja laga netarkitektúr
Kjarnalag: Kjarnarofarnir bjóða upp á hraðvirka áframsendingu pakka inn og út úr gagnaverinu, tengingu við mörg safnlög og seigt L3 leiðarkerfi sem venjulega þjónar öllu netinu.
Samlagningarlag: Samlagningarrofinn tengist aðgangsrofanum og veitir aðrar þjónustur, svo sem eldvegg, SSL-afhleðslu, innbrotsgreiningu, netgreiningu o.s.frv.
Aðgangslag: Aðgangsrofar eru venjulega efst í rekkunni, svo þeir eru einnig kallaðir ToR (Top of Rack) rofar, og þeir tengjast líkamlega við netþjónana.
Venjulega er samsafnunarrofinn skilrúmið á milli L2 og L3 neta: L2 netið er fyrir neðan samsafnunarrofann og L3 netið er fyrir ofan. Hver hópur samsafnunarrofa stýrir afhendingarstað (POD) og hver POD er sjálfstætt VLAN net.
Netlykkja og spannandi tré samskiptareglur
Myndun lykkju er að mestu leyti vegna ruglings sem stafar af óljósum áfangastöðum. Þegar notendur byggja upp net, til að tryggja áreiðanleika, nota þeir venjulega afrit af tækjum og afrit af tengingum, þannig að óhjákvæmilega myndast lykkjur. Netið á lagi 2 er í sama útsendingarsvæði og útsendingarpakkarnir verða sendir endurtekið í lykkjunni, sem myndar útsendingarstorm, sem getur valdið stíflun á tengi og lömun búnaðar á augabragði. Þess vegna, til að koma í veg fyrir útsendingarstorma, er nauðsynlegt að koma í veg fyrir myndun lykkju.
Til að koma í veg fyrir lykkjumyndun og tryggja áreiðanleika er aðeins hægt að breyta umframtækjum og umframtengjum í varabúnað og varatengla. Það er að segja, umframtengi og tenglar eru lokaðar við venjulegar aðstæður og taka ekki þátt í áframsendingu gagnapakka. Aðeins þegar núverandi áframsendingartæki, tengi eða tengi bilar, sem leiðir til netþrengsla, verða umframtengi og tenglar opnuð, svo hægt sé að endurheimta netið í eðlilegt horf. Þessi sjálfvirka stjórnun er framkvæmd með Spanning Tree Protocol (STP).
Spanntréssamskiptareglurnar (e. spanning tree protocol) starfa á milli aðgangslagsins og sökklagsins og í kjarnanum er spanntrésreiknirit sem keyrir á hverri STP-virkri brú, sem er sérstaklega hannað til að forðast brúarlykkjur í viðurvist umframleiðslna. STP velur bestu gagnaleiðina til að áframsenda skilaboð og leyfir ekki þá tengla sem eru ekki hluti af spanntrénu, sem skilur aðeins eftir eina virka leið á milli tveggja nethnúta og hin uppleiðin verður lokuð.
STP hefur marga kosti: það er einfalt, auðvelt að tengja og nota og krefst mjög lítillar stillingar. Vélarnar innan hvers hylkis tilheyra sama VLAN, þannig að netþjónninn getur flutt staðsetninguna handahófskennt innan hylkisins án þess að breyta IP-tölu og gátt.
Hins vegar er ekki hægt að nota samsíða áframsendingarleiðir með STP, sem mun alltaf gera óþarfa slóðir innan VLAN óvirkar. Ókostir STP:
1. Hæg samleitni netkerfisins. Þegar netkerfisbyggingin breytist tekur það spanning tree samskiptareglurnar 50-52 sekúndur að ljúka samleitni netkerfisins.
2, getur ekki veitt álagsjöfnunarvirkni. Þegar lykkja er í netkerfinu getur spanning tree samskiptareglurnar einfaldlega lokað á lykkjuna, þannig að tengillinn getur ekki áframsent gagnapakka og sóað netauðlindum.
Sýndarvæðing og áskoranir í umferð milli austurs og vesturs
Eftir árið 2010, til að bæta nýtingu tölvu- og geymsluauðlinda, fóru gagnaver að taka upp sýndarvæðingartækni og fjöldi sýndarvéla fór að birtast í netkerfinu. Sýndartækni breytir netþjóni í marga rökrétta netþjóna, hver sýndarvél getur keyrt sjálfstætt, hefur sitt eigið stýrikerfi, forrit, sitt eigið sjálfstæða MAC-tölu og IP-tölu og þær tengjast ytri aðilanum í gegnum sýndarrofa (vSwitch) inni í netþjóninum.
Sýndarvæðing hefur einnig eftirfarandi skilyrði: flutning sýndarvéla í beinni, möguleikann á að færa kerfi sýndarvéla frá einum efnislegum netþjóni til annars og viðhalda eðlilegri virkni þjónustu á sýndarvélunum. Þetta ferli er ónæmt fyrir notendum, stjórnendur geta sveigjanlega úthlutað netþjónsauðlindum eða gert við og uppfært efnislega netþjóna án þess að hafa áhrif á venjulega notkun notenda.
Til að tryggja að þjónustan trufli ekki meðan á flutningi stendur er krafist þess að ekki aðeins IP-tala sýndarvélarinnar sé óbreytt, heldur einnig að keyrslustaða sýndarvélarinnar (eins og TCP-lotustaðan) sé viðhaldin meðan á flutningi stendur, þannig að kraftmikill flutningur sýndarvélarinnar geti aðeins farið fram á sama léni lags 2, en ekki yfir flutning lags lénsins. Þetta skapar þörf fyrir stærri L2 lén frá aðgangslaginu að kjarnalaginu.
Skiptingin á milli L2 og L3 í hefðbundinni stórri netbyggingarlist með 2 lögum er í kjarnarofanum, og gagnaverið fyrir neðan kjarnarofann er heilt útsendingarsvæði, það er L2 netið. Á þennan hátt er hægt að átta sig á handahófskenndri uppsetningu tækja og staðsetningarflutningi, án þess að þurfa að breyta stillingum IP og gátt. Mismunandi L2 net (VLans) eru leidd í gegnum kjarnarofana. Hins vegar þarf kjarnarofinn í þessari byggingu að viðhalda risastórri MAC og ARP töflu, sem setur miklar kröfur um getu kjarnarofans. Að auki takmarkar aðgangsrofinn (TOR) einnig umfang alls netsins. Þetta takmarkar að lokum umfang netsins, stækkun netsins og teygjanleika, sem leiðir til tafa á þremur áætlunarlögum, sem getur ekki uppfyllt þarfir framtíðarviðskipta.
Á hinn bóginn veldur austur-vestur umferðin sem sýndarvæðingartækni hefur í för með sér einnig áskorunum fyrir hefðbundið þriggja laga net. Umferð gagnavera má gróflega skipta í eftirfarandi flokka:
Umferð frá norðri til suðurs:Umferð milli viðskiptavina utan gagnaversins og gagnaversins, eða umferð frá gagnaverinu til internetsins.
Umferð austur-vestur:Umferð milli netþjóna innan gagnavera, sem og umferð milli mismunandi gagnavera, svo sem viðgerð eftir hamfarir milli gagnavera, samskipti milli einkaskýja og opinberra skýja.
Innleiðing sýndarvæðingartækni gerir dreifingu forrita sífellt dreifðari og „aukaverkunin“ er sú að umferðin frá austri til vesturs er að aukast.
Hefðbundnar þriggja hæða arkitektúrar eru yfirleitt hannaðar fyrir norður-suður umferð.Þó að það sé hægt að nota það fyrir umferð frá austri til vesturs gæti það að lokum ekki virkað eins og krafist er.
Hefðbundin þriggja hæða arkitektúr vs. hryggblaða arkitektúr
Í þriggja laga arkitektúr verður umferð frá austri til vesturs að fara áfram í gegnum tæki í samantektar- og kjarnalögunum. Þetta fer óþarflega í gegnum marga hnúta. (Server -> Aðgangur -> Samantekt -> Kjarnaskipti -> Samantekt -> Aðgangsskipti -> Server)
Þess vegna, ef mikið magn af austur-vestur umferð fer í gegnum hefðbundna þriggja þrepa netarkitektúr, geta tæki sem tengjast sama skiptitengi keppt um bandbreidd, sem leiðir til lélegrar svörunartíma hjá notendum.
Ókostir hefðbundinnar þriggja laga netarkitektúrs
Það má sjá að hefðbundin þriggja laga netarkitektúr hefur marga galla:
Bandvíddarsóun:Til að koma í veg fyrir lykkjur er STP samskiptareglur venjulega keyrðar á milli samanlagningarlagsins og aðgangslagsins, þannig að aðeins ein upptenging aðgangsrofa ber raunverulega umferð og hinar upptengingarnar verða lokaðar, sem leiðir til sóunar á bandvídd.
Erfiðleikar við uppsetningu stórra netkerfa:Með stækkun netsins eru gagnaver dreifð á mismunandi landfræðilegum stöðum, sýndarvélar verða að vera búnar til og fluttar hvert sem er og neteiginleikar þeirra eins og IP-tölur og gáttir haldast óbreyttir, sem krefst stuðnings frá fitulagi 2. Í hefðbundinni uppbyggingu er ekki hægt að framkvæma flutning.
Skortur á umferð frá austri til vesturs:Þriggja þrepa netarkitektúrinn er aðallega hannaður fyrir norður-suður umferð, þó að hann styðji einnig austur-vestur umferð, en gallarnir eru augljósir. Þegar austur-vestur umferðin er mikil eykst álagið á samlagslagið og kjarnalagsrofana til muna og stærð og afköst netsins takmarkast við samlagslagið og kjarnalagið.
Þetta veldur því að fyrirtæki lenda í þeirri tvísýnu kostnaðar og sveigjanleika:Til að styðja stórfelld afkastamikil net þarfnast mikils fjölda samleitnilaga og kjarnalaga búnaðar, sem ekki aðeins hefur í för með sér mikinn kostnað fyrir fyrirtæki heldur einnig að skipuleggja netið fyrirfram við byggingu þess. Þegar netið er lítið veldur það sóun á auðlindum og þegar netið heldur áfram að stækka er erfitt að stækka það.
Hrygg-blaða netarkitektúrinn
Hver er Spine-Leaf netarkitektúrinn?
Til að bregðast við ofangreindum vandamálum,Ný hönnun gagnavers, Spine-Leaf netarkitektúr, hefur komið fram, sem við köllum leaf ridge net.
Eins og nafnið gefur til kynna hefur arkitektúrinn hrygglag og lauflag, þar á meðal hryggrofa og laufrofa.
Hryggblaðaarkitektúrinn
Hver laufrofi er tengdur öllum hryggrofunum, sem eru ekki tengdir beint hver við annan, og mynda þannig fullnetskerfi.
Í hrygg-og-lauf tengingu fer tenging milli netþjóna í gegnum sama fjölda tækja (Server -> Leaf -> Hryggskiptari -> Laufskiptari -> Netþjónn), sem tryggir fyrirsjáanlega seinkun. Vegna þess að pakki þarf aðeins að fara í gegnum einn hrygg og annan lauf til að ná áfangastað.
Hvernig virkar Spine-Leaf?
Leaf-rofi: Hann jafngildir aðgangsrofanum í hefðbundinni þriggja laga arkitektúr og tengist beint við efnislega netþjóninn sem TOR (Top Of Rack). Munurinn á aðgangsrofanum er sá að afmörkunarpunktur L2/L3 netsins er nú á Leaf-rofanum. Leaf-rofinn er fyrir ofan þriggja laga netið og Leaf-rofinn er fyrir neðan sjálfstæða L2 útsendingarlénið, sem leysir BUM vandamálið í stóru tveggja laga neti. Ef tveir Leaf-netþjónar þurfa að eiga samskipti þurfa þeir að nota L3 leiðsögn og áframsenda það í gegnum Spine-rofa.
Hryggjarsrofa: Jafngildir kjarnasrofa. ECMP (Equal Cost Multi Path) er notað til að velja margar leiðir á kraftmikinn hátt milli hryggjar- og laufrofa. Munurinn er sá að hryggurinn býður nú einfaldlega upp á sveigjanlegt L3 leiðarkerfi fyrir laufrofa, þannig að norður-suður umferð gagnaversins er hægt að beina frá hryggjarsrofanum í stað þess að beina henni beint. Norður-suður umferð er hægt að beina frá jaðarrofanum samsíða laufrofanum að WAN leiðinni.
Samanburður á Spine/Leaf netarkitektúr og hefðbundinni þriggja laga netarkitektúr
Kostir hryggblaða
Íbúð:Flat hönnun styttir samskiptaleiðina milli netþjóna, sem leiðir til minni seinkunar, sem getur bætt afköst forrita og þjónustu verulega.
Góð stigstærð:Þegar bandvíddin er ófullnægjandi getur aukið fjölda hryggrofa aukið bandvíddina lárétt. Þegar fjöldi netþjóna eykst getum við bætt við laufrofa ef tengiþéttleikinn er ófullnægjandi.
Kostnaðarlækkun: Umferð í norður- og suðurátt, annað hvort út úr laufhnútum eða út úr hrygghnútum. Flæði frá austri til vesturs, dreift yfir margar leiðir. Á þennan hátt getur laufhryggjarnetið notað fasta stillingarrofa án þess að þurfa dýra mátrofa og þar með dregið úr kostnaði.
Lágt seinkun og forvarnir gegn umferðarteppu:Gagnaflæði í Leaf ridge neti hefur sama fjölda hoppa yfir netið óháð uppruna og áfangastað, og allir tveir netþjónar eru aðgengilegir hvor frá öðrum í þremur hoppum. Þetta skapar beinni umferðarleið, sem bætir afköst og dregur úr flöskuhálsum.
Mikil öryggi og aðgengi:STP samskiptareglurnar eru notaðar í hefðbundinni þriggja þrepa netarkitektúr og þegar tæki bilar, þá safnast það aftur saman, sem hefur áhrif á afköst netsins eða jafnvel bilun. Í leaf-ridge arkitektúr, þegar tæki bilar, er engin þörf á að safnast aftur saman og umferðin heldur áfram að fara um aðrar venjulegar leiðir. Nettengingin verður ekki fyrir áhrifum og bandvíddin minnkar aðeins um eina leið, með litlum áhrifum á afköst.
Álagsjöfnun með ECMP hentar vel í umhverfi þar sem notaðar eru miðlægar netstjórnunarkerfi eins og SDN. SDN gerir kleift að einfalda stillingar, stjórnun og endurbeina umferð ef stífla eða bilun verður í tengingu, sem gerir snjalla álagsjöfnun með fullri möskvagerð að tiltölulega einföldum hætti til að stilla og stjórna.
Hins vegar hefur Spine-Leaf arkitektúrinn nokkrar takmarkanir:
Einn ókostur er að fjöldi rofa eykur stærð netsins. Gagnaverið í laufrofakerfisarkitektúr þarf að auka fjölda rofa og netbúnaðar í hlutfalli við fjölda viðskiptavina. Þegar fjöldi hýsingaraðila eykst þarf mikinn fjölda laufrofa til að tengjast við hryggrofann.
Bein tenging hrygg- og laufrofa krefst samsvörunar og almennt má sanngjarnt bandvíddarhlutfall milli lauf- og hryggrofa ekki fara yfir 3:1.
Til dæmis eru 48 10Gbps hraða viðskiptavinir á laufrofanum með heildarportgetu upp á 480Gb/s. Ef fjórar 40G upptengingartengi hvers laufrofa eru tengdar við 40G hryggrofanum, mun hann hafa upptengingargetu upp á 160Gb/s. Hlutfallið er 480:160, eða 3:1. Upptengingar gagnavera eru yfirleitt 40G eða 100G og hægt er að flytja þær með tímanum frá upphafspunkti 40G (Nx 40G) í 100G (Nx 100G). Mikilvægt er að hafa í huga að upptengingin ætti alltaf að keyra hraðar en niðurtengingin til að loka ekki fyrir porttenginguna.
Spine-Leaf net hafa einnig skýrar kröfur um raflögn. Þar sem hver laufhnútur verður að vera tengdur við hvern spine-rofa þurfum við að leggja fleiri kopar- eða ljósleiðara. Fjarlægð tengingarinnar eykur kostnaðinn. Fjöldi háþróaðra ljósleiðaraeininga sem Spine-Leaf arkitektúrinn þarfnast er tugum sinnum hærri en hefðbundin þriggja laga arkitektúr, sem eykur heildarkostnað við uppsetningu. Þetta hefur þó leitt til vaxtar á markaði fyrir ljósleiðaraeiningar, sérstaklega fyrir hraðvirkar ljósleiðaraeiningar eins og 100G og 400G.
Birtingartími: 26. janúar 2026
