Grundlagen der Spine-und-Leaf-Architektur | Corning

Transformieren Sie Ihre Rechenzentrumsarchitektur mit Spine-and-Leaf-Netzwerkdesign

Transformieren Sie Ihre Rechenzentrumsarchitektur mit Spine-and-Leaf-Netzwerkdesign

Die Architektur von Rechenzentren hat sich weiterentwickelt, wobei das traditionelle 3-Tier-Design durch die effizientere Spine-and-Leaf-Architektur ersetzt wurde. Dieser moderne Ansatz zeichnet sich durch ein 2-Tier-Design aus, das den Datenfluss verbessert und die Latenzzeit reduziert. Jeder Leaf-Switch ist mit jedem Spine-Switch verbunden, wodurch Engpässe vermieden und eine vorhersehbare Leistung gewährleistet wird. Die Skalierung wird durch das Hinzufügen weiterer Spine- oder Leaf-Switches vereinfacht, und die integrierte Redundanz minimiert die Auswirkungen eines Komponentenausfalls.

Das Verständnis der folgenden Schlüsselprinzipien und Berechnungen, wie z. B. die Bestimmung der maximalen Anzahl von Leaf-Switches und Servern, trägt zur Maximierung der Netzwerkeffizienz bei und vermittelt Ihnen die Grundlagen der Spine-and-Leaf-Architektur, wenn Sie beginnen, Ihr Rechenzentrum von einer traditionellen auf eine modernere Infrastruktur umzustellen.

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Moderne Rechenzentrumsarchitektur: Einführung des Spine-and-Leaf-Designs

Moderne Rechenzentrumsarchitektur: Einführung des Spine-and-Leaf-Designs

In den letzten Jahrzehnten hat sich die Architektur von Rechenzentren erheblich verändert. Das traditionelle 3-Tier- oder 3-Layer-Design – bestehend aus Access-, Aggregation- und Core-Layer – zeichnete sich durch einen Datenfluss von Süden nach Norden aus. Dieses Modell hat sich jedoch als weniger ideal erwiesen, um den modernen Datenanforderungen gerecht zu werden.

Einschränkungen des 3-Tier-Designs

Im 3-Tier-Modell mussten Daten einen hierarchischen Pfad durchlaufen: vom Server zum Aggregation-Switch, zum Core-Switch und dann wieder zurück. Diese Methode verursachte Verzögerungen und Engpässe im Datenverkehr.

3-Tier-Architektur - Baumstruktur

Mehrwert einer Leaf-Spine-Architektur

Mehrwert einer Leaf-Spine-Architektur

Die Spine-and-Leaf-Architektur wurde speziell entwickelt, um die Einschränkungen des veralteten 3-Tier-Systems zu überwinden, das durch die effizientere Leaf-Spine-Architektur ersetzt wurde, die sich durch einen Ost-West-Datenfluss innerhalb eines optimierten 2-Tier-Designs auszeichnet. Und so funktioniert sie:

  • Leaf Switches - mit Servern, Speicher, WAN oder Internetgeräten verbunden.
  • Spine Switches - fungieren als Backbone und verbinden alle Leaf-Switches miteinander.

In dieser Konfiguration ist jeder Leaf-Switch mit jedem Spine-Switch in einer vollständig vermaschten Topologie verbunden. Diese einheitliche Verbindung stellt sicher, dass die Daten jedes Mal die gleiche Anzahl von Geräten durchlaufen, wodurch die Verzögerung (Latenz) besser vorhersehbar ist.

2-Tier-Architektur - Spine und Leaf
Die wichtigsten Vorteile:
Geringere Latenz:
Da jeder Spine mit jedem Leaf verbunden ist, werden Verzögerungen und Engpässe im Datenverkehr erheblich minimiert.
Skalierbarkeit:
Bei wachsenden Anforderungen lässt sich das Netzwerk problemlos ausbauen indem weitere Spine- oder Leaf-Switches hinzugefügt werden.
Verbesserte Redundanz:
Die der Netzwerkarchitektur innewohnende Redundanz sorgt dafür, dass die Auswirkungen im Falle eines Komponentenausfalls minimal sind. Selbst wenn ein Spine-Switch ausfällt, kommunizieren die Leaf-Switches über mehrere Pfade zwischen den Netzwerkknoten weiter und erhalten so die Netzwerkintegrität aufrecht.
Erhöhte Bandbreite:
Die Nutzung mehrerer aktiver Verbindungen steigert die Netzwerkleistung.
Kosteneffizienz:
Die Implementierung von Switches mit fester Konfiguration senkt die Kosten.

Die Spine-und-Leaf-Architektur stellt einen entscheidenden Fortschritt in der Gestaltung von Rechenzentren dar und bietet eine verbesserte Effizienz, Skalierbarkeit und Zuverlässigkeit, um den modernen Anforderungen gerecht zu werden.

Grundprinzipien der Spine-und-Leaf-Architektur

Grundprinzipien der Spine-und-Leaf-Architektur

Bei der Betrachtung der Spine-and-Leaf-Architektur ist es wichtig, die folgenden Grundprinzipien zu beachten, um eine effiziente, skalierbare und zuverlässige Netzwerkleistung zu gewährleisten:

Spine-und-Leaf-Verbindungen

Jeder Leaf ist mit jedem Spine verbunden, aber nicht mit anderen Leaf-Switches, und Spines sind nicht mit anderen Spine-Switches verbunden.

Port-Dichte und Leaf-Switches

Die Portdichte am Spine definiert die maximale Anzahl von Leaf-Switches.

Beispiel:
4 Line Cards, 36 x 100G-Ports/Karte – 4 x 36 x 100G

Uplink-Ports und Spine-Switches

Die Anzahl der Uplink-Ports am Leaf-Switch definiert die maximale Anzahl der Spine-Switches.

Beispiel:
4 Uplink-Ports (zum Spine) = 4 x 100G

Downlink-Ports und Endgeräte

Die Anzahl der Downlink-Ports am Leaf-Switch und das Überbuchungsverhältnis definieren die maximale Anzahl der verbundenen Endgeräte.

Beispiel:
48 Downlink-Ports (zu den Servern) = 48 x 25G

Berechnung der Netzwerkkapazität in einer Spine-und-Leaf-Architektur

Berechnung der Netzwerkkapazität in einer Spine-und-Leaf-Architektur

Zur Berechnung der Netzwerkkapazität finden Sie hier einige hilfreiche Formeln zur Bestimmung der wichtigsten Aspekte Ihrer Spine-and-Leaf-Architektur.

Berechnung der maximalen Anzahl von Leaf-Switches:

1. Bestimmen Sie die Gesamtzahl der Ports pro Spine-Switch: Berücksichtigen Sie alle Ports in Ihren Leitungskarten.

2. Multiplizieren Sie diese Zahl mit der Anzahl der Spine-Switches: Dies ergibt die Gesamtzahl der verfügbaren Spine-Ports.

3. Teilen Sie durch die Anzahl der Uplink-Ports in einem Leaf-Switch: Dies ergibt die maximale Anzahl der Leaf-Switches.

Berechnung der Anzahl an Servern oder Hosts:

Multiplizieren Sie die Anzahl der Downlink-Ports in einem Leaf-Switch mit der Anzahl der Leaf-Switches: Dies ergibt die Gesamtzahl der verbundenen Endgeräte.

Mit diesen Formeln können Sie die Netzwerkkapazität leicht bestimmen und eine effiziente Planung für Ihr Leaf-Spine-Netzwerk sicherstellen.

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Ganz gleich, ob Sie Hilfe bei der aktuellen Umsetzung oder bei der Planung für die Zukunft benötigen, wir können Ihnen helfen. Füllen Sie einfach dieses Formular aus.

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