Kiến trúc mạng Spine-Leaf dùng trong các trung tâm dữ liệu

Trong bài viết này, Viễn Thông Xanh xin giới thiệu một kiến trúc mạng Spine-Leaf. Đây là kiến trúc giúp giảm thiểu đổ trễ và số bước nhảy trong mạng trung tâm dữ liệu.

Mình sẽ chỉ ra cấu trúc Spine-leaf này hoạt động như thế nào và so sánh nó với cấu trúc mạng trung tâm dữ liệu thông thường. Từ đó bạn sẽ hiểu được những ưu và nhược điểm của kiến trúc mạng này!

Kiến trúc mạng Spine-Leaf là gì?

Hình ảnh kiến trúc mạng Spine-Leaf
Hình ảnh kiến trúc mạng Spine-Leaf

Kiến trúc mạng Spine-Leaf hay Leaf-Spine là cấu trúc liên kết mạng được sử dụng trong các trung tâm dữ liệu gồm 2 lớp chuyển mạch (swich): lớp Spine Switchlớp Leaf Switch.

Lớp Leaf sẽ bao gồm tất cả các Access Switch để tổng hợp dữ liệu từ các máy chủ Server. Lớp Spine sẽ gồm các Switch kết nối tất cả các Access Switch lại với nhau.

Mục đích của xây dựng kiến trúc mạng Spine-Leaf là giảm thiểu số tầng chuyển mạch trong cấu trúc mạng. Từ đó làm giảm độ trễ và sự tắc nghẽn trong mạng khi mọi truy cập chỉ cần đi qua 2 lớp mạng để đến đích thay vì 3 như kiến trúc mạng truyền thống.

Kiến trúc mạng Spine-Leaf khác kiến trúc mạng truyền thống thế nào?

Theo kiến trúc mạng truyền thống dùng cho trung tâm dữ liệu sẽ có 3 lớp chuyển mạch:

  • Lớp Access Switch (hoặc Edge Switch) kết nối với máy chủ.
  • Lớp Distrubution Switch (hoặc Aggregation Switch) kết nới với các Switch truy cập.
  • Lớp Core Switch kết nối với các Switch phân phối.
Hình ảnh kiến trúc mạng truyền thống gồm 3 lớp
Hình ảnh kiến trúc mạng truyền thống gồm 3 lớp

Quan sát qua 2 hình ảnh thể hiện sơ đồ kiến trúc giữa Spine-Leaf và kiến trúc mạng truyền thống có thể thấy rằng: Kiến trúc mạng Spine-Leaf thu gộp 2 trong 3 lớp mạng truyền thống thành 1 lớp duy nhất.

Những khác biệt của kiến trúc mạng Spine-Leaf:

  • Loại bỏ giao thức STP.
  • 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.

Tại sao kiến trúc mạng Spine-Leaf ngày càng phổ biến?

Kiến trúc mạng Spine-Leaf ngày càng phổ biến trong các môi trường trung tâm dữ liệu và mạng do có một số lợi ích quan trọng mà nó mang lại. Dưới đây là một số lý do chính tại sao kiến trúc này trở nên phổ biến:

  1. Hiệu suất cao: Kiến trúc Spine-Leaf 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.
  2. Dễ dàng mở rộng: Kiến trúc Spine-Leaf 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.
  3. Loại bỏ STP: Spine-Leaf 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.
  4. Tính nhất quán và dự đoán: Với kiến trúc Spine-Leaf, 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.
  5. Tương thích với ảo hóa: Kiến trúc Spine-Leaf 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.

Hạn chế của kiến trúc mạng Spine-Leaf

Một trong những nhược điểm lớn nhất của kiến trúc mạng Spine-Leaf là liên quan đến số lượng máy chủ kết nối. Càng nhiều máy chủ kết nối thì lớp Spine Switch càng nhiều. Do đó, một lớp Spine chỉ có thể mở rộng máy chủ đến khi nó hết cổng kết nối.

Hạn chế tiếp theo của kiến trúc mạng này là chi phí. Kiến trúc Spine-Leaf thường đòi hỏi sự đầu tư ban đầu lớn. Bạn cần phải mua và triển khai nhiều thiết bị switch Spine và Leaf, đặc biệt khi bạn muốn đảm bảo tính sẵn sàng và dự phòng.

Do nhiều thiết bị switch nên việc cấu hình và quản lý kiến trúc mạng này cũng rất phức tạp, đòi hỏi những chuyên viên mạng kỹ thuật cao.

Do đó kiến trúc mạng Spine-Leaf chỉ phù hợp với các trung tâm dữ liệu cố định. Tức là được quy hoạch sẵn quy mô và không di động.

Cách kiến trúc mạng trung tâm dữ liệu theo Spine-leaf

Khi thiết kế một kiến trúc mạng Spine-Leaf, Bạn cần xem xét đến: tỷ lệ quá tải (oversubscription rates), kích thước của các switch Spine và Leaf cũng như lớp mạng nào mà nó được xây dựng.

Tỷ lệ quá tải (Oversubscription Rates):

  • Tỷ lệ quá tải là khi tất cả các thiết bị đang gửi lưu lượng mạng vào cùng một thời điểm và lưu lượng này không thể được tổng hợp trên đường dẫn hoạt động.
  • Tỷ lệ quá tải, tính theo tỷ lệ, nên không lớn hơn 3:1.
  • Tỷ lệ quá tải nên được đo bằng băng thông lên và khả năng của lưu lượng xuống (upstream bandwidth và downstream capacity).

Kích thước của Switch Spine và Leaf (Spine and Leaf Sizing):

  • Kích thước của switch Leaf là số lượng tối đa các switch Leaf có trong mô hình mạng.
  • Mật độ cổng của switch Spine xác định kích thước của switch Leaf.
  • Mật độ cổng và khả năng xử lý của switch Leaf xác định kích thước của switch Spine.

Lớp mạng (Layer):

Một kiến trúc mạng Spine-Leaf có thể được xây dựng ở Lớp 2 hoặc Lớp 3 của mô hình OSI. Tùy thuộc vào việc các đường dẫn giữa lớp Leaf và lớp Spine có được chuyển mạch hay định tuyến.

Trong thiết kế Spine-Leaf ở Lớp 2, giao thức TRILL hoặc SPB thay thế STP. Tất cả các máy chủ (hosts) được kết nối vào mạng và cung cấp một đường dẫn không tạo vòng lặp đến địa chỉ MAC của họ thông qua tính toán đường dẫn ngắn nhất.

Trong thiết kế Spine-Leaf ở Lớp 3, mỗi đường dẫn được định tuyến. Phương pháp này hiệu quả nhất khi VLAN được phân chia cho từng switch Leaf riêng biệt hoặc khi một lớp mạng overlay như VXLAN đang hoạt động.

Kiến trúc mạng Spine-Leaf là một kiến trúc mạng phức tạp nhưng mang lại tính hiệu suất và mở rộng cao cho các trung tâm dữ liệu.

Kết luận:

Trên đây là những chia sẻ kiến thức mà mình muốn giới thiệu với bạn về kiến trúc mạng Spine-leaf trong trung tâm dữ liệu. Mong rằng qua bài viết này, bạn đã biết thêm cách kiến trúc mạng dành cho trung tâm dữ liệu của mình.

Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, hãy để lại dưới phần bình luận để mình giải đáp chi tiết nhất!

Viễn Thông Xanh là đơn vị cung cấp các sản phẩm thiết bị mạng chính hãng. Nếu bạn muốn xây dựng một hệ thống mạng cho trung tâm dữ liệu hoặc hệ thống mạng cho doanh nghiệp của mình. Hãy liên hệ ngay với đội ngũ kinh doanh của VTX qua số Zalo hiển thị trên web để được hỗ trợ nhanh nhất!

Xem thêm các bài viết liên quan:

Làm thế nào để xây dựng một trung tâm dữ liệu?

Trung tâm dữ liệu siêu cấp là gì và chúng hoạt động như thế nào?

Switch layer 2, Switch layer 3 là gì? Phân biệt và tìm hiểu chi tiết

Cấu hình VLAN trên Switch Cisco, Hướng dẫn từ cơ bản đến nâng cao

Nên chọn Switch quản lý hay Switch thường cho mạng gia đình?