在過去十年中，隨著網絡規模的增長，我們看到了從傳統的三層網絡架構向更平坦、更寬的Spine-Leaf架構的轉變。憑藉其完全網狀的連接方式，Spine-Leaf架構為我們提供了我們所渴望的可預測的高速網絡性能，以及我們的網絡交換機結構中的可靠性。
除了它的優點，Spine-Leaf結構在結構化布線方面也提出了挑戰。在本文中，我們將研究如何構建和擴展一個四向脊柱，並逐步發展到更大的脊柱(如16向脊柱)，並在成長過程中保持線速度切換能力和冗餘。我們也將探討兩種方法的優點和缺點，在建設我們的結構化光纜主要分布地區;一種方法使用傳統的光纖跳線，另一種使用光學網格模塊。
發展簡史
自20世紀80年代作為區域網(LAN)協議問世以來，乙太網以其簡單的算法和低廉的製造成本，一直是數據中心和網際網路發展的推動力。乙太網交換機在切換之前會查看它接收到的每一個包。它只打開外層信封來讀取第2層的地址，而不用擔心讀取IP位址。這允許乙太網交換機非常快速地移動數據包。
儘管乙太網效率很高，但隨著網絡規模的增大，它也存在一些缺點。在一個由多個乙太網交換機組成的網絡中，為了阻止地址解析協議(ARP)請求等廣播包在網絡中泛濫和循環，使用了一種稱為生成樹協議(STP)的技術。STP阻塞冗餘連結以防止網絡中發生循環。在STP技術上運行的網絡在主鏈路失敗時使用冗餘鏈路作為故障轉移。這為基礎結構提供了彈性，代價是可用帶寬的利用率僅為一半。
在遇到新問題之前，我們用擴充樹邏輯構建了很長一段時間的網絡。第一個問題是我們的雙核網絡有限，沒有增長空間(為了服務越來越多的客戶，我們的網絡需要相應地增長)。第二個問題是延遲。如果我們有一個大的網絡，我們通常把它們分成更小的網絡，我們稱之為虛擬區域網(vlan)。這將導致不同類型的數據流量具有不同的延遲。與通過第3層核心的不同VLAN之間的流量相比，在單個VLAN中通過第2層網絡的流量具有不同的延遲。
支持擴充樹協議的典型三層網絡。冗餘連結被阻止，以防止網絡循環。
Spine-Leaf架構簡介
現代電子商務、社交媒體和雲應用程式大多使用分布式計算為客戶服務。分布式計算是指伺服器與伺服器進行對話並並行工作，以創建動態web頁面並回答客戶問題;它需要相同的延遲。等待結果會讓客戶不滿意。我們需要一個網絡架構，它可以均勻地增長，並為現代應用程式提供統一的延遲。
這些問題的解決方案來自於一種網絡架構，即今天所說的「Spine-Leaf架構」。自1952年Charles Clos首次引入多級電路交換網絡(也稱為Clos網絡)以來，這個想法就一直存在。這種網絡架構的主幹稱為Spin(脊柱)，每個Leaf(葉子)都從Spin連接到進一步擴展的網絡資源。只需添加更多的Spin或Leaf交換機，網絡就可以均勻地增長，而不會改變網絡性能。
與傳統的3層架構相比，網絡的Spin部分水平增長，約束了網絡的層數。例如，通過雙向Spin，我們可以建立網絡，支持多達6000台主機，通過四路Spin，我們可以建立網絡多達12000台主機，通過16路Spin，我們可以超過100,000台10-GbE主機。
其次，所有的Leaf交換機都連接到架構中每個可用的Spin交換機。這種完全網格化的架構允許任何連接到Leaf的主機只使用兩個躍點連接其他主機，即交換機到交換機連接。例如，Leaf1到Leaf1和Leaf1到Leaf10。因為整個脊柱層是用冗餘方式構建的(在Spin或Leaf交換機宕機的情況下)，所以可以自動使用替代路徑和資源。
建立Spin-Leaf網絡的基本規則如下：
主要構建模塊是網絡Leaf交換機和網絡Spin交換機。 所有主機只能連接到Leaf交換機。 Leaf交換機控制伺服器之間的流量。 Spin交換機在第2層或第3層的Leaf子交換機之間沿著最佳路徑向前切換流量。 Leaf交換機上的上行埠計數決定了Spin交換機的最大數量。 Spin交換機埠數量決定Leaf 交換機的最大數量
這些原則影響交換機製造商設計其設備的方式。
仔細觀察一個Spin交換機。如果我們觀察一個典型的Spin交換機，第一眼我們注意到多個擴展槽，例如4或8個接受不同的線卡，用於連接Leaf交換機上行鏈路。
在一個Spin-Leaf網絡結構中，Leaf交換機控制伺服器之間的流量，而Spin交換機沿著Leaf交換機之間的最佳路徑轉發流量。
一個被稱為16路Spin的架構可以擴展到支持超過100,000個10千兆位乙太網主機。