Xin chào mọi người, hôm nay mình sẽ giới thiệu về kiến trúc mạng Leaf-Spine - một kiến trúc phù hợp trong môi trường data center
1. Giới thiệu về kiến trúc mạng Leaf-Spine?
2. Kiến trúc mạng Leaf-Spine khác với kiến trúc mạng truyền thống như thế nào?
3. Tìm hiểu ưu điểm và nhược điểm của mô hình Leaf-Spine?
4. Tại sao phải sử dụng kiến trúc mạng Leaf-Spine?
5. Mô hình Leaf-Spine kết hợp với các công nghệ nào?
1. Giới thiệu về mô hình Leaf-Spine?
Kiến trúc mạng Leaf-Spine dựa trên kiến trúc mạng Clos. Thuật ngữ này bắt nguồn từ Charles Clos tại phòng thí nghiệm Bell, người đã xuất bản một bài báo vào năm 1953 mô tả một lý thuyết toán học về cấu trúc liên kết mạng multipathing và non-blocking.
Kiến trúc mạng Leaf-Spine là mô hình mạng 2 lớp, gồm lớp Leaf và Spine. Lớp Leaf sẽ bao gồm tất cả các Access Switch để tổng hợp dữ liệu từ các máy chủ Server, Router,... Lớp Spine sẽ gồm các Switch kết nối tất cả các Access Switch lại với nhau.
Các switch ở lớp Leaf sẽ kết nối với tất cả switch ở lớp Spine và giữa các Switch ở lớp Spine sẽ không kết nối với nhau.
Mục đích của việc xây dựng kiến trúc mạng Leaf-Spine này là giúp gảm thiểu số tầng chuyển mạch trong cấu trúc mạng. Từ đó, làm giảm độ trễ và sự tắc nghẽn lưu lượng trong mạng khi mọi truy cập chỉ cần đi qua 2 lớp mạng để kết nối đến đích thay vì 3 lớp như kiến trúc mạng truyền thống.
2. Kiến trúc mạng Leaf-Spine khác với kiến trúc mạng truyền thống như thế nào?
Theo kiến trúc mạng truyền thống dùng cho trung tâm dữ liệu sẽ có 3 lớp chuyển mạch:
Quan sát hình ảnh thể hiện mô hình kiến trúc mạng giữa Leaf-Spine và kiến trúc mạng truyền thống có thể thấy rằng: Kiến trúc mạng Leaf-Spine thu gộp 2 trong 3 lớp mạng của kiến trúc mạng truyền thống thành 1 lớp duy nhất.
Những khác biệt của kiến trúc mạng Leaf-Spine:
1. Giới thiệu về kiến trúc mạng Leaf-Spine?
2. Kiến trúc mạng Leaf-Spine khác với kiến trúc mạng truyền thống như thế nào?
3. Tìm hiểu ưu điểm và nhược điểm của mô hình Leaf-Spine?
4. Tại sao phải sử dụng kiến trúc mạng Leaf-Spine?
5. Mô hình Leaf-Spine kết hợp với các công nghệ nào?
1. Giới thiệu về mô hình Leaf-Spine?
Kiến trúc mạng Leaf-Spine dựa trên kiến trúc mạng Clos. Thuật ngữ này bắt nguồn từ Charles Clos tại phòng thí nghiệm Bell, người đã xuất bản một bài báo vào năm 1953 mô tả một lý thuyết toán học về cấu trúc liên kết mạng multipathing và non-blocking.
Kiến trúc mạng Leaf-Spine là mô hình mạng 2 lớp, gồm lớp Leaf và Spine. Lớp Leaf sẽ bao gồm tất cả các Access Switch để tổng hợp dữ liệu từ các máy chủ Server, Router,... Lớp Spine sẽ gồm các Switch kết nối tất cả các Access Switch lại với nhau.
Các switch ở lớp Leaf sẽ kết nối với tất cả switch ở lớp Spine và giữa các Switch ở lớp Spine sẽ không kết nối với nhau.
Mục đích của việc xây dựng kiến trúc mạng Leaf-Spine này là giúp gảm thiểu số tầng chuyển mạch trong cấu trúc mạng. Từ đó, làm giảm độ trễ và sự tắc nghẽn lưu lượng trong mạng khi mọi truy cập chỉ cần đi qua 2 lớp mạng để kết nối đến đích thay vì 3 lớp như kiến trúc mạng truyền thống.
2. Kiến trúc mạng Leaf-Spine khác với kiến trúc mạng truyền thống như thế nào?
Theo kiến trúc mạng truyền thống dùng cho trung tâm dữ liệu sẽ có 3 lớp chuyển mạch:
Quan sát hình ảnh thể hiện mô hình kiến trúc mạng giữa Leaf-Spine và kiến trúc mạng truyền thống có thể thấy rằng: Kiến trúc mạng Leaf-Spine thu gộp 2 trong 3 lớp mạng của kiến trúc mạng truyền thống thành 1 lớp duy nhất.
Những khác biệt của kiến trúc mạng Leaf-Spine:
- Loại bỏ giao thức STP ở Layer 2: kiến trúc leaf-spine loại bỏ sự cần thiết của STP- một giao thức thường được sử dụng để tránh vòng lặp mạng. STP thường làm giảm hiệu suất mạng bởi vì nó tắt các đường dẫn dự phòng nên leaf-spine sử dụng giao thức khác như Equal-Cosl Multipath (ECMP) để cân bằng tải mà không tạo ra vòng lặp.
- Tăng số lượng các Switch với cổng cố định trên các mô hình Module cho đường trục mạng.
- Cần mua nhiều dây cáp kết nối giữa các Switch hơn vì số lượng kết nối tăng
3. Ưu điểm và nhược điểm của mô hình Leaf-Spine
Ưu điểm:
Ưu điểm:
- Hiệu suất cao: Kiến trúc Leaf-Spine được thiết kế để cung cấp hiệu suất cao cho lưu lượng mạng. Việc cân bằng tải tự động giữa các đường dẫn và loại bỏ vòng lặp mạng giúp tối ưu hóa lưu lượng và giảm độ trễ. Điều này rất quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu độ trễ thấp hoặc xử lý dữ liệu lớn.
- Tính mở rộng cao: Kiến trúc Leaf-Spine có tính mở rộng cao. Bạn có thể dễ dàng thêm các switch Spine hoặc Leaf mới để tăng dung lượng mạng hoặc giải quyết vấn đề về mật độ cổng. Việc này giúp đảm bảo rằng hạ tầng mạng có thể thích ứng với sự thay đổi của nhu cầu và quy mô của tổ chức.
- Loại bỏ STP: Leaf-Spine loại bỏ sự cần thiết của Spanning Tree Protocol (STP), một giao thức thường được sử dụng để tránh vòng lặp mạng. STP thường làm giảm hiệu suất mạng bởi vì nó tắt các đường dẫn dự phòng, trong khi Spine-Leaf sử dụng các giao thức khác như Equal-Cost Multipath (ECMP) để cân bằng tải mà không tạo ra vòng lặp
- Tính nhất quán và dự đoán: Với kiến trúc Leaf-Spine, lưu lượng mạng luôn di chuyển qua cùng một số lượng bước nhảy (hops) để đến điểm đích kế tiếp. Điều này tạo ra tính nhất quán và dự đoán trong việc đo và dự đoán độ trễ mạng. Các ứng dụng có thể được đảm bảo hoạt động hiệu quả và dự đoán được hiệu suất.
- Tưởng thích với môi trường data center: Kiến trúc mạng Leaf-Spine hoạt động tốt với các mô hình ảo hóa, bao gồm máy ảo (VM) và container. Điều này làm cho nó phù hợp với các môi trường ảo hóa và các ứng dụng đám mây, nơi sự linh hoạt và khả năng mở rộng là quan trọng.
Nhược điểm:
- Việc triển khai mô hình Leaf-Spine tiêu tốn rất nhiều chi phí
- Thiết bị Switch triển khai mô hình Leaf-Spine có yêu cầu về performance rất lớn, đấu nối mỗi link
4. Tại sao phải sử dụng kiến trúc mạng Leaf-Spine?
Các DataCenter truyền thống được xây dựng trên kiến trúc phân lớp truyền thống gồm 3 lớp. Kiến trúc này đáp ứng cho các dịch vụ có phần lớn là các lưu lượng North-South (dữ liệu từ client đến server). Điều này phổ biến cho các ứng dụng như web, trong đó phần lớn giao tiếp là giữa máy khách bên ngoài và máy chủ nội bộ.
Ngày nay, các traffic East-West (dữ liệu trao đổi giữa các máy chủ) ngày càng tăng khi các máy chủ ngày nay cần giao tiếp nhiều với nhau. Sự thay đổi này chủ yếu được thúc đẩy bởi sự phát triển của thiết kế ứng dụng. Nhiều ứng dụng hiện đại cần giao tiếp với nhau trong trung tâm dữ liệu. Các ứng dụng thúc đẩy sự thay đổi này bao gồm big data’s often-distributed processing design (ví dụ như Hadoop), live virtual machine hoặc workload migration (ví dụ như VMware vMotion), server clustering (ví dụ như Microsoft Cluster Services), và các ứng dụng đa nhiệm. Phần cứng hiện tại không đủ băng thông, traffic thường phải đi qua lớp Core hoặc Aggregation, spanning-tree block các port dự phòng và nhiều nguyên nhân khác dẫn tới nhiều hạn chế trong mô hình truyền thống.
Mô hình Leaf-Spine được phát triển để khắc phục những hạn chế của mô hình mạng cũ và đang dần trở thành xu hướng mới cho các tiêu chuẩn thiết kế Network - tạo ra một kiến trúc truyền thông nhanh, có thể dự đoán, có thể mở rộng và hiệu quả trong môi trường trung tâm dữ liệu.
5. Kiến trúc mạng Leaf-Spine kết hợp với công nghệ nào?
Kiến trúc mạng Leaf-Spine kết hợp với công nghệ VXLAN.
Khi triển khai mô hình Leaf-Spine thì kết nối theo kiểu mô hình Leaf-Spine là đồng bộ VLAN giữa các Switch Leaf, điều này đã được giải quyết bằng công nghệ VXLAN. Công nghệ này giúp loại bỏ hoàn toàn các kết nối Layer 2 Trunking với hạn chế Spanning-Tree.
Về công nghệ VXLAN, mình sẽ viết một bài riêng về VXLAN để tìm hiểu về công nghệ này.
Cảm ơn các bạn đã xem bài viết của mình!!!
Các DataCenter truyền thống được xây dựng trên kiến trúc phân lớp truyền thống gồm 3 lớp. Kiến trúc này đáp ứng cho các dịch vụ có phần lớn là các lưu lượng North-South (dữ liệu từ client đến server). Điều này phổ biến cho các ứng dụng như web, trong đó phần lớn giao tiếp là giữa máy khách bên ngoài và máy chủ nội bộ.
Ngày nay, các traffic East-West (dữ liệu trao đổi giữa các máy chủ) ngày càng tăng khi các máy chủ ngày nay cần giao tiếp nhiều với nhau. Sự thay đổi này chủ yếu được thúc đẩy bởi sự phát triển của thiết kế ứng dụng. Nhiều ứng dụng hiện đại cần giao tiếp với nhau trong trung tâm dữ liệu. Các ứng dụng thúc đẩy sự thay đổi này bao gồm big data’s often-distributed processing design (ví dụ như Hadoop), live virtual machine hoặc workload migration (ví dụ như VMware vMotion), server clustering (ví dụ như Microsoft Cluster Services), và các ứng dụng đa nhiệm. Phần cứng hiện tại không đủ băng thông, traffic thường phải đi qua lớp Core hoặc Aggregation, spanning-tree block các port dự phòng và nhiều nguyên nhân khác dẫn tới nhiều hạn chế trong mô hình truyền thống.
Mô hình Leaf-Spine được phát triển để khắc phục những hạn chế của mô hình mạng cũ và đang dần trở thành xu hướng mới cho các tiêu chuẩn thiết kế Network - tạo ra một kiến trúc truyền thông nhanh, có thể dự đoán, có thể mở rộng và hiệu quả trong môi trường trung tâm dữ liệu.
5. Kiến trúc mạng Leaf-Spine kết hợp với công nghệ nào?
Kiến trúc mạng Leaf-Spine kết hợp với công nghệ VXLAN.
Khi triển khai mô hình Leaf-Spine thì kết nối theo kiểu mô hình Leaf-Spine là đồng bộ VLAN giữa các Switch Leaf, điều này đã được giải quyết bằng công nghệ VXLAN. Công nghệ này giúp loại bỏ hoàn toàn các kết nối Layer 2 Trunking với hạn chế Spanning-Tree.
Về công nghệ VXLAN, mình sẽ viết một bài riêng về VXLAN để tìm hiểu về công nghệ này.
Cảm ơn các bạn đã xem bài viết của mình!!!
Last edited:
