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随着虚拟化、云计算等技术的流行，数据中心的传统三层网络拓扑结构已经越来越不能满足现代网络的需求。叶脊拓扑网络作为一种新兴的网络结构，克服了传统三层网络的局限，为数据中心构建了一种快速有效、可预测、可扩展的数据传输机制。现在，叶脊拓扑网络已经成为数据中心的主流部署方式，本教程将详细介绍叶脊拓扑网络的基本情况。
传统三层网络结构
为了更好地了解叶脊拓扑网络，我们有必要先对传统三层网络有一个基本的认识。如下图所示，传统三层网络由底层的接入层、中层的汇聚层和上层的核心层组成。其中，接入层是向本地网段提供工作站接入，汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”，核心层是网络的高速交换主干，对整个网络的连通起到了至关重要的作用。这种三层网络结构十分适合服务器和外部设备间的传输。然而，对于计算机和服务器四处分布的大型虚拟化数据中心，一个服务器和另一个服务器间的传输则需要经过两个汇聚层交换机和一个核心层交换机（如下图所示），这会产生较大的延迟性甚至阻塞数据传输。
叶脊拓扑网络结构
叶脊拓扑网络结构具有高可靠性、高性能和可扩展性的优点，受到了许多大型数据中心和云计算网络的青睐。如下图所示，叶脊拓扑网络由上层的脊交换机和下层的叶交换机组成，其中，脊交换机充当汇聚交换机的角色，叶交换机充当接入交换机的角色。在叶脊拓扑网络结构中，所有的叶交换机都和每一台脊交换机连接，因此，任何一台服务器和另一台服务器间的数据传输只需要经过一台叶交换机和一台脊交换机，这种设计大大提高了数据传输的效率，这在高性能计算集群应用中尤其重要。
教你设计叶脊拓扑网络
收敛比
在设计叶脊拓扑网络时需要考虑的一个重要因素是收敛比，即叶交换机的下行链路带宽和上行链路带宽的比值。现在，由于多芯CPU、虚拟服务器、闪存存储、大数据和云计算等应用越来越多，要求叶脊交换机之间的合理带宽比不能超过3:1，例如，有48个10Gbps速率的客户端在叶交换机上，预计所需的下行链路带宽是480Gbps，如果叶交换机使用4个40Gbps上行链路端口连接到脊交换机，上行链路带宽就是160Gbps，这样该叶脊拓扑网络的收敛比就是3:1，不会超负荷。在设计叶脊拓扑网络时，要特别注意收敛比。
此外，在开始构建叶脊拓扑网络之前，有必要先对目前和未来的网络需求做预算。例如，如果你现在有100台服务器，但是将来可能会增加到1000台，那么你设计的叶脊拓扑网络就需要既能满足现有100台服务器的需求，又能满足未来1000台服务器的需求。下面给出3个公式教你简单算出所需叶交换机和脊交换机的数量：
脊交换机的数量=叶交换机的上行链路端口数 叶交换机的数量=脊交换机的下行链路端口数 服务器的数量=叶交换机的下行链路端口数×叶交换机的数量
也就是说，如果我们计划将24端口的10G交换机用作叶交换机，其中20个10Gbps端口用作下行链路连接服务器，剩下4个10Gbps端口用作上行链路连接脊交换机，我们就需要4台脊交换机。而如果每台脊交换机有64个10Gbps端口，整个叶脊拓扑网络则最多可以容纳64个叶交换机和1280（64×20）个服务器。
结束语
叶脊拓扑网络几乎能适应所有大中小型数据中心，而且所有企业的IT建设都是走向收敛型和高层次的虚拟化型叶脊拓扑网络。在现代叶脊拓扑网络中，叶交换机连接脊交换机的上行链路传输速率通常是40Gbps，连接服务器的下行链路传输速率通常是10Gbps。