先建立概念理解,再通过下一个活动进行检验。
网络的构建形态
二层架构、三层架构与叶脊架构,以及每种形态各自试图让什么变得可预测。
你将能够做到
- 描述塌陷核心和三层层次结构,以及各自适用的场景
- 解释叶脊架构让层次结构无法做到的哪些事情变得可预测
- 区分物理拓扑与逻辑拓扑
- 将站点规模与合理的设计相匹配
预备知识:你应该知道交换机和路由器各自的作用,以及什么是广播域——参见《主机、交换机与路由器》和《广播域与 VLAN》。
为什么重要:设计类问题在两门考试中都以识别而非计算的形式出现:根据描述说出架构名称。每种形态存在的原因比它的图示更好记,也正是这个原因告诉你某种形态被用在了不该用的地方。
网络设计并非随意而为。每一种公认的形态都是对某个具体问题的回答——通常与流量如何增长,或故障能波及多少个地方有关。把这些形态当作答案来学习,而不是当作图形来记忆,会让它们更难被遗忘。
物理拓扑与逻辑拓扑
两个布线完全相同的网络,行为可以截然不同,因此第一个要区分的问题是:设备是如何接线的,与流量实际是如何流动的。
| 种类 | 描述的内容 | 示例 |
|---|---|---|
| 物理拓扑 | 线缆实际铺设的路径 | 每张桌子都接回同一个配线间——一个物理星型 |
| 逻辑拓扑 | 流量如何流动,以及哪些设备共享同一个域 | 这些桌子被划分到三个 VLAN 中——一个星型之上的三个逻辑网段 |
三层层次结构
经典的园区设计将职责划分为若干层,使每台设备只承担一项工作,任意两点之间的流量都走一条可预测的路径。
| 层 | 工作 | 优化目标 |
|---|---|---|
| 接入层 | 连接终端设备,应用端口级策略 | 端口数量与成本 |
| 汇聚层 | 汇聚接入层交换机,在 VLAN 之间路由,落实策略 | 策略与汇聚 |
| 核心层 | 尽可能快地在汇聚模块之间转发流量 | 吞吐量与简洁性 |
核心层刻意做得越少越好。过滤、策略和路由决策都属于汇聚层的职责,这样核心层才能保持简单,从而可靠且快速。一个还在做访问控制的核心层是一个典型的设计异味。
把两层合并为一层
大多数组织规模并不需要三层结构。二层(塌陷核心)设计把汇聚层和核心层合并为一对设备,接入层保持不变。
| 设计 | 适用场景 | 原因 |
|---|---|---|
| 二层/塌陷核心 | 一栋楼,或几栋楼 | 单独的核心层会增加成本和跳数,却没有东西可供汇聚 |
| 三层 | 多栋楼或多个汇聚模块 | 核心层存在的意义是连接各个汇聚模块——只有一个模块时就没有什么可连接的 |
叶脊架构
层次结构假定大多数流量从终端设备向上、向外流出。数据中心打破了这个假设:如今大多数流量发生在同一设施内的服务器之间,而且可能发生在任意两台服务器之间。
在叶脊网络架构中,每个叶节点都连接到每个脊节点,叶节点之间互不相连。任何一台服务器到另一台服务器都恰好相隔两跳——先向上到一个脊节点,再向下到一个叶节点。
| 属性 | 三层层次结构 | 叶脊架构 |
|---|---|---|
| 端点之间的路径长度 | 随位置而变化 | 始终相同 |
| 假定的流量模式 | 主要进出站点 | 主要在站点内部端点之间 |
| 增加容量 | 升级某一层 | 增加一个脊节点 |
| 环路管理 | 生成树阻塞链路 | 所有链路都处于活动状态,由路由管理 |
规模与边界
| 术语 | 含义 |
|---|---|
| SOHO | 小型办公室或家庭办公室——通常是一台集路由器、交换机和接入点于一体的设备 |
| 园区 | 同一场地内的多栋楼,通过你自己拥有的链路连接 |
| WAN | 跨越较远距离连接各站点,通常使用你租用的链路 |
| 本地部署 | 你拥有的设备,放在你自己掌控的建筑物中 |
| 云 | 在别人运营的设施中租用的容量 |
这份列表中最重要的分界线,是你拥有的链路与你租用的链路之间的区别。在自有链路上,带宽是已经完成的一次性购置,延迟主要取决于距离。在租用链路上,两者都是合同条款,WAN 正是每兆比特成本开始主导设计、而不是顺其自然产生的地方。
混合架构,以及它为何是常见答案
大多数真实存在的组织,会把一部分服务运行在自有设备上,另一部分运行在租用的设施中,二者通过一条连接相连。这种混合安排很少是经过深思熟虑设计出来的终态——它往往是各项服务在不同时间陆续迁移之后自然形成的结果。
它的显著特征是,两者之间的边界本身变成了一种依赖关系。一个部署在本地、却依赖托管在别处的服务,现在把连接这两端的链路纳入了自己的故障路径,而这条链路通常正是整个设计中冗余最差的部分。
术语
- 塌陷核心
- 一种二层设计,将汇聚层和核心层合并,适用于单一汇聚模块的场景。
- 叶脊架构
- 一种网络架构,每个叶节点都连接到每个脊节点,使任意两个端点之间的路径长度相同。
- 逻辑拓扑
- 流量实际流动的方式,以及哪些设备共享同一个域,区别于线缆实际的铺设方式。
- SOHO
- 小型办公室或家庭办公室——通常是一台集路由器、交换机和无线接入点于一体的设备。
要点总结
- 物理拓扑是布线;逻辑拓扑是流量在其上流动的方式。
- 接入层连接设备,汇聚层落实策略,核心层转发流量且几乎不做别的事。
- 核心层的作用是连接各个汇聚模块,因此只有一个模块时,二层结构才是正确选择。
- 叶脊架构让任意两个端点之间的路径长度保持一致,这是层次结构做不到的。
- 一致的延迟,而不是峰值速度,才是选择叶脊架构设计的意义所在。
- 在 WAN 和云的术语中,最重要的分界线是自有链路与租用链路之间的区别。
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