介绍

Spine-Leaf (脊柱-叶片) 架构是现代数据中心常用的两层高性能网络拓扑，旨在提供低延迟、高可扩展性和高可靠性。叶交换机连接服务器，脊柱交换机连接所有叶交换机，通过全网状连接实现高效的流量负载均衡和冗余备份，适用于云计算和分布式计算场景。

传统三层数据中心网络

接入层(将工作站接入网络)

接入层的面向对象主要是终端客户，为终端客户提供接入功能，接入层的主要功能是规划同一网段中的工作站个数，提高各接入终端的带宽。

汇聚层(提供基于策略的连接)

汇聚层连接网络的核心层和各个接入的应用层，在两层之间承担“媒介传输”的作用。在应用接入核心层之前先经过汇聚层进行数据处理，以减轻核心层设备的负荷。汇聚层提供内容交换、防火墙、SSL卸载、入侵检测、网络分析等服务。

核心层(网络的高速交换主干)

核心层在互联网中承载着网络服务器与各应用端口间的传输功能，是整个网络的支撑脊梁和数据传输通道。核心交换机为进出数据中心的包提供高速的转发，为多个汇聚层提供连接性，核心交换机通常为整个网络提供一个弹性的L3路由网络。 **为了有效的解决环路问题，做出了改进： **

为了改善阻塞 VLAN 中的冗余路径。思科引入vPC(Virtual Port Channel)技术，消除了生成树阻塞端口

新的问题

虚拟化技术需要有了动态迁移的需求。将一个虚拟机从一台物理服务器移动到另一台物理服务器的过程。该过程对于最终用户来说是无感知的，所以要保证在迁移过程中，虚拟机的业务不能中断。

虚拟化技术引发的改进：

为了使用虚拟机的大范围和跨区的迁徙，做了以下两个改进点：

1. 从小的两层网络变为大范围的两层网络
2. 虚拟机可在大两层网络种进行前夕

数据中心的流量转变

传统的流量是为南北向流量占主导地位的传统数据中心设计的，不适合东西向流量较大的云数据中心。 例如：东西向流量(如跨POD的二层和三层流量)必须经过汇聚层和核心层的设备转发，不必要地经过许多节点。传统网络通常设置1:10到1:3的带宽超额比，以提高设备利用率。随着超额订阅率，每次流量通过节点时性能都会显着下降。此外，第 3 层网络上的 xSTP 技术加剧了这种恶化。

Spine-Leaf架构

Clos 网络以其发明者Charles Clos命名，Charles Clos是一名电话网络工程师，他在 1950 年代需要解决如何应对电话网络的爆炸式增长这一问题. 提出了现在称之为 Clos 的网络架构。

Spine-Leaf体系架构是由Spine和Leaf这两个交换层组成的数据中心网络拓扑结构。Leaf层由访问交换机组成，汇聚来自服务器的流量，并直接连接到Spine或网络核心。Spine交换机在全网格拓扑中互连所有Leaf交换机。上图中，绿色节点代表交换机，灰色节点代表服务器。在绿色节点中，最上面的是Spine节点，下面是Leaf节点。

Spine-Leaf与传统网络设计对比

1. 放弃了生成树协议 (STP)
2. 越来越多地使用固定端口交换机而不是网络骨干的模块化模型
3. 横向与纵向基础架构的扩展