معرفی معماری شبکه Spine-and-Leaf

 امروزه ترافیک دیتاسنترهای مدرن در حال افزایش است و پهنای باند بیشتری را می‌طلبد. این طراحی نوآورانه که راهکار جدیدی است که بواسطه بکارگیری سوئیچ Cisco نکسوس سری 9000 قابل پیاده سازی در بستر شبکه میباشد، جایگزینی برای معماری سنتی سه لایه یا Three-tier layer میباشد.

طراحی سنتی سه لایه شبکه چیست؟

در این طراحی که بعنوان روشی رایج در معماری شبکه پذیرفته شده است، شامل 3 لایه اصلی میباشد: لایه Core شبکه، لایه Distribution شبکه و لایه Access شبکه. هرچند که این طراحی تا به امروز نیازهای شبکه‌ها را برطرف کرده است و وظایف زیرساخت های شبکه را دسته بندی کرده است، نقاط ضعف مشخصی نیز دارد.

در این طراحی بهترین و هزینه برترین روترها در لایه Core و یا لایه Backbone شبکه قرار می‌گیرد و وظیفه انتقال اطلاعات با سریع ترین حالت ممکن و با کمترین Latency را عهده دار هستند. لایه Distribution که عمدتا شامل سوئیچ های پرقدرت لایه سه هستند مسئول اعمال سیاست های مختلف از قبیل ACL ها ((Access List) SLA (Service Level Agreements) ،QoS Quality of Service)) و غیره می‌باشند. در آخر سوئیچ های Access شبکه با اتصال به کلاینت‌های شبکه از قبیل کامپیوتر و یا پرینترها مسئول تحویل بسته های ترافیکی به این دستگاه ها میباشند.

از مزیت‌های این روش میتوان به در دسترس بودن ( Availability )، امنیت، مقیاس پذیری و مقبولیت اشاره کرد. همچنین محدودیت پهنای باند در دسترس، Latency، محدود شدن ارتباطات پشتیبان بوسیله پروتکل Spanning-tree و محدودیت VLAN‌‌های موجود (تا 4096) از معایب این معماری میباشند که در شبکه های بزرگ مانند دیتاسنترهای پیشرفته که انتقال اطلاعات بین اپلیکیشن‌ها، ماشین‌های مجازی و سرورهای ذخیره ساز ( Data Storage ) بشدت نمود پیدا می‌کنند. برای این منظور، شرکت سیسکو طراحی نوآورانه Spine and Leaf و با اتکا به سوئیچ نکسوس سیسکو سری 9000 را بعنوان راهکاری که تمامی نقاط ضعف نام برده شده را برطرف کند، پیشنهاد می‌دهد.

طراحی Spine and Leaf  چیست ؟

این طراحی زیرساختی برای پیاده سازی مفهوم  ACI از محصولات Cisco است و یا Application Centric Infrastructure بحساب می‌آید. در این زیرساخت مدیریت ارتباطات و ترافیک بین سرویس‌ها، نرم افزارها و اپلیکیشن‌های موجود در شبکه بشدت ارتقا میابد تا آن‌ها بتوانند بدون اختلال و با بیشترین بازدهی فعالیت کنند.

در این طراحی که شامل دولایه میشود، هر سوئیچ Spine که در لایه ی بالایی قرار می‌گیرد بصورت Full-mesh به تمامی سوئیچ های Leaf که در لایه زیرین قرار دارند متصل می‌گردند و این سوئیچ های Leaf هستند که اطلاعات را به سرورها و بقیه سرویس‌های شبکه تحویل خواهند داد. لازم بذکر است که هیچ ارتباطی بین سوئیچ های Leaf و یا Spine در هرلایه نباید وجود داشته باشد. در این روش مسیر انتقال اطلاعات بصورت تصادفی انتخاب می‌گردد تا load balancing و استفاده از ظرفیت تمامی اتصالات به بهترین شیوه انجام شود.

در طراحی سه لایه سنتی از پروتکل STP برای پیشگیری از loop استفاده می کند که بر اساس شناسایی loop در شبکه، لینک‌های افزونه را مسدود می کند. در نتیجه یک  سوییچ access که دارای دو عدد uplink است تنها از یکی از آن‌ها می تواند بهره ببرد. معماری leaf-spine پروتکل های جایگزین جدیدتری به نام SPB و TRILL را برای پیشگیری از ایجاد loop به کار می برد. این پروتکل‌ها اجازه خواهند داد که تمام لینک‌های بین leaf و spine برای ارسال ترافیک استفاده شوند.

پروتکل SPB و TRILL با به کارگیری پروتکل مسیریابی لایه 3 برای دستگاه‌های لایه 2 ای، این مسئله را برطرف کرده است و دستگاه‌های لایه 2 اجازه خواهند داد که فریم های اترنت را مسیریابی نمایند. حذف پروتکل STP در این معماری به افزایش پایداری در شبکه منجر می شود و با بهره مندی از ابزارهای جدید و در کنار راهکارهای دیگری همچون  SDN (Software-Defined Networking)، منجر به بهبود شبکه های Enterprise و پیشرفته خواهد شد.

همچنین در این طراحی ترافیک همواره باید از تعداد دستگاه‌های یکسانی گذر کند تا به سرور مقصد برسد. این رویکرد منجر خواهد شد که تاخیر ( Latency ) همیشه در سطحی قابل پیشبینی باقی بماند چرا که بسته‌های داده تنها به سمت یک سوییچ spine و سوییچ leaf دیگر حرکت می کنند تا به مقصد خود برسند.

سوئیچ Spine سیسکو

خانواده سوئیچ های 9000 نکسوس سیسکو شامل مدل‌های مختلفی از سوئیج‌های ثابت مانند سیسکو نکسوس 9300 و سوئیچ‌های ماژولار مانند نکسوس سیسکو 9700 می‌شوند که بعنوان سوئیچ Spine در شبکه راه اندازی می‌شوند. این سوئیچ‌ها قابلیت‌های اتومات و براساس سیاست‌های درنظر گرفته شده را در بستر سیسکو ACI محقق می‌سازند. لازم بذکر است با فعال کردن این خانواده از سوئیچ‌ها با استفاده از لایسنس PLR سوئیچ نکسوس 9000  سیسکو تمامی ویژگی‌های این دستگاه‌ها، برای پیاده سازی در حالت ACI-mode، بصورت دائمی و بدون نیاز به اینترنت فعال می‌گردد. دو مدل سوئیچ ماژولار نکسوس سیسکو N9K-C9508-B2 و  N9K-X9736PQ از سری 9700 و سوئیچ ثابت نکسوس سیسکو N9K-X9336PQ از سری 9300 برای بکارگیری در این لایه پیشنهاد می‌گردند.

سوئیچ Leaf سیسکو

همچنین از سوئیچ های ثابت ( Fixed ) زیر میتوان بعنوان سوئیچ های Leaf در این لایه استفاده کرد:

• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C9396PX
• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C9396TX
• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C93128TX
• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C9372TX
• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C9372PX
• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C9332PQ
• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C93128TX2
• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C93128PX2
• سوئیچ نکسوس سیسکو مدل N9K-C9332PQ2