随着业务系统对IT基础设备灵活度要求的不断提升，云计算、大数据以及虚拟化等技术在新型数据中心的建设中发挥着重要作用。如何更好地满足数据中心计算资源灵活调配以及服务扩展，成为网络架构发展的主要目标。无论是传统三层网络架构中的延迟高、设备带宽利用率低等问题，还是大二层网络中对于广播风暴控制的复杂性，都制约着网络建设的快速发展。近些年网络架构经历着不断的演变进化，衍生出各式各样的新型结构，Spine/Leaf+VXLAN便是其中一种。

Spine+Leaf两层设备的扁平化网络架构来源于CLOS网络，把交换机按层次结构组织，在交换阵列中实现非阻塞性能是可行的，主要是通过组网来形成非常大规模的网络结构，本质是希望无阻塞。

Spine/Leaf架构及特点

Spine/Leaf又称叶脊架构，网络呈现全网状拓扑，与传统三层网络中汇聚层和核心层交换机需要同步数据，Spine交换机与Leaf交换机不需要进行数据同步，每个Spine交换机与所有下行Leaf交换机相连，每个Leaf交换机与全部上行Spine交换机相连。

如图所示，一个三层CLOS网络架构由一个Ingress节点，一个Middle节点和一个Engress节点组成。

因此，如果通过传统三层网络架构运行大量的东西向流量，连接到同一交换机端口的设备可能会争夺带宽，导致最终用户获得的响应时间很差。

现在假如我们将这种网络架构对折，统一放在一边，那么我们将得到与前面讨论过的Spine+Leaf相同的网络架构，如图所示。

接入连接的数量仍然等于折叠后的三层CLOS网络架构的Spine与Leaf之间的连接数，现在流量可以分布在所有可用的链接上，不用担心过载问题。随着更多的连接被接入到Leaf交换设备，我们的链路带宽收敛比将增加，可以通过增加Spine和Leaf设备间的链路带宽降低链路收敛比。

Spine/Leaf架构的不足点

Spine交换机相当于传统网络中的核心交换机，采用等价路由算法，动态选择到Leaf交换机的路径，可实现多路径负载均衡以及链路备份。不同于核心交换机，数据经由Leaf交换机时不必再通过上层Spine交换机，如需要与外部网络进行数据传输，可通过并行的边缘交换机转发到核心路由器发出。

Leaf交换机相当于三层网络中的接入交换机，直接与服务器等终端设备相连，并作为L2/L3的分界点，这与传统的接入交换机有所不同。因此，Spine/Leaf架构趋于扁平化，与传统三层网络的垂直结构相比，更利于进行水平扩展，方便扩大网络规模。

Spine/Leaf架构虽然易于扩大网络规模，但与传统三层架构类似，每个Leaf交换机下是一个独立的广播域。如果服务器要实现跨域通讯，则必须经由上层Spine交换机转发。缺点显而易见，服务器的部署位置受到限制，物理迁移难度高，进而导致设备资源利用率不足。

如果某类业务处理只能在一个广播域下进行，该广播域下服务器处理速度已达峰值，而部署服务器的资源（如机架、物理空间、电源）已趋于耗尽，难以再向这个高负荷区域进行部署。

Spine/Leaf架构与Vxlan结合的应用

前面提到Spine/Leaf架构L2层下不同Leaf交换机的服务器无法正常通讯，OverLay网络可以很好地解决这个问题。其中最有代表性的为VXLAN技术（可扩展虚拟局域网）。VXLAN相当于在L3网络层上又覆盖一层专门用于不同广播域间直接通讯的L2虚拟网络。VXLAN中的数据包采用UDP传送，从一个物理服务器发送数据，经由相连的Leaf交换机时，在数据包的头部添加VXLAN标记。

结 语

除了支持Overlay层面技术之外，Spine+Leaf网络架构的另一个好处就是，它提供了更为可靠的组网连接，因为Spine层面与Leaf层面是全交叉连接，任一层中的单交换机故障都不会影响整个网络结构。因此，任一层中的一个交换机的故障都不会使整个结构失效。

Spine/Leaf网络结构能够设计出更为灵活的数据中心网络，尤其对于中小型数据中心，可以采用小规模、低成本的设备构建一定规模的架构，再随着业务需求的不断递增进行扩展，对未来SDN等技术在数据中心的应用也奠定了坚实的基础。相信随着数据中心建设的不断推进，这种网络架构一定能发挥更大的作用。