Er mwyn diwallu anghenion gwasanaethau cwmwl, mae'r rhwydwaith wedi'i rannu'n raddol yn Is-haen a Gor-haen. Y rhwydwaith Is-haen yw'r offer ffisegol fel llwybro a switsio yn y ganolfan ddata draddodiadol, sy'n dal i gredu yn y cysyniad o sefydlogrwydd ac yn darparu galluoedd trosglwyddo data rhwydwaith dibynadwy. Gor-haen yw'r rhwydwaith busnes wedi'i gapsiwleiddio arno, yn agosach at y gwasanaeth, trwy gapsiwleiddio protocol VXLAN neu GRE, i ddarparu gwasanaethau rhwydwaith hawdd eu defnyddio i ddefnyddwyr. Mae rhwydwaith Is-haen a rhwydwaith Gor-haen yn gysylltiedig ac yn ddatgysylltiedig, ac maent yn gysylltiedig â'i gilydd a gallant esblygu'n annibynnol.
Y rhwydwaith Is-haen yw sylfaen y rhwydwaith. Os yw'r rhwydwaith is-haen yn ansefydlog, nid oes SLA ar gyfer y busnes. Ar ôl pensaernïaeth y rhwydwaith tair haen a phensaernïaeth y rhwydwaith Fat-Tree, mae pensaernïaeth rhwydwaith y ganolfan ddata yn newid i bensaernïaeth Spine-Leaf, a arweiniodd at drydydd cymhwysiad model rhwydwaith CLOS.
Pensaernïaeth rhwydwaith canolfan ddata draddodiadol
Dyluniad Tair Haen
O 2004 i 2007, roedd pensaernïaeth rhwydwaith tair haen yn boblogaidd iawn mewn canolfannau data. Mae ganddi dair haen: yr haen graidd (asgwrn cefn switsio cyflym y rhwydwaith), yr haen agregu (sy'n darparu cysylltedd yn seiliedig ar bolisi), a'r haen mynediad (sy'n cysylltu gorsafoedd gwaith â'r rhwydwaith). Dyma'r model:
Pensaernïaeth Rhwydwaith Tair Haen
Haen Graidd: Mae'r switshis craidd yn darparu anfon pecynnau ymlaen cyflym i mewn ac allan o'r ganolfan ddata, cysylltedd â'r haenau agregu lluosog, a rhwydwaith llwybro L3 gwydn sydd fel arfer yn gwasanaethu'r rhwydwaith cyfan.
Haen Agregu: Mae'r switsh agregu yn cysylltu â'r switsh mynediad ac yn darparu gwasanaethau eraill, fel wal dân, dadlwytho SSL, canfod ymyrraeth, dadansoddi rhwydwaith, ac ati.
Haen Mynediad: Mae'r switshis mynediad fel arfer ar Ben y Rac, felly fe'u gelwir hefyd yn switshis ToR (Top of Rack), ac maent yn cysylltu'n gorfforol â'r gweinyddion.
Yn nodweddiadol, y switsh agregu yw'r pwynt gwahaniaethu rhwng rhwydweithiau L2 ac L3: mae'r rhwydwaith L2 islaw'r switsh agregu, a'r rhwydwaith L3 uwchben. Mae pob grŵp o switshis agregu yn rheoli Pwynt Cyflwyno (POD), ac mae pob POD yn rhwydwaith VLAN annibynnol.
Protocol Dolen Rhwydwaith a Choeden Rhychwantu
Mae ffurfio dolenni yn cael ei achosi'n bennaf gan ddryswch a achosir gan lwybrau cyrchfan aneglur. Pan fydd defnyddwyr yn adeiladu rhwydweithiau, er mwyn sicrhau dibynadwyedd, maent fel arfer yn defnyddio dyfeisiau diangen a chysylltiadau diangen, fel bod dolenni'n cael eu ffurfio'n anochel. Mae'r rhwydwaith haen 2 yn yr un parth darlledu, a bydd y pecynnau darlledu yn cael eu trosglwyddo dro ar ôl tro yn y ddolen, gan ffurfio storm ddarlledu, a all achosi rhwystr porthladd a pharlys offer mewn amrantiad. Felly, er mwyn atal stormydd darlledu, mae angen atal ffurfio dolenni.
Er mwyn atal ffurfio dolenni ac i sicrhau dibynadwyedd, dim ond troi dyfeisiau diangen a chysylltiadau diangen yn ddyfeisiau wrth gefn a chysylltiadau wrth gefn y mae'n bosibl. Hynny yw, mae porthladdoedd a chysylltiadau dyfeisiau diangen yn cael eu blocio o dan amgylchiadau arferol ac nid ydynt yn cymryd rhan yn y broses o anfon pecynnau data ymlaen. Dim ond pan fydd y ddyfais, y porthladd, y cyswllt anfon ymlaen cyfredol yn methu, gan arwain at dagfeydd rhwydwaith, y bydd porthladdoedd a chysylltiadau dyfeisiau diangen yn cael eu hagor, fel y gellir adfer y rhwydwaith i normal. Mae'r rheolaeth awtomatig hon yn cael ei gweithredu gan y Protocol Coeden Rhychwantu (STP).
Mae'r protocol coeden rhychwantu yn gweithredu rhwng yr haen mynediad a'r haen sinc, ac wrth ei graidd mae algorithm coeden rhychwantu sy'n rhedeg ar bob pont sy'n galluogi STP, sydd wedi'i gynllunio'n benodol i osgoi dolenni pontio ym mhresenoldeb llwybrau diangen. Mae STP yn dewis y llwybr data gorau ar gyfer anfon negeseuon ymlaen ac yn gwahardd y cysylltiadau hynny nad ydynt yn rhan o'r goeden rhychwantu, gan adael dim ond un llwybr gweithredol rhwng unrhyw ddau nod rhwydwaith a bydd y ddolen uwch arall yn cael ei rhwystro.
Mae gan STP lawer o fanteision: mae'n syml, yn blygio-a-chwarae, ac mae angen ychydig iawn o ffurfweddiad arno. Mae'r peiriannau o fewn pob pod yn perthyn i'r un VLAN, felly gall y gweinydd fudo'r lleoliad yn fympwyol o fewn y pod heb addasu'r cyfeiriad IP a'r porth.
Fodd bynnag, ni ellir defnyddio llwybrau anfon ymlaen cyfochrog gan STP, a fydd bob amser yn analluogi llwybrau diangen o fewn y VLAN. Anfanteision STP:
1. Cydgyfeirio araf topoleg. Pan fydd topoleg y rhwydwaith yn newid, mae'r protocol coeden rhychwantu yn cymryd 50-52 eiliad i gwblhau'r cydgyfeirio topoleg.
2, ni all ddarparu'r swyddogaeth cydbwyso llwyth. Pan fo dolen yn y rhwydwaith, dim ond blocio'r ddolen y gall y protocol coeden rhychwantu ei wneud, fel na all y ddolen anfon pecynnau data ymlaen, gan wastraffu adnoddau'r rhwydwaith.
Rhithwiroli a Heriau Traffig Dwyrain-Gorllewin
Ar ôl 2010, er mwyn gwella'r defnydd o adnoddau cyfrifiadurol a storio, dechreuodd canolfannau data fabwysiadu technoleg rhithwiroli, a dechreuodd nifer fawr o beiriannau rhithwir ymddangos yn y rhwydwaith. Mae technoleg rithwir yn trawsnewid gweinydd yn nifer o weinyddion rhesymegol, gall pob VM redeg yn annibynnol, mae ganddo ei OS, APP, ei gyfeiriad MAC annibynnol a'i gyfeiriad IP ei hun, ac maent yn cysylltu â'r endid allanol trwy'r switsh rhithwir (vSwitch) y tu mewn i'r gweinydd.
Mae gan rithwiroli ofyniad cydymaith: mudo peiriannau rhithwir yn fyw, y gallu i symud system o beiriannau rhithwir o un gweinydd ffisegol i un arall wrth gynnal gweithrediad arferol gwasanaethau ar y peiriannau rhithwir. Mae'r broses hon yn ansensitif i ddefnyddwyr terfynol, gall gweinyddwyr ddyrannu adnoddau gweinydd yn hyblyg, neu atgyweirio ac uwchraddio gweinyddion ffisegol heb effeithio ar ddefnydd arferol defnyddwyr.
Er mwyn sicrhau nad yw'r gwasanaeth yn cael ei amharu yn ystod y mudo, mae'n ofynnol nad yn unig y bydd cyfeiriad IP y peiriant rhithwir yn newid, ond hefyd bod rhaid cynnal cyflwr rhedeg y peiriant rhithwir (megis cyflwr y sesiwn TCP) yn ystod y mudo, felly dim ond yn yr un parth haen 2 y gellir cynnal mudo deinamig y peiriant rhithwir, ond nid ar draws mudo parth haen 2. Mae hyn yn creu'r angen am barthau L2 mwy o'r haen mynediad i'r haen graidd.
Y pwynt rhannu rhwng L2 ac L3 yn y bensaernïaeth rhwydwaith haen 2 fawr draddodiadol yw'r switsh craidd, ac mae'r ganolfan ddata o dan y switsh craidd yn barth darlledu cyflawn, hynny yw, y rhwydwaith L2. Yn y modd hwn, gall sylweddoli mympwyoldeb defnyddio dyfeisiau a mudo lleoliad, ac nid oes angen iddo addasu ffurfweddiad yr IP a'r porth. Mae'r gwahanol rwydweithiau L2 (VLans) yn cael eu llwybro trwy'r switshis craidd. Fodd bynnag, mae angen i'r switsh craidd o dan y bensaernïaeth hon gynnal tabl MAC ac ARP enfawr, sy'n gosod gofynion uchel ar gyfer gallu'r switsh craidd. Yn ogystal, mae'r Switsh Mynediad (TOR) hefyd yn cyfyngu ar raddfa'r rhwydwaith cyfan. Mae'r rhain yn y pen draw yn cyfyngu ar raddfa'r rhwydwaith, ehangu rhwydwaith a gallu elastigedd, y broblem oedi ar draws y tair haen o amserlennu, ni all ddiwallu anghenion busnes yn y dyfodol.
Ar y llaw arall, mae'r traffig dwyrain-gorllewin a ddaw o ganlyniad i dechnoleg rhithwiroli hefyd yn dod â heriau i'r rhwydwaith tair haen draddodiadol. Gellir rhannu traffig canolfannau data yn fras i'r categorïau canlynol:
Traffig o'r gogledd i'r de:Traffig rhwng cleientiaid y tu allan i'r ganolfan ddata a gweinydd y ganolfan ddata, neu draffig o weinydd y ganolfan ddata i'r Rhyngrwyd.
Traffig o'r dwyrain i'r gorllewin:Traffig rhwng gweinyddion o fewn canolfan ddata, yn ogystal â thraffig rhwng gwahanol ganolfannau data, megis adfer ar ôl trychineb rhwng canolfannau data, cyfathrebu rhwng cwmwl preifat a chyhoeddus.
Mae cyflwyno technoleg rhithwiroli yn gwneud defnyddio cymwysiadau'n fwyfwy dosbarthedig, a'r "sgîl-effaith" yw bod traffig o'r dwyrain i'r gorllewin yn cynyddu.
Mae pensaernïaeth draddodiadol tair haen fel arfer wedi'i chynllunio ar gyfer traffig Gogledd-De.Er y gellir ei ddefnyddio ar gyfer traffig o'r dwyrain i'r gorllewin, efallai y bydd yn methu â pherfformio yn ôl yr angen yn y pen draw.
Pensaernïaeth draddodiadol tair haen yn erbyn pensaernïaeth asgwrn cefn-dail
Mewn pensaernïaeth tair haen, rhaid anfon traffig dwyrain-gorllewin ymlaen trwy ddyfeisiau yn yr haenau crynhoi a chraidd. Gan fynd trwy lawer o nodau yn ddiangen. (Gweinydd -> Mynediad -> Crynodeb -> Switsh Craidd -> Crynodeb -> Switsh Mynediad -> Gweinydd)
Felly, os yw llawer iawn o draffig dwyrain-gorllewin yn cael ei redeg trwy bensaernïaeth rhwydwaith tair haen draddodiadol, gall dyfeisiau sy'n gysylltiedig â'r un porthladd switsh gystadlu am led band, gan arwain at amseroedd ymateb gwael a geir gan ddefnyddwyr terfynol.
Anfanteision pensaernïaeth rhwydwaith tair haen draddodiadol
Gellir gweld bod gan bensaernïaeth rhwydwaith tair haen draddodiadol lawer o ddiffygion:
Gwastraff lled band:Er mwyn atal dolennu, mae protocol STP fel arfer yn cael ei redeg rhwng yr haen agregu a'r haen mynediad, fel mai dim ond un gyswllt i fyny o'r switsh mynediad sy'n cario traffig mewn gwirionedd, a bydd y cysylltiadau i fyny eraill yn cael eu rhwystro, gan arwain at wastraff lled band.
Anhawster wrth leoli rhwydwaith ar raddfa fawr:Gyda ehangu graddfa'r rhwydwaith, mae canolfannau data wedi'u dosbarthu mewn gwahanol leoliadau daearyddol, rhaid creu a mudo peiriannau rhithwir yn unrhyw le, ac mae eu priodoleddau rhwydwaith fel cyfeiriadau IP a phyrth yn aros yr un fath, sy'n gofyn am gefnogaeth Haen 2 dew. Yn y strwythur traddodiadol, ni ellir cyflawni unrhyw fudo.
Diffyg traffig o'r Dwyrain i'r Gorllewin:Mae pensaernïaeth y rhwydwaith tair haen wedi'i chynllunio'n bennaf ar gyfer traffig Gogledd-De, er ei bod hefyd yn cefnogi traffig dwyrain-gorllewin, ond mae'r diffygion yn amlwg. Pan fydd y traffig dwyrain-gorllewin yn fawr, bydd y pwysau ar y switshis haen agregu a haen graidd yn cynyddu'n fawr, a bydd maint a pherfformiad y rhwydwaith yn gyfyngedig i'r haen agregu a'r haen graidd.
Mae hyn yn gwneud i fentrau syrthio i'r broblem o gost a graddadwyedd:Mae cefnogi rhwydweithiau perfformiad uchel ar raddfa fawr yn gofyn am nifer fawr o offer haen cydgyfeirio a haen graidd, sydd nid yn unig yn dod â chostau uchel i fentrau, ond hefyd yn ei gwneud yn ofynnol bod rhaid cynllunio'r rhwydwaith ymlaen llaw wrth adeiladu'r rhwydwaith. Pan fydd graddfa'r rhwydwaith yn fach, bydd yn achosi gwastraff adnoddau, a phan fydd graddfa'r rhwydwaith yn parhau i ehangu, mae'n anodd ehangu.
Pensaernïaeth Rhwydwaith Asgwrn Cefn-Dail
Beth yw pensaernïaeth rhwydwaith Spine-Leaf?
Mewn ymateb i'r problemau uchod,mae dyluniad canolfan ddata newydd, pensaernïaeth rhwydwaith Spine-Leaf, wedi dod i'r amlwg, sef yr hyn a alwn ni'n rhwydwaith crib dail.
Fel mae'r enw'n awgrymu, mae gan y bensaernïaeth haen Asgwrn Cefn a haen Dail, gan gynnwys switshis asgwrn cefn a switshis dail.
Pensaernïaeth Asgwrn Cefn-Dail
Mae pob switsh dail wedi'i gysylltu â'r holl switshis crib, nad ydynt wedi'u cysylltu'n uniongyrchol â'i gilydd, gan ffurfio topoleg rhwyll lawn.
Mewn asgwrn cefn a dail, mae cysylltiad o un Gweinydd i'r llall yn mynd trwy'r un nifer o ddyfeisiau (Gweinydd -> Dail -> Switsh Asgwrn Cefn -> Switsh Dail -> Gweinydd), sy'n sicrhau oedi rhagweladwy. Oherwydd dim ond trwy un asgwrn cefn a dail arall y mae angen i becyn fynd i gyrraedd y gyrchfan.
Sut mae Spine-Leaf yn gweithio?
Switsh Leaf: Mae'n cyfateb i'r switsh mynediad yn y bensaernïaeth tair haen draddodiadol ac mae'n cysylltu'n uniongyrchol â'r gweinydd ffisegol fel y TOR (Top Of Rack). Y gwahaniaeth gyda'r switsh mynediad yw bod pwynt diffinio'r rhwydwaith L2/L3 bellach ar y switsh Leaf. Mae'r switsh Leaf uwchben y rhwydwaith 3 haen, ac mae'r switsh Leaf islaw'r parth darlledu L2 annibynnol, sy'n datrys problem BUM y rhwydwaith 2 haen mawr. Os oes angen i ddau weinydd Leaf gyfathrebu, mae angen iddynt ddefnyddio llwybro L3 a'i anfon ymlaen trwy switsh Spine.
Switsh Asgwrn Cefn: Yn cyfateb i switsh craidd. Defnyddir ECMP (Llwybr Aml Cost Cyfartal) i ddewis llwybrau lluosog yn ddeinamig rhwng y switshis Asgwrn Cefn a'r Dail. Y gwahaniaeth yw bod yr Asgwrn Cefn bellach yn darparu rhwydwaith llwybro L3 gwydn ar gyfer y switsh Dail, felly gellir llwybro traffig gogledd-de'r ganolfan ddata o'r switsh Asgwrn Cefn yn lle'n uniongyrchol. Gellir llwybro traffig gogledd-de o'r switsh ymyl yn gyfochrog â'r switsh Dail i'r llwybrydd WAN.
Cymhariaeth rhwng pensaernïaeth rhwydwaith Asgwrn Cefn/Dail a phensaernïaeth rhwydwaith tair haen draddodiadol
Manteision Dail-Asgwrn Cefn
Fflat:Mae dyluniad gwastad yn byrhau'r llwybr cyfathrebu rhwng gweinyddion, gan arwain at oedi is, a all wella perfformiad cymwysiadau a gwasanaethau yn sylweddol.
Graddadwyedd da:pan nad yw'r lled band yn ddigonol, gall cynyddu nifer y switshis crib ymestyn y lled band yn llorweddol. Pan fydd nifer y gweinyddion yn cynyddu, gallwn ychwanegu switshis dail os nad yw dwysedd y porthladd yn ddigonol.
Lleihau costau: Traffig tua'r gogledd a'r de, naill ai'n gadael nodau dail neu'n gadael nodau crib. Llif dwyrain-gorllewin, wedi'i ddosbarthu dros lwybrau lluosog. Yn y modd hwn, gall rhwydwaith crib y dail ddefnyddio switshis cyfluniad sefydlog heb yr angen am switshis modiwlaidd drud, ac yna lleihau'r gost.
Oedi Isel ac Osgoi Tagfeydd:Mae gan lif data mewn rhwydwaith crib Leaf yr un nifer o hopiau ar draws y rhwydwaith waeth beth fo'r ffynhonnell a'r cyrchfan, ac mae unrhyw ddau weinydd yn hygyrch o'i gilydd ar gyfer tair hop Leaf - >Spine - >Leaf. Mae hyn yn sefydlu llwybr traffig mwy uniongyrchol, sy'n gwella perfformiad ac yn lleihau tagfeydd.
Diogelwch ac Argaeledd Uchel:Defnyddir y protocol STP yn y bensaernïaeth rhwydwaith tair haen draddodiadol, a phan fydd dyfais yn methu, bydd yn ail-gydgyfeirio, gan effeithio ar berfformiad y rhwydwaith neu hyd yn oed fethu. Yn y bensaernïaeth dail-grib, pan fydd dyfais yn methu, nid oes angen ail-gydgyfeirio, ac mae'r traffig yn parhau i basio trwy lwybrau arferol eraill. Nid yw'r cysylltedd rhwydwaith yn cael ei effeithio, a dim ond un llwybr sy'n lleihau'r lled band, gydag ychydig iawn o effaith ar berfformiad.
Mae cydbwyso llwyth drwy ECMP yn addas iawn ar gyfer amgylcheddau lle defnyddir llwyfannau rheoli rhwydwaith canolog fel SDN. Mae SDN yn caniatáu symleiddio ffurfweddu, rheoli ac ailgyfeirio traffig rhag ofn rhwystr neu fethiant cyswllt, gan wneud y topoleg rhwyll lawn cydbwyso llwyth deallus yn ffordd gymharol syml o ffurfweddu a rheoli.
Fodd bynnag, mae gan bensaernïaeth Asgwrn Cefn-Dail rai cyfyngiadau:
Un anfantais yw bod nifer y switshis yn cynyddu maint y rhwydwaith. Mae angen i ganolfan ddata pensaernïaeth rhwydwaith crib dail gynyddu switshis ac offer rhwydwaith yn gymesur â nifer y cleientiaid. Wrth i nifer y gwesteiwyr gynyddu, mae angen nifer fawr o switshis dail i gysylltu â'r switsh crib.
Mae angen paru ar y cysylltiad uniongyrchol rhwng switshis crib a dail, ac yn gyffredinol, ni all y gymhareb lled band resymol rhwng switshis dail a chrib fod yn fwy na 3:1.
Er enghraifft, mae 48 o gleientiaid cyfradd 10Gbps ar y switsh dail gyda chyfanswm capasiti porthladd o 480Gb/s. Os yw pedwar porthladd uplink 40G pob switsh dail wedi'u cysylltu â'r switsh crib 40G, bydd ganddo gapasiti uplink o 160Gb/s. Y gymhareb yw 480:160, neu 3:1. Mae uplinks canolfannau data fel arfer yn 40G neu'n 100G a gellir eu mudo dros amser o fan cychwyn o 40G (Nx 40G) i 100G (Nx 100G). Mae'n bwysig nodi y dylai'r uplink bob amser redeg yn gyflymach na'r downlink er mwyn peidio â rhwystro'r cyswllt porthladd.
Mae gan rwydweithiau Spine-Leaf ofynion gwifrau clir hefyd. Gan fod yn rhaid cysylltu pob nod dail â phob switsh asgwrn cefn, mae angen i ni osod mwy o geblau copr neu ffibr optig. Mae pellter y rhyng-gysylltiad yn cynyddu'r gost. Yn dibynnu ar y pellter rhwng y switshis rhyng-gysylltiedig, mae nifer y modiwlau optegol pen uchel sy'n ofynnol gan bensaernïaeth Spine-Leaf ddegau o weithiau'n uwch na nifer y bensaernïaeth draddodiadol tair haen, sy'n cynyddu'r gost gyffredinol o'u defnyddio. Fodd bynnag, mae hyn wedi arwain at dwf y farchnad modiwlau optegol, yn enwedig ar gyfer modiwlau optegol cyflymder uchel fel 100G a 400G.
Amser postio: Ion-26-2026
