As tecnologias de virtualização e computação em nuvem vem tomando espaço nos Data Centers e alterando assim a sugestão do modelo tradicional do modelo rede de três camadas Core, Agregação e Acesso.
O modelo tradicional de 3 camadas é eficiente para o tráfego “Norte-Sul”, onde o tráfego percorre o caminho de dentro para fora do Data Center. Este tipo de tráfego é tipicamente utilizado em serviços web, como exemplo, podemos citar o tráfego norte-sul onde há grande volume no modelo de comunicação cliente remoto/servidor.
Esse tipo de arquitetura tradicional é normalmente construído para redundância e resiliência contra falhas em equipamentos ou cabos, organizando portas de bloqueio pelo protocolo Spanning-Tree (STP), a fim de evitar loops de rede.
A arquitetura Spine Leaf é uma maneira inteligente de organizar redes em data centers. Ela é ótima para ambientes que precisam de alto desempenho e baixa latência. As tendências da comunicação entre máquinas nos Data Centers exigem uma arquitetura que sustente as demandas para o tráfego “Leste-Oeste”, ou tráfego de servidor para servidor.
Dependo da configuração lógica do “antigo” modelo tradicional de 3 camadas, o tráfego poderia atravessar todas as camadas para chegar no host de destino entre máquinas no mesmo Data Center, podendo introduzir dessa maneira uma latência imprevisível ou mesmo falta de largura de banda nos uplinks.
A arquitetura leaf-spine é uma topologia de rede escalável e de alta performance, amplamente utilizada em data centers. Ela é composta por duas camadas principais: a camada leaf (folha), que consiste em switches de acesso conectados diretamente aos servidores ou dispositivos finais, e a camada spine (espinha), formada por switches de núcleo que interconectam todos os switches leaf. Cada switch leaf está conectado a todos os switches spine, criando uma malha completa que oferece múltiplos caminhos entre qualquer par de dispositivos na rede. Essa estrutura é projetada para evitar loops naturalmente, já que os switches leaf não se conectam diretamente entre si, nem os switches spine se interligam, eliminando a possibilidade de caminhos redundantes que possam causar loops.
Para gerenciar o encaminhamento de dados e garantir a prevenção de loops, a arquitetura leaf-spine utiliza protocolos de roteamento modernos, como BGP (Border Gateway Protocol) ou OSPF (Open Shortest Path First), em vez de protocolos tradicionais como o Spanning Tree Protocol (STP). Esses protocolos são capazes de calcular os melhores caminhos com base em métricas, evitando loops de forma eficiente. Além disso, a rede aproveita todos os links ativos por meio de técnicas como o Equal-Cost Multi-Path (ECMP), que distribui o tráfego de forma equilibrada entre os múltiplos caminhos disponíveis. Como todos os caminhos entre leaf e spine têm o mesmo custo (geralmente um número fixo de saltos), o ECMP permite que o tráfego seja balanceado, maximizando a utilização da largura de banda e evitando gargalos.
Essa combinação de prevenção de loops e utilização de todos os links ativos traz diversas vantagens, como alta disponibilidade, baixa latência e escalabilidade. A rede se torna mais resiliente a falhas, pois, se um link ou switch falhar, o tráfego pode ser redirecionado instantaneamente por outros caminhos. A latência é mantida baixa, já que o número de saltos entre qualquer par de dispositivos é sempre o mesmo (normalmente dois saltos: leaf → spine → leaf). Além disso, a arquitetura permite a adição de novos switches leaf ou spine sem interromper o funcionamento da rede, tornando-a ideal para ambientes de data center que exigem alta performance, escalabilidade e confiabilidade.
VxLAN e BGP EVPN
A arquitetura leaf-spine também pode ser aprimorada com a integração de tecnologias como VXLAN (Virtual Extensible LAN) e BGP EVPN (Ethernet VPN), que ampliam sua funcionalidade e eficiência em ambientes de data center modernos. O VXLAN permite a criação de redes overlay sobre a infraestrutura física, encapsulando tráfego de camada 2 em pacotes de camada 3, o que possibilita a extensão de redes locais virtuais (VLANs) além dos limites físicos tradicionais. Já o BGP EVPN atua como protocolo de controle, fornecendo uma maneira eficiente de gerenciar a distribuição de informações de rede e a conectividade entre os dispositivos.
A combinação de VXLAN com BGP EVPN traz benefícios significativos, como a simplificação da segmentação de rede, a melhoria da escalabilidade e a facilitação da migração de cargas de trabalho entre diferentes ambientes. Com o BGP EVPN, a rede pode gerenciar de forma dinâmica os endereços MAC e as informações de roteamento, reduzindo a complexidade operacional e permitindo uma melhor utilização dos recursos. Além disso, essa integração suporta cenários de multi-tenancy, onde múltiplos clientes ou aplicações podem compartilhar a mesma infraestrutura física de forma segura e isolada.
Ao adotar VXLAN com BGP EVPN em uma arquitetura leaf-spine, a rede se torna ainda mais robusta e adaptável, capaz de suportar demandas modernas como virtualização, cloud computing e mobilidade de workloads. Essa combinação não apenas mantém as vantagens já existentes da topologia leaf-spine, como prevenção de loops e uso eficiente de links, mas também adiciona camadas de flexibilidade e controle, tornando-a uma solução ideal para data centers de próxima geração.
Vantagens da arquitetura spine leaf em data centers modernos
A arquitetura Spine Leaf é uma opção interessante para data centers modernos, oferecendo várias vantagens. Aqui estão alguns pontos importantes a considerar:
- Redução de latência: Isso significa que os dados são transferidos mais rapidamente, resultando em uma experiência mais ágil para os usuários.
- Facilidade de expansão: Você pode adicionar novos dispositivos com facilidade, sem complicações, quando seu negócio cresce.
- Gerenciamento de tráfego: Essa arquitetura ajuda a evitar sobrecarga nas redes, melhorando a eficiência.
- Otimização de recursos: Garante que a largura de banda esteja disponível quando você realmente precisa dela.
Automação nas redes spine leaf
Quando falamos sobre automação e segurança em redes, especialmente na Arquitetura leaf-spine, é importante lembrar como essas ferramentas podem facilitar o dia a dia. Imagine ajustar diversas configurações em poucos cliques, ao invés de gastar horas na configuração de cada equipamento. Isso não só economiza tempo, mas também minimiza erros humanos. Além disso, a segurança é fundamental: com o aumento das ameaças digitais, ter camadas de proteção, como segmentação, firewalls e monitoramento constante, é essencial para proteger os dados. Criar zonas seguras dentro da rede ajuda na detecção de comportamentos estranhos.
Gerenciamento de oversubscription e configuração de switches
Gerenciar a oversubscription é fundamental na Arquitetura Spine Leaf. Basicamente, isso significa conectar mais dispositivos do que a largura de banda permite. Isso pode funcionar bem se for planejado corretamente. Aqui estão alguns pontos a considerar:
- Relação de oversubscription: Defina uma relação adequada com base na sua carga de trabalho. Por exemplo, uma relação de 4:1 pode ser ideal para certos cenários.
- Configuração dos links: Ajuste bem os links entre os switches spine e leaf para garantir eficiência e reduzir o risco de lentidão.
- Monitoramento constante: Acompanhe o tráfego para detectar possíveis gargalos antes que eles se tornem problemas sérios.
Antes de projetar uma arquitetura leaf-spine, é importante saber quais são as necessidades futuras e atuais. Por exemplo, se você tem um número de 100 servidores e que poderá escalar até 500, você precisa ter certeza de o Fabric poderá ser dimensionado para acomodar as necessidades futuras. Há duas variáveis importantes para calcular a sua escalabilidade máxima: o número de uplinks em um switch leaf e o número de portas nos switches spine. O número de uplinks em um switch leaf determina quantos Switches spine você terá no fabric.
Já os equipamentos de WAN podem ser posicionados em um Switch leaf separado para esse fim, nomeado como border-leaf.
Até a próxima!
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