شبكة مركز البيانات: Spine-Leaf وVXLAN وEVPN

طريقان إلى نفس الفكرة

قبل أن تبدأ

الفكرة الجوهرية

1من ثلاث طبقات إلى Spine-Leaf

التصميم القديم (وصول وتوزيع وقلب) صُمم لحركة شمال جنوب، ويعتمد على STP فيغلق نصف الوصلات، والمسافة بين خادمين تتغير حسب مكانهما. Spine-Leaf يحل ذلك: كل Leaf مرتبط بكل Spine، فالطريق بين أي خادمين ثلاث قفزات دائمًا (leaf-spine-leaf)، وكل الوصلات تعمل معًا بـ ECMP لأن الشبكة كلها موجهة في الطبقة الثالثة بلا STP بين المبدّلات.

2الحجم ونسبة الاشتراك الزائد

عدد الـ Spines يساوي عدد منافذ الصعود في كل Leaf، وأقصى عدد Leafs يساوي عدد منافذ كل Spine. ونسبة الاشتراك الزائد تقول كم يتشارك الخوادم السعة نحو الأعلى: 1:1 لا اشتراك (للتخزين والذكاء الاصطناعي)، و3:1 شائعة للتطبيقات العامة.

في الحالة الأولى 1200G نحو الخوادم و600G للأعلى: 2:1. عناقيد تدريب النماذج تُبنى بلا اشتراك زائد لأن كل بطاقة تتكلم مع كل بطاقة.

def fabric(leaf_down, down_speed, leaf_up, up_speed, spine_ports, servers_per_leaf):
    down = leaf_down * down_speed
    up = leaf_up * up_speed
    leaves = spine_ports                       # each spine gives one port to every leaf
    print(f"spines: {leaf_up} | max leaves: {leaves} | max servers: {leaves * servers_per_leaf:,}")
    print(f"per leaf: {down} G down, {up} G up -> oversubscription {down / up:.1f}:1")

print("general apps:")
fabric(leaf_down=48, down_speed=25, leaf_up=6, up_speed=100, spine_ports=64, servers_per_leaf=48)
print("AI training cluster (no sharing):")
fabric(leaf_down=32, down_speed=400, leaf_up=32, up_speed=400, spine_ports=64, servers_per_leaf=4)

3VXLAN: شبكة طبقة ثانية فوق شبكة موجهة

الخوادم الافتراضية تنتقل بين الأجهزة وتريد أن تبقى في الشبكة نفسها بعنوانها نفسه. لكن النسيج موجه في الطبقة الثالثة. VXLAN يحل التناقض: الـ Leaf (الـ VTEP) يأخذ إطار Ethernet كاملًا، ويضعه داخل UDP/IP موجّه إلى الـ Leaf الآخر، فيعبر الـ Spines كحزمة عادية، ثم يُفك هناك. كل شبكة افتراضية لها VNI.

لو نسيت رفع MTU في الطبقة السفلية، تعمل الحزم الصغيرة (ping) وتفشل الكبيرة: عطل مخادع.

OUTER = {"outer Ethernet": 14, "outer IP": 20, "UDP (dst 4789)": 8, "VXLAN (VNI)": 8}
overhead = sum(OUTER.values())
for part, size in OUTER.items():
    print(f"{part:<16} {size:>3} bytes")
print("overhead       :", overhead, "bytes")
print("underlay MTU needed for 1500-byte guests:", 1500 + overhead)
print("VNIs available :", f"{2 ** 24:,}", "vs VLANs:", 4094)

4EVPN والبوابة الموحدة

VXLAN وحده يتعلم بالإغراق: يرسل الإطار المجهول لكل الـ VTEPs. هذا لا يكبر. EVPN يجعل BGP يحمل المعلومة: حين تظهر VM خلف Leaf، يعلن ذلك Leaf بمسار من النوع 2 (MAC وIP)، فيعرف الجميع مكانها قبل أن يحتاجوه، ويرد كل Leaf على ARP محليًا. والبوابة الموحدة: كل Leaf يحمل البوابة نفسها (IP وMAC)، فالـ VM تجد بوابتها في أول قفزة أينما انتقلت.

مثال محلول

المسألة: شركة تبني مركز بيانات لـ 1500 خادم بمنافذ 25G، والحركة تطبيقات عامة. عندك Leafs بـ 48×25G و8×100G، وSpines بـ 32×100G. صمّم النسيج.

الحل: كل Leaf يخدم 48 خادمًا، فتحتاج 1500 ÷ 48 ≈ 32 Leaf، وهذا يساوي منافذ الـ Spine (32) تمامًا، فلا مجال للنمو؛ خذ 4 Spines الآن بأربعة منافذ صعود لكل Leaf (400G للأعلى مقابل 1200G للأسفل = 3:1)، واترك 4 منافذ صعود فارغة لتضيف 4 Spines لاحقًا (تصبح 1.5:1). الطبقة السفلية eBGP برقم AS لكل Leaf وBFD وMTU 9216. الطبقة العليا VXLAN مع EVPN، وبوابة موحدة على كل Leaf، وزوج Border Leaf للاتصال بالخارج. للنمو أبعد من 32 Leaf تحتاج Spines أكبر أو طبقة Super-Spine.

خرافة مقابل حقيقة

أين تقابله في العمل

اختبر فهمك

بطاقات مراجعة سريعة

تحقق من فهمك