Arquitectura Leaf Spine vs Arquitectura Tradicional

Durante muchos años los centros de procesamiento de datos (CPDs) han sido construidos en una arquitectura de tres niveles. Con el tiempo la topología leaf spine se ha convertido en la principal implementación de la red de los CPDs debido a su fiabilidad, escalabilidad y mejor rendimiento, y la explicaremos más adelante.

La arquitectura tradicional de tres niveles estaba compuesta por la capa de núcleo encargada de transportar los mensajes, la capa de agregación que proporciona redundancia y la de acceso para que se conecten los usuarios finales. Todas están redundadas y diseñadas para tráfico norte-sur (es decir de cliente a servidor). Si hay mucho tráfico este-oeste (es decir de servidor a servidor) los dispositivos finales conectados al mismo puerto del switch pueden competir por el ancho de banda, lo que resulta en un tiempo de respuesta pobre para los usuarios. En un CPD esto no es práctico ya que el almacenamiento y los servidores de cómputo no tienen por qué estar en el mismo lugar. Hoy en día las empresas están migrando su infraestructura a la nube y es cada vez más común que tengan sus servidores lejos, por lo cual el tráfico este-oeste crece al mismo ritmo.

Como su nombre lo indica, la topología leaf spine consta de dos capas (leaf y spine). La capa spine está formada por switches que realizan el enrutamiento y funcionan como si fuera la columna vertebral de la red. La capa leaf consta de varios switches, cada uno conectado a los dispositivos finales como servidores o dispositivos de almacenamiento, y también conectado a cada uno de los switches spine. De esta forma cualquier servidor puede conectarse con otro a través de un switch spine y sus correspondientes switches leaf como lo indica el gráfico de más abajo.
 

Las ventajas de la arquitectura leaf spine son principalmente una mejora de la latencia, cuellos de banda reducidos y mayor ancho de banda disponible. Leaf spine aprovecha todos los enlaces de conexión ya que cada leaf está conectado a todos los spines, generando una estructura más eficiente y sin tantos intermediarios como la arquitectura de tres capas. Otra es la posibilidad de agregar hardware adicional para expandir el ancho de banda. Para esto se agrega un switch spine y se lo conecta a todos los leafs. La capacidad también mejora, porque ya no se requiere el Spanning Tree Protocol como en la arquitectura de 3 capas. Si bien también hay rutas redundadas en leaf spine se enruta en base a protocolos como el enrutamiento de múltiples rutas de igual costo (ECPM), para equilibrar el tráfico de carga en todas las rutas disponibles y al mismo tiempo evitar los bucles de red.

Para diseñar una red leaf spine hay que tener algunas cosas en cuenta. Al igual que en cualquier red la cantidad de conexiones y el bitrate que que puedan necesitar en un caso extremo. Se puede medir en dirección norte-sur o este-oeste. El número de switches spine también es una variable que vendrá limitada por el número de puertos de los switches leaf.

En conclusión a la hora de diseñar un CPD habrá que optar por esta arquitectura sobre la tradicional por la mejora de escalabilidad, rendimiento y su compatibilidad con la nube.

Eduard Lecha y Matías Balzamo