網(wǎng)格結構化的布線模塊可以讓數(shù)據(jù)中心管理員最大限度地利用網(wǎng)絡投資。

在過去十年中，隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增長，我們可以看到網(wǎng)絡從傳統(tǒng)的三層網(wǎng)絡架構向更平坦、更寬的脊葉架構的轉(zhuǎn)變。憑借其完全網(wǎng)狀的連接方式，脊葉架構為我們提供了我們所渴望的可預測的高速網(wǎng)絡性能，以及網(wǎng)絡交換結構中的可靠性。

但是在有諸多優(yōu)點的同時，脊葉結構在結構化布線方面也提出了挑戰(zhàn)。在本文中，我們將研究如何構建和擴展一個4路脊柱，并逐步發(fā)展到更多的脊柱網(wǎng)絡（如16路脊柱），并在網(wǎng)絡發(fā)展過程中保持線速度切換能力和冗余。我們也將在結構化布線的主要區(qū)域內(nèi)，探討兩種方法的優(yōu)點和缺點：一種方法使用傳統(tǒng)的光纖跳線，另一種使用光學網(wǎng)格模塊。

發(fā)展簡史

自20世紀80年代作為局域網(wǎng)（LAN）協(xié)議問世以來，以太網(wǎng)以其簡單的算法和低廉的制造成本，一直是數(shù)據(jù)中心和互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動力。以太網(wǎng)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，而不用讀取IP地址。這允許以太網(wǎng)交換機非常快速地移動數(shù)據(jù)包。

盡管以太網(wǎng)效率很高，但隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增大，它也存在一些缺點。在一個由多個以太網(wǎng)交換機組成的網(wǎng)絡中，為了阻止地址解析協(xié)議（ARP）請求等廣播包在網(wǎng)絡中泛濫和循環(huán)，使用了一種稱為生成樹協(xié)議（STP）的技術。STP阻塞冗余鏈接以防止網(wǎng)絡中發(fā)生循環(huán)。在STP技術上運行的網(wǎng)絡在主鏈路失敗時使用冗余鏈路作為故障轉(zhuǎn)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。

過去很長的一段時間，我們都在使用生成樹的邏輯來構建網(wǎng)絡，直到我們遇到了一系列新的問題。第一個問題是我們的雙核網(wǎng)絡有限，沒有增長空間（為了服務越來越多的客戶，我們的網(wǎng)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(wǎng)絡，我們通常把它們分成更小的網(wǎng)絡，我們稱之為虛擬局域網(wǎng)（VLAN）。這將導致不同類型的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡的流量具有不同的延遲。

支持生成樹協(xié)議的典型三層網(wǎng)絡。冗余鏈接被阻止，以防止網(wǎng)絡循環(huán)。

脊葉架構簡介

現(xiàn)代電子商務、社交媒體和云應用程序大多使用分布式計算為客戶服務。分布式計算是指服務器與服務器進行對話并并行工作，以創(chuàng)建動態(tài)web頁面并回答客戶問題；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(wǎng)絡架構，它可以均勻地增長，并為現(xiàn)代應用程序提供統(tǒng)一的延遲。

這些問題的解決方案來自于一種網(wǎng)絡架構，即今天所說的“脊葉架構”。自1952年Charles Clos首次引入多級電路交換網(wǎng)絡（也稱為Clos網(wǎng)絡）以來，這個想法就一直存在。這種網(wǎng)絡架構的主干稱為脊（Spin），每個葉（Leaf） 都通過脊連接到進一步擴展的網(wǎng)絡資源。只需添加更多的脊或葉交換機，網(wǎng)絡就可以均勻地增長，而不會改變網(wǎng)絡性能。

與傳統(tǒng)的3層架構相比，網(wǎng)絡的脊部分水平增長，約束了網(wǎng)絡的層數(shù)。例如，通過雙向脊網(wǎng)絡，我們可以建立網(wǎng)絡，支持多達6000臺主機，通過4路脊網(wǎng)絡，我們可以建立網(wǎng)絡多達12000臺主機，通過16路脊網(wǎng)絡，我們可以超過100，000臺10－GbE主機。

其次，所有的葉交換機都連接到架構中每個可用的脊交換機。這種完全網(wǎng)格化的架構允許任何連接到葉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，從葉交換機1到脊交換機1，然后從脊交換機1到葉交換機10。因為整個脊層是用冗余方式構建的（在脊或葉交換機宕機的情況下），所以可以自動使用替代路徑和資源。

建立脊葉結構網(wǎng)絡的基本規(guī)則如下：

· 主要構建模塊是網(wǎng)絡葉交換機和網(wǎng)絡脊交換機。

· 所有主機只能連接到葉交換機。

· 葉交換機控制服務器之間的流量。

· 脊交換機在第2層或第3層的葉子交換機之間沿著最佳路徑向前切換流量。

· 葉交換機上的上行端口數(shù)量決定了脊交換機的最大數(shù)量。

· 脊交換機端口數(shù)量決定葉交換機的最大數(shù)量

這些原則影響交換機制造商設計其設備的方式。

仔細觀察一下脊交換機。如果我們觀察一個典型的脊交換機，第一眼我們注意到多個擴展槽，例如4或8個來接受不同的線卡，用于連接葉交換機上行鏈路。

在一個脊葉網(wǎng)絡結構中，葉交換機控制服務器之間的流量，而脊交換機沿著葉交換機之間的最佳路徑轉(zhuǎn)發(fā)流量。一個被稱為16路脊的架構可以擴展到支持超過100，000個10千兆位以太網(wǎng)主機。