什么是 Spine-Leaf 架构

Spine-leaf架构是一种用于构建高性能、高可靠性数据中心网络的拓扑结构。与传统的CLOS架构不同，Spine-leaf架构采用了更简单、更易于管理的设计，同时还具有高度的可扩展性和灵活性。本文将简要介绍Spine-leaf架构的基本概念、特点和应用场景，以帮助读者更好地了解Spine-leaf架构。

什么是Spine-leaf架构

Spine-leaf架构是一种Clos架构，该架构命名来自于它的发明者Charles Clos。上世纪50年代，为了解决电话网络爆炸的问题，这一名网络工程师提出了该网络架构模型。经过半个多世纪的发展，基于Clos的网络架构在世界各地的大型云数据中心得到了广泛部署，满足了当代云业务灵活多变的网络需求。

Spine-leaf架构又名Fabric，是一种用于构建高性能、高可靠性数据中心网络的拓扑结构。Spine-leaf只有两层交换架构，看起来不同于经典Clos模型的三层结构，但当我们将Clos模型从中间层对折，你会发现它也变成了两层的交换结构。

该架构的Spine层和Leaf层之间通过高速链路相互连接，以实现数据的传输和流量控制。每个Leaf交换机都直接连接着Spine交换机，没有中间层级。Leaf交换机直接连接着物理服务器，leaf交换机之下是独立的二层广播域，当跨leaf交换机的服务器之间需要通信时，将经过上层的Spine交换机构建的路由实现转发。

Spine-leaf架构的特点

Spine-leaf架构可以减少网络的复杂性，提高网络的可靠性和性能。分布式的交换架构，可以实现快速的数据传输和流量控制，并且具有高可靠性和可扩展性。

• 扁平化：在Spine-leaf架构中，任意跨leaf的服务器流量都只会经过两跳，三个设备，保证了延迟是可预测的
• 高可用性：Spine-leaf架构中每个leaf交换机都和每个spine交换机相连，实现全互联。哪怕一个Spine交换机失效，整体网络并不会全面瘫痪，而只是损失了一些带宽。
• 简单易于管理：Spine-leaf架构内部使用的是统一的三层网络和等价多路径路由，可以充分使用所有链路带宽并实现负载均衡。这种设计非常适合与云控制器和其他管理工具相结合，进行统一的配置下发和其他自动化的网络运维管理，减少网络的复杂性和管理难度
• 高可扩展性：Spine-leaf架构具有高度的可扩展性，只要添加一个spine交换机，就可以扩展所有leaf交换机的上行带宽。当网络接入规模变大，你也可以很容易地增加一个leaf 交换机，将它连接到所有Spine并做好配置即可。相比传统的接入-汇聚-核心架构优势十分明显。

Spine-leaf架构广泛应用于数据中心网络中，以提供高性能、高可靠性的数据传输和流量控制。随着物联网的发展，除了大型数据中心，spine-leaf架构也会在边缘云发挥自身优势，例如处理大规模接入时让leaf交换机在接入层进行处理转发，降低将所有流量回传云平台所产生的延迟和产生的集中计算压力。总之，在选择Spine-leaf架构时，需要考虑网络规模、带宽需求、性能需求和管理需求等因素。

Spine-leaf架构的应用案例

星融元私有云网络方案：该方案采用CX-N系列全盒式设备构建CLOS架构网络，单Pod采用CX308P-48Y-N与CX532P-N或CX564P-N型号组合可以支持768台或1536台主机双上行接入，支持虚机条目最大10W+；同时还可以利用CX-N系列交换机构建二级正交CLOS网络进行多Pod扩展，以实现更大规模的网络接入能力；结合BGP等价路由负载、MC-LAG、Monitor-Link联动等技术实现接入层和汇聚层的高可靠保护机制。

星融元公有云网络方案：依托于星融元多年在公有云市场上的耕耘以及多家国内外大型的公有云厂商业务需求的加持，方案具备强大的业务场景适配性、丰富的可视化网络运维能力，实现了对数据中心网络的全面改进和优化。

星融元AI智算中心网络方案：以32768个GPU，128端口交换机组网为例，消除了跨GPU服务器不同GPU卡号之间的连接，只保留了与GPU相连的Leaf层交换机，将原本用于上连Spine的端口全部用于下连GPU，进一步提高Leaf交换机连接效率，网络成本最大可降低75%。