Ili kukidhi mahitaji ya huduma za wingu, mtandao hugawanywa hatua kwa hatua katika Underlay na Overlay. Mtandao wa Underlay ni vifaa halisi kama vile uelekezaji na ubadilishaji katika kituo cha data cha jadi, ambacho bado kinaamini katika dhana ya uthabiti na hutoa uwezo wa kuaminika wa upitishaji data wa mtandao. Overlay ni mtandao wa biashara uliofunikwa juu yake, karibu na huduma, kupitia usanidi wa itifaki ya VXLAN au GRE, ili kuwapa watumiaji huduma za mtandao rahisi kutumia. Mtandao wa Underlay na mtandao wa Ooverlay zinahusiana na kutenganishwa, na zinahusiana na zinaweza kubadilika kwa kujitegemea.
Mtandao wa Underlay ndio msingi wa mtandao. Ikiwa mtandao wa underlay hauna msimamo, hakuna SLA kwa biashara. Baada ya usanifu wa mtandao wa tabaka tatu na usanifu wa mtandao wa Fat-Tree, usanifu wa mtandao wa kituo cha data unabadilika hadi usanifu wa Spine-Leaf, ambao ulianzisha matumizi ya tatu ya mfumo wa mtandao wa CLOS.
Usanifu wa mtandao wa Kituo cha Data cha Jadi
Ubunifu wa Tabaka Tatu
Kuanzia 2004 hadi 2007, usanifu wa mtandao wa ngazi tatu ulikuwa maarufu sana katika vituo vya data. Una tabaka tatu: safu ya msingi (uti wa mgongo wa kasi ya juu wa mtandao), safu ya mkusanyiko (ambayo hutoa muunganisho unaotegemea sera), na safu ya ufikiaji (ambayo huunganisha vituo vya kazi na mtandao). Mfano ni kama ifuatavyo:
Usanifu wa Mtandao wa Tabaka Tatu
Tabaka Kuu: Swichi kuu hutoa usambazaji wa kasi ya juu wa pakiti ndani na nje ya kituo cha data, muunganisho wa tabaka nyingi za mkusanyiko, na mtandao thabiti wa uelekezaji wa L3 ambao kwa kawaida huhudumia mtandao mzima.
Safu ya Mkusanyiko: Swichi ya mkusanyiko huunganisha kwenye swichi ya ufikiaji na hutoa huduma zingine, kama vile ngome, upakiaji wa SSL, ugunduzi wa uvamizi, uchambuzi wa mtandao, n.k.
Safu ya Ufikiaji: Swichi za ufikiaji kwa kawaida huwa juu ya Raki, kwa hivyo pia huitwa swichi za ToR (Juu ya Raki), na huunganishwa kimwili na seva.
Kwa kawaida, swichi ya mkusanyiko ni sehemu ya utengano kati ya mitandao ya L2 na L3: mtandao wa L2 uko chini ya swichi ya mkusanyiko, na mtandao wa L3 uko juu. Kila kundi la swichi za mkusanyiko husimamia Point Of Delivery (POD), na kila POD ni mtandao huru wa VLAN.
Itifaki ya Mzunguko wa Mtandao na Mti wa Upanaji
Uundaji wa vitanzi husababishwa zaidi na mkanganyiko unaosababishwa na njia zisizoeleweka za mwisho. Watumiaji wanapojenga mitandao, ili kuhakikisha kuegemea, kwa kawaida hutumia vifaa visivyohitajika na viungo visivyohitajika, ili vitanzi viundwe bila kuepukika. Mtandao wa safu ya 2 uko katika kikoa kimoja cha utangazaji, na pakiti za utangazaji zitasambazwa mara kwa mara kwenye kitanzi, na kutengeneza dhoruba ya utangazaji, ambayo inaweza kusababisha kuziba kwa lango na kupooza kwa vifaa mara moja. Kwa hivyo, ili kuzuia dhoruba za utangazaji, ni muhimu kuzuia uundaji wa vitanzi.
Ili kuzuia uundaji wa vitanzi na kuhakikisha uaminifu, inawezekana tu kugeuza vifaa visivyohitajika na viungo visivyohitajika kuwa vifaa vya chelezo na viungo vya chelezo. Hiyo ni, milango na viungo vya vifaa visivyohitajika vimezuiwa katika hali ya kawaida na havishiriki katika usambazaji wa pakiti za data. Ni wakati tu kifaa cha usambazaji cha sasa, mlango, hitilafu ya kiungo, na kusababisha msongamano wa mtandao, milango na viungo vya vifaa visivyohitajika vitafunguliwa, ili mtandao uweze kurejeshwa katika hali ya kawaida. Udhibiti huu otomatiki unatekelezwa na Itifaki ya Mti wa Spanning (STP).
Itifaki ya mti unaozunguka hufanya kazi kati ya safu ya ufikiaji na safu ya kuzama, na katikati yake kuna algoriti ya mti unaozunguka inayoendesha kwenye kila daraja linalowezeshwa na STP, ambayo imeundwa mahsusi ili kuepuka kuunganisha vitanzi mbele ya njia zisizohitajika. STP huchagua njia bora ya data kwa ajili ya kusambaza ujumbe na hairuhusu viungo hivyo ambavyo si sehemu ya mti unaozunguka, na kuacha njia moja tu inayofanya kazi kati ya nodi mbili za mtandao na kiungo kingine cha juu kitazuiwa.
STP ina faida nyingi: ni rahisi, inaunganisha na kucheza, na haihitaji usanidi mwingi sana. Mashine ndani ya kila podi ni za VLAN moja, kwa hivyo seva inaweza kuhamisha eneo kiholela ndani ya podi bila kurekebisha anwani ya IP na lango.
Hata hivyo, njia za usambazaji sambamba haziwezi kutumiwa na STP, ambayo itazima njia zisizohitajika ndani ya VLAN kila wakati. Hasara za STP:
1. Muunganiko wa polepole wa topolojia. Wakati topolojia ya mtandao inabadilika, itifaki ya mti unaoenea huchukua sekunde 50-52 kukamilisha muunganiko wa topolojia.
2, haiwezi kutoa kazi ya kusawazisha mzigo. Wakati kuna kitanzi kwenye mtandao, itifaki ya mti unaozunguka inaweza tu Kuzuia kitanzi, ili kiungo kisiweze kusambaza pakiti za data, na kupoteza rasilimali za mtandao.
Uboreshaji wa Mtandaoni na Changamoto za Trafiki Mashariki-Magharibi
Baada ya 2010, ili kuboresha matumizi ya rasilimali za kompyuta na hifadhi, vituo vya data vilianza kutumia teknolojia ya uboreshaji, na idadi kubwa ya mashine pepe ilianza kuonekana kwenye mtandao. Teknolojia pepe hubadilisha seva kuwa seva nyingi za kimantiki, kila VM inaweza kufanya kazi kwa kujitegemea, ina OS yake, APP, anwani yake ya MAC na anwani ya IP huru, na huunganishwa na chombo cha nje kupitia swichi pepe (vSwitch) ndani ya seva.
Uboreshaji wa data una sharti saidizi: uhamishaji wa moja kwa moja wa mashine pepe, uwezo wa kuhamisha mfumo wa mashine pepe kutoka seva moja halisi hadi nyingine huku ukidumisha uendeshaji wa kawaida wa huduma kwenye mashine pepe. Mchakato huu haujali watumiaji wa mwisho, wasimamizi wanaweza kutenga rasilimali za seva kwa urahisi, au kutengeneza na kuboresha seva halisi bila kuathiri matumizi ya kawaida ya watumiaji.
Ili kuhakikisha kwamba huduma haikatizwi wakati wa uhamishaji, inahitajika kwamba sio tu anwani ya IP ya mashine pepe haibadiliki, lakini pia hali ya uendeshaji wa mashine pepe (kama vile hali ya kipindi cha TCP) lazima idumishwe wakati wa uhamishaji, kwa hivyo uhamishaji unaobadilika wa mashine pepe unaweza kufanywa tu katika kikoa kimoja cha safu ya 2, lakini sio katika uhamishaji wa kikoa cha safu ya 2. Hii inaunda hitaji la vikoa vikubwa vya L2 kutoka safu ya ufikiaji hadi safu ya msingi.
Sehemu ya kugawanya kati ya L2 na L3 katika usanifu wa mtandao wa tabaka kubwa la 2 iko kwenye swichi kuu, na kituo cha data kilicho chini ya swichi kuu ni kikoa kamili cha utangazaji, yaani, mtandao wa L2. Kwa njia hii, inaweza kutambua upendeleo wa upelekaji wa kifaa na uhamishaji wa eneo, na haihitaji kurekebisha usanidi wa IP na lango. Mitandao tofauti ya L2 (VLans) hupitishwa kupitia swichi kuu. Hata hivyo, swichi kuu chini ya usanifu huu inahitaji kudumisha jedwali kubwa la MAC na ARP, ambalo hutoa mahitaji ya juu kwa uwezo wa swichi kuu. Kwa kuongezea, Swichi ya Ufikiaji (TOR) pia hupunguza ukubwa wa mtandao mzima. Hizi hatimaye hupunguza ukubwa wa mtandao, upanuzi wa mtandao na uwezo wa elastic, tatizo la kuchelewa katika tabaka tatu za ratiba, haliwezi kukidhi mahitaji ya biashara ya baadaye.
Kwa upande mwingine, trafiki ya mashariki-magharibi inayoletwa na teknolojia ya uboreshaji pia huleta changamoto kwa mtandao wa jadi wa tabaka tatu. Trafiki ya kituo cha data inaweza kugawanywa kwa upana katika kategoria zifuatazo:
Trafiki kutoka Kaskazini hadi Kusini:Trafiki kati ya wateja nje ya kituo cha data na seva ya kituo cha data, au trafiki kutoka kwa seva ya kituo cha data hadi kwenye Intaneti.
Trafiki ya Mashariki-Magharibi:Trafiki kati ya seva ndani ya kituo cha data, pamoja na trafiki kati ya vituo tofauti vya data, kama vile urejeshaji wa maafa kati ya vituo vya data, mawasiliano kati ya wingu la kibinafsi na la umma.
Kuanzishwa kwa teknolojia ya uboreshaji hufanya usambazaji wa programu kusambazwa zaidi na zaidi, na "athari" ni kwamba trafiki ya mashariki-magharibi inaongezeka.
Miundo ya kitamaduni ya ngazi tatu kwa kawaida imeundwa kwa ajili ya trafiki ya Kaskazini-Kusini.Ingawa inaweza kutumika kwa trafiki ya mashariki-magharibi, inaweza hatimaye kushindwa kufanya kazi inavyohitajika.
Usanifu wa jadi wa ngazi tatu dhidi ya usanifu wa Spine-Leaf
Katika usanifu wa ngazi tatu, trafiki ya mashariki-magharibi lazima isambazwe kupitia vifaa katika safu za mkusanyiko na msingi. Bila lazima kupita kwenye nodi nyingi. (Seva -> Ufikiaji -> Mkusanyiko -> Swichi ya Msingi -> Mkusanyiko -> Swichi ya Ufikiaji -> Seva)
Kwa hivyo, ikiwa idadi kubwa ya trafiki ya mashariki-magharibi inapitia usanifu wa jadi wa mtandao wa ngazi tatu, vifaa vilivyounganishwa kwenye lango moja la swichi vinaweza kushindana kwa kipimo data, na kusababisha muda mbaya wa majibu unaopatikana na watumiaji wa mwisho.
Hasara za usanifu wa mtandao wa jadi wa tabaka tatu
Inaweza kuonekana kwamba usanifu wa mtandao wa tabaka tatu wa jadi una mapungufu mengi:
Upotevu wa kipimo data:Ili kuzuia kuzunguka, itifaki ya STP kwa kawaida huendeshwa kati ya safu ya mkusanyiko na safu ya ufikiaji, ili kiungo kimoja tu cha juu cha swichi ya ufikiaji kiweze kubeba trafiki, na viungo vingine vya juu vitazuiwa, na kusababisha upotevu wa kipimo data.
Ugumu katika uwekaji wa mtandao mkubwa:Kwa upanuzi wa kiwango cha mtandao, vituo vya data vinasambazwa katika maeneo tofauti ya kijiografia, mashine pepe lazima ziundwe na kuhamishwa popote, na sifa zao za mtandao kama vile anwani za IP na malango hazibadiliki, jambo ambalo linahitaji usaidizi wa Tabaka la 2. Katika muundo wa kitamaduni, hakuna uhamishaji unaoweza kufanywa.
Ukosefu wa trafiki Mashariki-Magharibi:Usanifu wa mtandao wa ngazi tatu umeundwa hasa kwa ajili ya trafiki ya Kaskazini-Kusini, ingawa pia inasaidia trafiki ya mashariki-magharibi, lakini mapungufu ni dhahiri. Wakati trafiki ya mashariki-magharibi ni kubwa, shinikizo kwenye safu ya mkusanyiko na swichi za safu ya msingi litaongezeka sana, na ukubwa na utendaji wa mtandao utakuwa mdogo kwa safu ya mkusanyiko na safu ya msingi.
Hii hufanya makampuni ya biashara kuanguka katika mtanziko wa gharama na uwezo wa kupanuka:Kusaidia mitandao mikubwa yenye utendaji wa hali ya juu kunahitaji idadi kubwa ya vifaa vya safu ya muunganiko na safu ya msingi, ambayo sio tu kwamba huleta gharama kubwa kwa biashara, lakini pia inahitaji kwamba mtandao lazima upangwe mapema wakati wa kujenga mtandao. Wakati kiwango cha mtandao ni kidogo, kitasababisha upotevu wa rasilimali, na wakati kiwango cha mtandao kinaendelea kupanuka, ni vigumu kupanuka.
Usanifu wa Mtandao wa Mgongo na Majani
Usanifu wa mtandao wa Spine-Leaf ni upi?
Kujibu matatizo yaliyo hapo juu,Muundo mpya wa kituo cha data, usanifu wa mtandao wa Spine-Leaf, umeibuka, ambao ndio tunaouita mtandao wa ridge ya majani.
Kama jina linavyopendekeza, usanifu huo una safu ya Mgongo na safu ya Jani, ikijumuisha swichi za mgongo na swichi za majani.
Usanifu wa Mgongo na Majani
Kila swichi ya jani imeunganishwa na swichi zote za matuta, ambazo hazijaunganishwa moja kwa moja, na kutengeneza topolojia yenye matundu kamili.
Katika uti wa mgongo na jani, muunganisho kutoka kwa Seva moja hadi nyingine hupitia idadi sawa ya vifaa (Seva -> Leaf -> Spine Switch -> Leaf Switch -> Seva), ambayo inahakikisha ucheleweshaji unaotabirika. Kwa sababu pakiti inahitaji tu kupitia uti wa mgongo mmoja na jani lingine ili kufikia unakoenda.
Je, Spine-Leaf inafanya kazi vipi?
Swichi ya Leaf: Ni sawa na swichi ya ufikiaji katika usanifu wa jadi wa ngazi tatu na huunganisha moja kwa moja kwenye seva halisi kama TOR (Juu ya Rack). Tofauti na swichi ya ufikiaji ni kwamba sehemu ya utengano wa mtandao wa L2/L3 sasa iko kwenye swichi ya Leaf. Swichi ya Leaf iko juu ya mtandao wa safu 3, na swichi ya Leaf iko chini ya kikoa huru cha utangazaji cha L2, ambacho hutatua tatizo la BUM la mtandao mkubwa wa safu 2. Ikiwa seva mbili za Leaf zinahitaji kuwasiliana, zinahitaji kutumia uelekezaji wa L3 na kuisambaza kupitia swichi ya Spine.
Swichi ya Mgongo: Sawa na swichi ya msingi. ECMP (Njia Nyingi ya Gharama Sawa) hutumika kuchagua njia nyingi kati ya swichi za Mgongo na Leaf kwa njia inayobadilika. Tofauti ni kwamba Mgongo sasa hutoa tu mtandao thabiti wa uelekezaji wa L3 kwa swichi ya Leaf, kwa hivyo trafiki ya kituo cha data kutoka kaskazini hadi kusini inaweza kuelekezwa kutoka swichi ya Mgongo badala ya moja kwa moja. Trafiki kutoka kaskazini hadi kusini inaweza kuelekezwa kutoka swichi ya ukingo sambamba na swichi ya Leaf hadi kipanga njia cha WAN.
Ulinganisho kati ya usanifu wa mtandao wa Spine/Leaf na usanifu wa mtandao wa jadi wa tabaka tatu
Faida za Mgongo-Jani
Gorofa:Muundo tambarare hufupisha njia ya mawasiliano kati ya seva, na kusababisha ucheleweshaji mdogo, ambao unaweza kuboresha kwa kiasi kikubwa utendaji wa programu na huduma.
Uwezo mzuri wa kupanuka:Wakati kipimo data hakitoshi, kuongeza idadi ya swichi za ridge kunaweza kupanua kipimo data kwa mlalo. Wakati idadi ya seva inapoongezeka, tunaweza kuongeza swichi za jani ikiwa msongamano wa lango hautoshi.
Kupunguza gharama: Msongamano wa magari kuelekea Kaskazini na Kusini, ama kutoka kwenye nodi za majani au kutoka kwenye nodi za ridge. Mtiririko wa mashariki-magharibi, umesambazwa katika njia nyingi. Kwa njia hii, mtandao wa ridge ya ridge unaweza kutumia swichi zisizobadilika bila hitaji la swichi za moduli za gharama kubwa, na kisha kupunguza gharama.
Ucheleweshaji wa Chini na Kuepuka Msongamano:Mtiririko wa data katika mtandao wa ridge ya Leaf una idadi sawa ya miruko kwenye mtandao bila kujali chanzo na mahali unapoelekea, na seva zozote mbili zinaweza kufikiwa na Leaf - >Spine - >Leaf three-hops kutoka kwa kila mmoja. Hii huanzisha njia ya trafiki ya moja kwa moja zaidi, ambayo huboresha utendaji na hupunguza vikwazo.
Usalama wa Juu na Upatikanaji:Itifaki ya STP hutumika katika usanifu wa jadi wa mtandao wa ngazi tatu, na kifaa kinaposhindwa, kitarudiana, na kuathiri utendaji wa mtandao au hata kushindwa. Katika usanifu wa jani-ridge, kifaa kinaposhindwa, hakuna haja ya kurudiana, na trafiki inaendelea kupita katika njia zingine za kawaida. Muunganisho wa mtandao hauathiriwi, na kipimo data hupunguzwa tu kwa njia moja, bila athari kubwa ya utendaji.
Usawazishaji wa mzigo kupitia ECMP unafaa vyema kwa mazingira ambapo majukwaa ya usimamizi wa mtandao wa kati kama vile SDN hutumika. SDN inaruhusu kurahisisha usanidi, usimamizi na uelekezaji upya wa trafiki iwapo kutatokea kuziba au kushindwa kwa kiungo, na kufanya topolojia ya matundu kamili ya mzigo kuwa njia rahisi ya kusanidi na kudhibiti.
Hata hivyo, usanifu wa Spine-Leaf una mapungufu kadhaa:
Ubaya mmoja ni kwamba idadi ya swichi huongeza ukubwa wa mtandao. Kituo cha data cha usanifu wa mtandao wa ridge ya majani kinahitaji kuongeza swichi na vifaa vya mtandao sawia na idadi ya wateja. Kadri idadi ya wenyeji inavyoongezeka, idadi kubwa ya swichi za ridge zinahitajika ili kuunganisha kwenye swichi ya ridge.
Muunganisho wa moja kwa moja wa swichi za ridge na leaf unahitaji ulinganisho, na kwa ujumla, uwiano unaofaa wa kipimo data kati ya swichi za ridge na leaf hauwezi kuzidi 3:1.
Kwa mfano, kuna wateja 48 wa kiwango cha 10Gbps kwenye swichi ya leaf yenye jumla ya uwezo wa lango la 480Gb/s. Ikiwa milango minne ya uplink ya 40G ya kila swichi ya leaf imeunganishwa kwenye swichi ya ridge ya 40G, itakuwa na uwezo wa uplink wa 160Gb/s. Uwiano ni 480:160, au 3:1. Viungo vya uplink vya kituo cha data kwa kawaida huwa 40G au 100G na vinaweza kuhamishwa baada ya muda kutoka mahali pa kuanzia pa 40G (Nx 40G) hadi 100G (Nx 100G). Ni muhimu kutambua kwamba uplink inapaswa kufanya kazi kwa kasi zaidi kuliko downlink ili isizuie kiungo cha lango.
Mitandao ya Spine-Leaf pia ina mahitaji ya waya wazi. Kwa sababu kila nodi ya jani lazima iunganishwe na kila swichi ya spine, tunahitaji kuweka nyaya zaidi za shaba au fiber optic. Umbali wa muunganisho huongeza gharama. Kulingana na umbali kati ya swichi zilizounganishwa, idadi ya moduli za macho za hali ya juu zinazohitajika na usanifu wa Spine-Leaf ni mara kumi zaidi kuliko ile ya usanifu wa jadi wa ngazi tatu, ambayo huongeza gharama ya jumla ya kupelekwa. Hata hivyo, hii imesababisha ukuaji wa soko la moduli za macho, haswa kwa moduli za macho za kasi ya juu kama vile 100G na 400G.
Muda wa chapisho: Januari-26-2026
