Ut necessitatibus servitiorum nubium satisfaciatur, rete gradatim in "Underlay" et "Overlay" dividitur. Rete "Underlay" est instrumentum physicum, utpote itinerarium et commutatio in centro datorum traditionali, quod adhuc in notione stabilitatis credit et facultates transmissionis datorum in rete certas praebet. "Overlay" est rete negotiale in eo inclusum, servitio propiore, per encapsulationem protocolli VXLAN vel GRE, ut usoribus servitia retiaria facile utenda praebeat. Rete "Underlay" et rete "Ooverlay" inter se conexae et separatae sunt, et inter se conexae sunt et separatim evolvere possunt.
Rete subterranea fundamentum retis est. Si rete subterranea instabilis est, nullum SLA pro negotio est. Post architecturam retium trium stratorum et architecturam retium Fat-Tree, architectura retium centri datorum ad architecturam Spinae-Folii transit, quae tertiam applicationem exempli retium CLOS induxit.
Architectura retiaria centri datorum traditionalis
Designatio Trium Stratorum
Ab anno MMIV ad MMVII, architectura retium trium ordinum (vel "triplex") in centris datorum valde popularis erat. Tres ordines habet: nucleum (spina commutationis celeritatis retis), aggregationem (quod connectivitatem secundum normas praebet), et accessum (quod stationes laboris cum rete connectit). Modus est ut sequitur:
Architectura Retis Trium Stratorum
Stratum Centrale: Commutatores centrales celeritatem fasciculorum in centrum datorum et ex eo transmittendi, nexum cum multis stratis aggregationis, et reticulum itineris L3 robustum quod toti reti typice inservit, praebent.
Stratum Aggregationis: Commutator aggregationis cum commutatore accessus connectitur et alia officia praebet, ut murum ignis, exonerationem SSL, detectionem intrusionis, analysin retium, etc.
Stratum Accessus: Commutatores accessus plerumque in Summo Rack sunt, itaque etiam commutatores ToR (Top of Rack) appellantur, et physice cum servitoribus connectuntur.
Typice, commutator aggregationis est punctum demarcationis inter retia L2 et L3: rete L2 infra commutatorem aggregationis est, et rete L3 supra. Quaeque caterva commutatorum aggregationis Punctum Traditionis (POD) administrat, et quaeque POD est rete VLAN independens.
Protocollum "Spanning Tree" et "Network Loop"
Formatio cyclorum plerumque ex confusione ob vias destinationis obscuras orta oritur. Cum usores retia construunt, ut firmitatem curent, plerumque machinas et nexus redundantes utuntur, ita ut cycli necessario formentur. Rete strati 2 in eodem dominio diffusionis est, et fasciculi diffusionis iterum atque iterum in cyclo transmittentur, tempestatem diffusionis formantes, quae obstructionem portuum et paralysim instrumentorum momento causare potest. Ergo, ad tempestates diffusionis vitandas, necesse est formationem cyclorum impedire.
Ne ambages (vel ansae) formentur et ut fides servetur, tantummodo fieri potest ut machinae redundantes et nexus redundantes in machinas et nexus secundarios convertantur. Hoc est, portus et nexus machinarum redundantes sub condicionibus normalibus obstruuntur nec in transmissione fasciculorum datorum participant. Tantum cum machina, portus, vel nexus transmissionis praesens deficiunt, quod congestionem retis efficit, portus et nexus machinarum redundantes aperientur, ut rete ad statum normalem restitui possit. Haec gubernatio automatica per Protocollum Arboris Expansionis (STP) efficitur.
Protocollum arboris spandentis (STP) inter stratum accessus et stratum receptoris operatur, et in eius nucleo est algorithmus arboris spandentis in singulis pontibus STP-habilitatis currit, qui specialiter designatus est ad vitandas coniunctiones pontis in praesentia viarum redundantium. STP optimam viam datorum ad nuntios transmittendos deligit et nexus qui non sunt pars arboris spandentis vetat, unam tantum viam activam inter duos nodos retiarii relinquens et altera nexus ascendens obstruetur.
STP multa commoda habet: simplex est, facile inserendum et agendum, et minimam configurationem requirit. Machinae intra unumquemque pod eidem VLAN pertinent, ita servitor locum intra pod pro arbitrio migrare potest sine inscriptione IP et porta mutanda.
Viae autem parallelae transmissionis ab STP adhiberi non possunt, quod semper vias redundantes intra VLAN inhabilitabit. Incommoda STP:
1. Tarda convergentia topologiae. Cum topologia retiaria mutatur, protocollum "spanning tree" 50-52 secundis ad convergentiam topologiae perficiendam requirit.
2, functionem librationis oneris praestare non potest. Cum ansa in reti est, protocollum "Spanning Tree" ansam simpliciter obstruere potest, ita ut nexus fasciculos datorum transmittere non possit, opes retis frustra consumens.
Virtualizatio et Provocationes Traffici Orientalis-Occidentalis
Post annum 2010, ut usus computandi et repositionis melior fieret, centra datorum technologiam virtualisationis adhibere coeperunt, et magna copia machinarum virtualum in reti apparere coepit. Technologia virtualis servitorem in plures servitores logicos transformat; quaeque machina virtualis (VM) separatim currere potest, suum proprium systema operandi (OS), applicationem (APP), propriam inscriptionem MAC et inscriptionem IP independentem habet, et cum entitate externa per commutatorem virtualem (vSwitch) intra servitorem connectuntur.
Virtualizatio requisitum comitantem habet: migrationem vivam machinarum virtualum, facultatem movendi systema machinarum virtualum ex uno servo physico ad alterum, servata operatione normali servitiorum in machinis virtualibus. Hic processus insensibilis est ad usores finales; administratores flexibiliter facultates servorum allocare possunt, vel servos physicos reparare et emendare sine detrimento usus normalis usorum.
Ut ministerium per migrationem non interrumpatur, necesse est non solum ut inscriptio IP machinae virtualis immutata maneat, sed etiam status currendi machinae virtualis (velut status sessionis TCP) per migrationem servetur, ita ut migratio dynamica machinae virtualis tantum in eodem dominio strati 2 perfici possit, non autem trans migrationem dominii strati 2. Hoc necessitatem maiorum dominiorum L2 a strato accessus ad stratum centrale creat.
In architectura retialia longi ordinis 2, punctum divisorium inter L2 et L3 est commutator centralis (core switch), centrum datorum autem sub commutatore centrali est dominium diffusionis completum, id est, rete L2. Hoc modo, arbitrarium dispositionis instrumentorum et migrationis loci perfici potest, nec configurationem IP et portae mutare necesse est. Retia L2 varia (VLans) per commutatores centrales diriguntur. Attamen, commutator centralis sub hac architectura tabulam MAC et ARP ingentem conservare debet, quod altas necessitates pro facultate commutatoris centralis proponit. Praeterea, Commutator Accessus (TOR) etiam magnitudinem totius retis limitat. Haec tandem magnitudinem retis, expansionem retis et facultatem elasticitatis limitant, problema morae per tria strata ordinationis, necessitatibus futuri negotii satisfacere non potest.
Ex altera parte, commeatus ab oriente ad occidentem, quem technologia virtualizationis adducit, etiam difficultates reti traditionali trium stratorum infert. Commeatus centrorum datorum late in sequentes categorias dividi potest:
Cursus a septentrione ad meridiem:Trafficus inter clientes extra centrum datorum et servum centri datorum, vel trafficus a servo centri datorum ad interrete.
Cursus ab oriente ad occidentem:Trafficus inter servientes intra centrum datorum, necnon commeatus inter diversa centra datorum, ut recuperatio post calamitatem inter centra datorum, communicatio inter nubes privatas et publicas.
Introductio technologiae virtualizationis distributionem applicationum magis magisque dispersam reddit, et "effectus secundarius" est ut commeatus ab oriente ad occidentem crescat.
Architecturae tripartitae traditionales typice ad commeatum Septentrionalem-Meridium designantur.Dum ad commeatum orientalem-occidentalem adhiberi potest, fortasse tandem prout requiritur non fungetur.
Architectura traditionalis trium ordinum contra architecturam Spinae-Folii
In architectura trium ordinum, commeatus ab oriente ad occidentem per machinas in stratis aggregationis et nucleo transmitti debet. Per multos nodos, sine necessitate, transiens. (Servitor -> Accessus -> Aggregatio -> Commutator Nuclei -> Aggregatio -> Commutator Accessus -> Servitor)
Ergo, si magna copia commeatus orientalis-occidentalis per architecturam retis trium ordinum traditionalem ducitur, machinae eidem portui commutatoris connexae de latitudine transmissionis certare possunt, quod ad tempora responsorum mala ab usoribus finalibus obtinenda ducit.
Incommoda architecturae retiariae trium stratorum traditionalis
Videtur architecturam retis trium stratorum traditam multa vitia habere:
Iactura latitudinis frequentiae:Ad cyclos vitandos, protocollum STP plerumque inter stratum aggregationis et stratum accessus currit, ita ut tantum unus nexus ascendens commutatoris accessus revera negotiationem portet, reliqui autem nexus ascendentes obstruantur, quod fit ut iactura latitudinis.
Difficultas in collocatione retiaculi magnae scalae:Cum amplificatione scalae retium, centra datorum in variis locis geographicis distribuuntur, machinae virtuales quovis creari et migrari debent, et earum attributa retium, ut inscriptiones IP et portae, immutata manent, quod auxilium Strati Secundi crassi requirit. In structura tradita, nulla migratio fieri potest.
Defectus commeatus ab oriente ad occidentem:Architectura retis trium ordinum praecipue ad commeatum septentrionalem-meridianum destinata est, quamquam etiam commeatum orientalem-occidentalem sustinet, sed vitia manifesta sunt. Cum commeatus orientalis-occidentalis magnus est, pressio in commutatores strati aggregationis et strati centralis magnopere augebitur, et magnitudo atque efficacia retis ad stratum aggregationis et stratum centralem limitabuntur.
Hoc societates in dilemma sumptus et scalabilitatis incidere facit:Sustentatio retium magnarum scalarum et summae efficacitatis requirit magnum numerum apparatuum strati convergentiae et strati centralis, quod non solum sumptus magnos societatibus affert, sed etiam postulat ut rete antea designetur dum rete construitur. Cum scala retis parva est, iacturam opum efficit, et cum scala retis pergit crescere, difficile est eam crescere.
Architectura Retis Spinae et Folii
Quaenam est architectura retiaculi Spinae-Folii?
Ad problemata supradicta respondens,Novum consilium centri datorum, architectura retium Spinae-Folii, emersit, quod nos retem cristae folii appellamus.
Ut nomen indicat, architectura stratum Spinae et stratum Folium habet, inter quae commutatores spinae et commutatores foliorum.
Architectura Spinae et Folii
Quodque commutator folii omnibus commutatoribus iugis, quae inter se non directe connexae sunt, connectitur, topologiam plenae reticulationis formantes.
In systemate "spine-and-leaf" (spina et folium), nexus ab uno servo ad alterum per eundem numerum machinarum transit (Server -> Leaf -> Spine Switch -> Leaf Switch -> Server), quod latentiam praedicabilem efficit. Quia fasciculus tantum per unam spinam et alterum folium transire debet ut ad destinatum locum perveniat.
Quomodo Spina-Folium operatur?
Commutator Folii: Aequivalet commutatori accessus in architectura tripartita tradita et directe cum servo physico ut TOR (Top Of Rack) connectitur. Differentia cum commutatore accessus est quod punctum demarcationis retiaculi L2/L3 nunc in commutatore Folio est. Commutator Folio supra rete tripartitum est, et commutator Folio infra dominium transmissionis L2 independente, quod problema BUM magnae retiaculi dupartiti solvit. Si duo servi Folii communicare debent, itinerationem L3 uti et eam per commutatorem Spinae transmittere debent.
Commutator Spinae: Aequivalens commutatori principali. ECMP (Equal Cost Multi Path) adhibetur ad vias multiplices dynamicas eligendas inter commutatores Spinae et Leaf. Differentia est quod Spina nunc simpliciter praebet reticulum itineris L3 robustum pro commutatore Leaf, ita commeatus centri datorum septentrionalis-meridionalis a commutatore Spinae dirigi potest potius quam directe. Commeatus septentrionalis-meridionalis a commutatore marginali parallele commutatori Leaf ad itinerarium WAN dirigi potest.
Comparatio inter architecturam retis Spinae/Folii et architecturam retis trium stratorum traditionalem
Commoda Folii Spinae
Planum:Designatio plana viam communicationis inter servientes abbreviat, unde latentia minor fit, quae efficaciam applicationum et servitiorum insigniter augere potest.
Bona scalabilitas:Cum latitudo portarum non sufficit, numerus commutatorum iugorum (ridge switches) auctus latitudinem portae horizontaliter extendere potest. Cum numerus servorum crescit, commutatores foliaceos (leaf switches) addere possumus si densitas portuum non sufficit.
Impensae reductio: Cursus ad septentriones et meridiem versus, sive a nodis foliorum sive a nodis iugis exiens. Fluxus ab oriente ad occidentem, per vias multiplices distributus. Hoc modo, rete iugum foliorum commutatores configurationis fixae uti potest sine necessitate commutatorum modularium sumptuosorum, et deinde sumptum reducere.
Latentia Humilis et Vitatio Obstructionis:Fluxus datorum in reti "Leaf ridge" eundem numerum saltuum per rete habent, cuiuscumque originis et destinationis sint, et duo quilibet servi inter se tribus saltibus attingi possunt. Hoc viam directiorem negotiationis constituit, quae efficaciam emendat et angustias minuit.
Alta Securitas et Disponibilitas:Protocollum STP in architectura retiaria tripartita tradita adhibetur, et cum instrumentum deficit, iterum convergit, quod efficientiam retis afficit vel etiam deficit. In architectura "leaf-ridge", cum instrumentum deficit, non opus est iterum convergere, et commeatus per alias vias normales transire pergit. Connexio retiaria non afficitur, et latitudo transmissionis una tantum via reducitur, cum parvo effectu in efficientiam.
Libratio oneris per ECMP apta est iis ubi suggesta administrationis retium centralizata, ut SDN, adhibentur. SDN configurationem, administrationem, et redirectionem negotiationis simplificare permittit, si obstructio vel defectus nexus fiat, ita ut topologia plena reticulata cum libratione oneris intelligente modum configurationis et administrationis relative simplicem reddat.
Architectura Spinae-Folii autem quasdam limitationes habet:
Unum incommodum est numerum commutatorum magnitudinem retiaculi augere. Centrum datorum architecturae retiaculi "leaf ridge" commutatores et apparatum retiaculi proportionaliter numero clientium augere debet. Cum numerus machinarum augetur, magnus numerus commutatorum "leaf" ad commutatorem "ridge" ascendendum requiritur.
Interconnexio directa commutatorum culminantium et foliorum congruentiam requirit, et plerumque rationabilis proportio latitudinis inter commutatores foliorum et culminantes 3:1 excedere non potest.
Exempli gratia, in commutatore foliali sunt 48 clientes celeritatis 10Gbps cum capacitate portuum totali 480Gb/s. Si quattuor portus uplink 40G cuiusque commutatoris folialis cum commutatore iugali 40G connexi sunt, capacitatem uplink 160Gb/s habebit. Ratio est 480:160, sive 3:1. Uplink centrorum datorum typice sunt 40G vel 100G et per tempus migrare possunt ab initio 40G (Nx 40G) ad 100G (Nx 100G). Interest notare uplink semper celerius quam downlink currere debere ne nexum portuum obstruat.
Retia Spinae-Folii etiam clara requisita filorum habent. Quia quisque nodus folii cum quolibet commutatore spinali connecti debet, plures funes cupreos vel fibras opticas ponere necesse est. Distantia interconnexionis sumptum auget. Pro distantia inter commutatores interconnexos, numerus modulorum opticorum summae qualitatis ab architectura Spinae-Folii requisitus decies maior est quam numerus architecturae trium ordinum traditionalis, quod sumptum generalem dispositionis auget. Attamen, hoc ad incrementum mercatus modulorum opticorum duxit, praesertim pro modulis opticis celeribus ut 100G et 400G.
Tempus publicationis: XXVI Ianuarii MMXXVI
