今天这个故事，要从67年前开始说起。
1953年，贝尔实验室有一位名叫Charles Clos的研究员，发表了一篇名为《A Study of Non-blocking Switching Networks》的文章，介绍了一种“用多级设备来实现无阻塞电话交换”的方法。
自从1876年电话被发明之后，电话交换 络历经了人工交换机、步进制交换机、纵横制交换机等多个阶段。20世纪50年代，纵横制交换机处于鼎盛时期。
纵横交换机的核心，是纵横连接器。如下图所示：
纵横连接器交叉点示意图
这种交换架构，是一种开关矩阵，每个交点（Crosspoint）都是一个开关。交换机通过控制开关，来完成从输入到输出的转发。
Charles Clos（右一）
Charles Clos提出的 络模型，核心思想是：用多个小规模、低成本的单元，构建复杂、大规模的 络。例如下图：
树型 络
传统的树型 络，带宽是逐级收敛的。什么是收敛呢端口带宽一致，二进一出，不就1:2的收敛了嘛。
胖树架构的基本理念是：使用大量的低性能交换机，构建出大规模的无阻塞 络。对于任意的通信模式，总有路径让他们的通信带宽达到 卡带宽。
胖树架构被引入到数据中心之后，数据中心变成了传统的三层结构：
在很长的一段时间里，三层 络结构在数据中心十分盛行。在这种架构中，铜缆布线是主要的布线方式，使用率达到了80%。而光缆，只占了20%。
用着用着，人们发现，传统三层架构有很多的缺点。
首先，是资源的浪费。
传统三层结构中，一台下层交换机会通过两条链路与两台上层交换机互连。
与此同时，微服务架构开始流行，很多软件开始推行功能解耦，单个服务变成了多个服务，部署在不同的虚拟机上。虚拟机之间的流量，大幅增加。
这种平级设备之间的数据流动，我们称之为“东西向流量”。
数据流向举例
这意味着，核心交换机和汇聚交换机的工作压力不断增加。要支持大规模的 络，就必须有性能最好、端口密度最大的汇聚层核心层设备。这样的设备成本高，价格非常昂贵。
于是乎， 络工程师们提出了“Spine-Leaf 络架构”，也就是我们今天的主角——叶脊 络（有时候也被称为脊叶 络）。Spine的中文意思是脊柱，Leaf是叶子。
叶脊 络架构，和胖树结构一样，同属于CLOS 络模型。
相比于传统 络的三层架构，叶脊 络进行了扁平化，变成了两层架构。如下图所示：
叶脊 络的优势非常明显：
1、带宽利用率高
每个叶交换机的上行链路，以负载均衡方式工作，充分的利用了带宽。
2、 络延迟可预测
在以上模型中，叶交换机之间的连通路径的条数可确定，均只需经过一个脊交换机，东西向 络延时可预测。
3、扩展性好
当带宽不足时，增加脊交换机数量，可水平扩展带宽。当服务器数量增加时，增加脊交换机数量，也可以扩大数据中心规模。总之，规划和扩容非常方便。
4、降低对交换机的要求
南北向流量，可以从叶节点出去，也可从脊节点出去。东西向流量，分布在多条路径上。这样一来，不需要昂贵的高性能高带宽交换机。
5、安全性和可用性高
传统 络采用STP协议，当一台设备故障时就会重新收敛，影响 络性能甚至发生故障。叶脊架构中，一台设备故障时，不需重新收敛，流量继续在其他正常路径上通过， 络连通性不受影响，带宽也只减少一条路径的带宽，性能影响微乎其微。
（来自国泰君安证券研究）
正因为如此，资本市场对叶脊 络非常关注，希望借此带动光模块市场的增长，尤其是100G、400G这样的高速率光模块。
叶脊拓扑 络从2013年左右开始出现，发展速度惊人，很快就取代了大量的传统三层 络架构，成为现代数据中心的新宠。
最具有代表性的，是Facebook在2014年公开的数据中心架构。Facebook使用了一个五级CLOS架构，甚至是一个立体的架构。大家有兴趣可以研究一下。
谷歌数据中心
好啦，关于叶脊 络的介绍，今天就到这里。
感谢大家的耐心观看，我们下期再见！
参考文献：
1、叶脊 络拓扑下全三层 络设计与实践，eponia，CSDN
2、光通信的再思考：5G流量爆发下的数据密度革命，国盛证券
3、数据中心 络架构浅谈，肖宏辉，知乎
4、叶脊架构如何满足新型数据中心流量需求，Paul Korzeniowski
5、是时候考虑叶脊 络架构，Andrew Froehlich
6、IDC叶脊架构如何推动高端光模块爆发，国君通信
7、数据中心spine leaf 络架构，云宏大讲坛
文章知识点与官方知识档案匹配，可进一步学习相关知识Python入门技能树人工智能机器学习工具包Scikit-learn214518 人正在系统学习中
声明：本站部分文章及图片源自用户投稿，如本站任何资料有侵权请您尽早请联系jinwei@zod.com.cn进行处理,非常感谢！