Topologie de réseau MSP pour débutants
Pour les fournisseurs de services gérés (MSP), la mise en place d’un réseau hautement performant et évolutif est un élément clé de leur réussite. Dans un précédent article de blog ( article de blog), nous avons abordé les types de topologies réseau de base. Dans cet article, nous nous penchons sur des topologies réseau plus complexes destinées aux fournisseurs de services, notamment celles privilégiées pour les réseaux des MSP. Lisez cet article pour découvrir quelle est la meilleure topologie réseau pour un centre de données MSP, et pourquoi.
Réseaux hiérarchiques traditionnels à trois niveaux
Avant que les réseaux définis par logiciel (SDN) ne se généralisent, les réseaux des centres de données reposaient sur une topologie hiérarchique en arbre. Cette topologie se divise en trois couches principales : la couche centrale, la couche d’agrégation ou de distribution, et la couche d’accès. Dans cette topologie, les serveurs sont connectés à des commutateurs au niveau de la couche d’accès. Les routeurs périphériques sont connectés au cœur du réseau pour assurer l’accès depuis et vers le WAN (réseau étendu) et Internet. Sur le schéma ci-dessous, ces routeurs sont situés entre le cœur du réseau et Internet.
Du point de vue du modèle OSI (Open Systems Interconnection), qui divise le réseau notamment en une couche liaison de données (L2) et une couche réseau (L3), la topologie réseau « accès-agrégation-cœur » chevauche plusieurs couches, comme le montre le schéma.
Examinons ces trois couches tour à tour.
Couche centrale
Le cœur du réseau (également appelé réseau central) est la composante centrale de l’ensemble du réseau. Les nœuds principaux sont connectés au cœur. Le réseau central repose généralement sur une topologie en maillage, dans laquelle tous les nœuds sont connectés à tous les autres nœuds au sein du cœur (pour une topologie de réseau en maillage complet). Les commutateurs et les routeurs du cœur du réseau sont interconnectés par des liaisons à haut débit (également appelées connexions de dorsale). Comme des routeurs sont utilisés au sein du cœur du réseau, la couche centrale gère le trafic de couche 3.
Couche de distribution/agrégation
Il s’agit d’une couche intermédiaire utilisée pour agréger les liaisons montantes de la couche sous-jacente de la topologie de réseau à trois niveaux (la couche d’accès, qui fonctionne au niveau L2) vers la couche centrale du réseau (qui fonctionne généralement au niveau L3) par l’intermédiaire de liaisons à plus grande bande passante. La couche de distribution combine un grand nombre de ports à faible débit avec un petit nombre de ports de jonction à haut débit. Le routage commence au niveau de la couche de distribution/agrégation de cette topologie de réseau lorsque les données sont transférées depuis la couche d’accès. Le pare-feu, l’équilibrage de charge et les autres paramètres de sécurité sont définis au niveau de la couche d’agrégation. La couche d’agrégation/distribution sert à réduire et à simplifier le schéma de câblage dans le centre de données afin de faciliter la gestion. Les commutateurs installés au niveau de la couche d’agrégation doivent prendre en charge le stockage d’un plus grand nombre d’adresses MAC dans la table d’adresses MAC de leur mémoire. Alors que la couche d’accès gère le trafic de niveau 2 (L2), la couche de distribution gère à la fois le trafic de niveau 2 (L2) et de niveau 3 (L3).
Couche d’accès
Cette couche est constituée de commutateurs qui travaillent au niveau 2 (L2). Les serveurs et les postes de travail sont connectés aux commutateurs de la couche d’accès. Les VLAN (réseaux locaux virtuels) sont généralement utilisés pour séparer les domaines de diffusion de couche 2 afin de réduire le trafic de diffusion et de renforcer la sécurité.
Pour éviter les goulots d’étranglement, des liaisons à plus haut débit sont utilisées à mesure que l’on se rapproche du cœur du réseau. Par exemple, les serveurs sont connectés aux commutateurs d’accès par des interfaces réseau de 10 Gbit/s, les commutateurs d’accès sont connectés aux commutateurs d’agrégation par des interfaces de 10 Gbit/s, et les commutateurs/routeurs de la couche d’agrégation sont connectés aux commutateurs/routeurs du cœur du réseau par des liaisons de 100 Gbit/s. Dans ce cas, l’agrégation de liaisons peut être utilisée pour augmenter la bande passante et la redondance. Tout le trafic provenant des serveurs est acheminé vers les liaisons montantes. Un ensemble d’équipements réseau intelligents, surnommés « god boxes », se trouve au sommet de la hiérarchie de cette topologie de réseau. Les « god boxes » sont chargées du routage et de tous les autres services. La topologie réseau hiérarchique permet de créer un réseau modulaire.
Dans la topologie réseau illustrée dans le schéma précédent, la défaillance d’une liaison entraîne la défaillance de ce segment du réseau. C’est pourquoi des canaux réservés et une redondance sont utilisés pour ce type de topologie réseau (voir le schéma suivant) à chaque couche du réseau. La défaillance d’une appliance ou d’une liaison entraîne une dégradation des performances, mais le réseau continue de fonctionner. Cette topologie de réseau redondante nécessite généralement STP (Spanning Tree Protocol).
MAINTENANCE. Si vous déconnectez certains équipements réseau au sein de cette topologie de réseau à trois niveaux pour mettre à jour des logiciels ou effectuer d’autres tâches de maintenance, les performances du réseau se dégradent. Certains services peuvent être temporairement indisponibles.
Évolutivité. Le nombre de services exécutés sur les serveurs augmente chaque année et le volume de trafic s’accroît en conséquence. Cette situation nécessite une mise à niveau et une augmentation de la bande passante du réseau du MSP. L’augmentation de la bande passante réseau dans un centre de données classique nécessitait généralement les conditions à remplir suivantes :
- Augmentation du nombre de connexions d’agrégation de liaisons (LAG)
- Achat de cartes réseau
- Si aucun emplacement n’est disponible pour l’installation de cartes réseau, achat de nouveaux serveurs ou d’équipements associés
Si vous devez ajouter un nouveau rack de serveurs (baie) en tant que nouveau module dans votre centre de données, vous pouvez augmenter la bande passante réseau vers ce rack et les serveurs qui y sont installés. Ce type de topologies de réseau ne permet pas de garantir un niveau élevé de réservation de liaisons et de redondance en raison des fonctionnalités des protocoles de couche 2, telles que STP et MSTP (Multiple Spanning Tree Protocol).
La topologie de réseau classique à trois niveaux dans un centre de données peut être combinée avec les architectures « End of Row » (fin de rangée) et « Top of Rack » (haut de rack). Le schéma de connexion « Top of Rack » est aujourd’hui plus répandu. Ce nom est utilisé car les serveurs et les commutateurs sont connectés au commutateur principal de chaque rack. Les commutateurs « Top of Rack » (commutateurs ToR) sont connectés aux commutateurs/routeurs des niveaux supérieurs du réseau MSP. Les commutateurs ToR se distinguent des commutateurs de périphérie utilisateur et disposent de plusieurs ports de liaison montante à très haut débit (tels que des ports 10 Gbit/s) ainsi que d’un grand nombre de ports pour connecter les serveurs. Les commutateurs ToR sont installés par paires à des fins de redondance et pour faciliter leur maintenance. Les avantages de ce schéma de connexion ToR résident dans la réduction de la longueur des câbles lors du câblage des appliances au sein d’un rack et entre les racks. Les commutateurs d’accès de la topologie de réseau hiérarchique à plusieurs niveaux sont généralement utilisés comme commutateurs ToR.
Direction du trafic
Les inconvénients expliqués précédemment ne sont pas trop critiques, et un réseau de centre de données peut fonctionner correctement avec une administration adéquate. Le passage de la couche L2 à la couche L3 dans une partie du réseau permet de résoudre un certain nombre de problèmes. Il existe une autre fonctionnalité liée à l’évolution des centres de données et à la manière dont les applications fonctionnent aujourd’hui différemment de ce qu’elles faisaient auparavant. Dans les années 2000, les applications étaient créées selon une architecture centralisée, et les applications de type client-serveur étaient principalement monolithiques . Cela signifie que les composants d’une application pouvaient être situés sur un seul serveur. Par conséquent, dans notre schéma, la requête utilisateur était envoyée depuis le haut du réseau, et la requête générée par l’application était renvoyée depuis le niveau inférieur du serveur vers le haut du réseau. La requête utilisateur était traitée sur un seul hôte. Le trafic horizontal (est-ouest) entre les hôtes était minime, et le trafic nord-sud était privilégié. La topologie de réseau traditionnelle hiérarchique à plusieurs niveaux utilisée pour les réseaux MSP dans les centres de données répond à ces conditions à remplir. Cependant, au fil du temps, de nouvelles architectures ont été privilégiées lors du développement d’applications.
Architecture en couches à N niveaux. Les composants de l’application sont répartis sur plusieurs niveaux, par exemple le niveau logique, le niveau de présentation et le niveau des données. Les applications web composées de plusieurs composants nécessitent que ces derniers s’exécutent sur différents serveurs, par exemple un serveur web, un serveur d’applications et serveur de base de données. Les composants d’application s’exécutant sur plusieurs serveurs interagissent entre eux via un réseau.
L’architecture en microservices part du principe que les composants d’une application (les services) s’exécutent dans des conteneurs distincts, isolés logiquement, qui sont connectés les uns aux autres via un réseau. Conteneurs peuvent s’exécuter sur différents hôtes dans grappes. Cette architecture est hautement évolutive et est aujourd’hui largement utilisée dans les environnements cloud.
De plus, les centres de données gèrent désormais le Big Data, les bases de données volumineuses, l’analyse de données, la publicité contextuelle, les applications basées sur l’intelligence artificielle et d’autres logiciels nécessitant une interconnexion avec plusieurs serveurs, baies de stockage, machines virtuelles ou conteneurs. Les composants des applications sont répartis sur plusieurs serveurs ou VMs au sein du centre de données.
En conséquence, le trafic est-ouest est plus important que le trafic nord-sud au sein du réseau MSP. Le trafic interne d’un réseau de centre de données (trafic intra-DC) est plus important que le trafic en provenance ou à destination d’un utilisateur externe qui envoie une requête au centre de données. N’oubliez pas le trafic interne entre les systèmes de stockage, réplication de bases de données, la sauvegarde des données et d’autres activités de service utilisant le réseau au sein d’un centre de données.
Sur les schémas suivants, vous pouvez voir la représentation graphique de l’augmentation du trafic interne dans les réseaux MSP au sein des centres de données au cours des dernières années. La tendance montre que le trafic intra-DC croît davantage que le trafic entrant/sortant.
Les réseaux traditionnels, construits selon la topologie hiérarchique classique à trois niveaux, sont fiables mais ne sont pas adaptés de manière optimale aux flux de trafic latéraux. Cela s’explique par l’importance accordée aux réseaux de couche 2 et au trafic nord-sud.
Topologie de réseau Clos
À l’origine, le réseau Clos a été inventé par Edson Erwin en 1938. En 1953, Charles Clos a décidé d’utiliser des réseaux de commutation sans blocage dans les systèmes de téléphonie afin d’optimiser l’utilisation des communications par rapport au schéma de communication à barres croisées. Avec des matrices comportant un faible nombre d’interconnexions, d’entrées et de sorties, le schéma de connexion semble complexe à première vue. Cependant, le réseau de Clos est moins complexe en raison d’un nombre réduit de points de connexion, selon la formule : 6n^(3/2)-3n . Ce fait devient évident à partir de 36 points de connexion. 
Si m est le nombre de commutateurs d’entrée et n est le nombre de commutateurs de sortie, alors les caractéristiques de blocage du réseau de Clos sont calculées par la formule suivante. Selon le théorème de Clos, un réseau de Clos est strictement non bloquant si le nombre de commutateurs de deuxième niveau m ≥ 2n−1 .
Le réseau bloquant est un réseau dans lequel il est impossible de trouver un chemin de communication entre un port d’entrée libre et un port de sortie libre.
Le réseau non bloquant est un réseau dans lequel il existe toujours un chemin permettant de relier n’importe quel port d’entrée à n’importe quel port de sortie. Les réseaux non bloquants sont créés par l’ajout d’un étage de commutation supplémentaire.
Le réseau non bloquant réorganisable est un réseau dans lequel tous les chemins possibles permettant de relier l’ensemble des ports d’entrée et de sortie peuvent être réorganisés.
À la fin des années 1990, avec l’évolution des technologies de télécommunication et des réseaux informatiques, le concept des réseaux Clos a retrouvé toute sa pertinence. Il est nécessaire que tous les nœuds puissent communiquer entre eux au sein de la structure du réseau et, si possible, d’éviter d’utiliser une topologie en maillage complet lorsque tous les périphériques sont interconnectés. Une nouvelle couche de communication a été ajoutée pour interconnecter les périphériques du réseau. En conséquence, le concept de réseau Clos a été relancé sous une nouvelle forme. Sur l’image suivante, vous pouvez voir un schéma typique du réseau Clos à trois niveaux.
Modifions la représentation du réseau Clos pour adopter la vue « Leaf-Spine » largement utilisée, plus pratique, en repliant les côtés gauche et droit du schéma. Cette topologie de réseau est connue sous les noms de « Leaf-Spine», « Folded Clos» et « réseau Clos à trois niveaux » (voir l’image suivante).
La couche « spine ». Les commutateurs « spine » sont utilisés pour interconnecter tous les commutateurs « leaf » dans la topologie de réseau en maillage complet. La couche « spine » remplace, dans une certaine mesure, la couche d’agrégation utilisée dans la topologie de réseau hiérarchique traditionnelle à trois niveaux. Cependant, la couche « spine » n’est pas l’équivalent direct de la couche d’agrégation. La tâche principale de la couche « spine » consiste à assurer le transfert rapide des données d’un commutateur « leaf » à un autre. Les terminaux ne sont pas connectés aux commutateurs « spine ».
La couche « leaf ». Dans ce modèle, les serveurs ou autres terminaux du centre de données sont connectés aux nœuds « leaf ». Tous les nœuds « leaf » sont connectés à tous les nœuds « spine ». Il en résulte un grand nombre de connexions réseau avec une bande passante égale entre tous les serveurs. Il existe des connexions de couche 3 entre les nœuds « spine » et les nœuds « leaf » (couche 3 du modèle OSI). Lorsque le trafic est transmis de la source à la destination sur le réseau, le nombre de sauts est identique (par exemple, trois sauts sont nécessaires pour transférer des données entre n’importe quels serveurs au sein du réseau à deux niveaux leaf-spine selon le schéma ci-dessous). La latence est prévisible et faible. La capacité du réseau est également accrue, car il n’est désormais plus nécessaire d’utiliser STP . Lorsque STP est utilisé pour des connexions redondantes entre commutateurs, une seule liaison peut être active à la fois.
Dans la topologie de réseau leaf-spine , le protocole de routage Equal-Cost Multipath (ECMP) peut être utilisé pour équilibrer la charge du trafic et empêcher les boucles de réseau (pour les connexions réseau de couche 3). Les protocoles BGP, OSPF, EIGRPet ISIS peuvent également être utilisés.
Ce concept de réseau est également appelé topologie de réseau multicouche fat-tree . L’idée est d’éviter les goulots d’étranglement dans les couches supérieures de l’arbre (près de la racine de l’arbre) et d’ajouter des liaisons supplémentaires pour augmenter la bande passante sur ces segments. Il en résulte une capacité de liaison croissante en direction de la racine. Le fat tree est un cas d’utilisation du réseau Clos. Le réseau Clos à trois niveaux est transformé en un réseau à deux niveaux leaf-spine après repliement. Des commutateurs « leaf » ou des commutateurs/routeurs « leaf edge » peuvent être utilisés pour accéder à des réseaux externes et à d’autres centres de données.
Avantages de la leaf-spine topologie de réseau
La leaf-spine topologie de réseau offre un ensemble d’avantages par rapport à la topologie de réseau « accès-agrégation-cœur ». Cet ensemble d’avantages est la raison d’utiliser la topologie de réseau de type « leaf-spine » dans un centre de données.
Connexions optimisées. Les liaisons à large bande passante entre les appliances réseau sont optimales pour le trafic est-ouest. Il n’y a pas de liaisons inutilisées (car la couche L3 est utilisée à la place de la couche L2). ECMP est recommandé pour une efficacité élevée, et STP n’est pas nécessaire.
Fiabilité. La défaillance d’une appliance ou la déconnexion d’une liaison n’entraîne pas de conséquences négatives ni d’inconvénients significatifs. Si le commutateur ToR faisant office de commutateur leaf tombe en panne, le rack correspondant est affecté. Si un commutateur spine tombe en panne, la bande passante du réseau se dégrade, mais pas de manière significative par rapport à la topologie de réseau hiérarchique traditionnelle à trois niveaux. La dégradation de la bande passante pour la topologie spine-leaf est 1/n , où n correspond au nombre de spines. La dégradation de la bande passante pour la topologie hiérarchique est 50% dans ce cas.
Évolutivité élevée. Vous pouvez ajouter de nouveaux leaf tant qu’il reste des ports libres sur les spines. L’ajout de nouveaux spines vous permet d’augmenter le nombre de liaisons montantes des leaf. Ajoutez des commutateurs/routeurs de périphérie pour augmenter la bande passante vers les réseaux externes. L’approche traditionnelle pour augmenter la bande passante et connecter davantage de serveurs dans le cadre d’une topologie de réseau hiérarchique en arborescence consiste à ajouter davantage de cartes réseau dotées de plus de ports, des équipements réseau dotés d’interfaces réseau plus rapides et, de manière générale, du matériel plus puissant. Cette approche traditionnelle est appelée « scale up » ou « évolutivité verticale » .
Lorsque vous utilisez la leaf-spine topologie de réseau dans les centres de données et pour les réseaux MSP, vous pouvez ajouter une couche supplémentaire de « spines ». Cette approche est appelée évolutivité horizontale ou évolutivité en largeur . L’ajout d’une appliance réseau classique, telle qu’un commutateur ou un routeur, augmente l’évolutivité de manière linéaire.
MAINTENANCE. Vous pouvez facilement déconnecter les commutateurs « spine » du réseau à des fins de maintenance ou de remplacement. Les tâches de maintenance sur les commutateurs « spine » ne présentent pas de risque par rapport aux « god boxes », car ces premiers ne disposent d’aucune fonctionnalité intelligente et la réduction de bande passante est minime après leur déconnexion.
Réseau Clos à plusieurs niveaux
Dans la section précédente, j’ai expliqué le réseau Clos à trois niveaux comprenant les niveaux suivants : commutateur d’entrée, commutateur intermédiaire et commutateur de sortie. Comme les appliances des niveaux d’entrée et de sortie servent à recevoir/envoyer des données, le schéma du réseau peut être replié par l’utilisation d’une ligne intermédiaire constituée d’une topologie de réseau à deux niveaux leaf-spine . Vous pouvez ajouter d’autres niveaux et construire un réseau Clos à plusieurs niveaux afin de connecter davantage de périphériques réseau à ce réseau. Dans ce cas, vous disposez de cinq niveaux : commutateur d’entrée, commutateur intermédiaire 1, commutateur intermédiaire 2, commutateur intermédiaire 3 et commutateur de sortie.
Sur le schéma suivant, vous pouvez voir la structure initiale du réseau Clos non bloquant à cinq niveaux après le réagencement des blocs bleus et verts. Il existe également la vue repliée leaf-spine ou la vue fat-tree (4,3) (car il y a 4 commutateurs de colonne vertébrale et 3 niveaux sur le schéma leaf-spine ), mais voyons étape par étape comment connecter des appliances au réseau Clos à 5 niveaux. Une topologie de réseau Clos comportant plus de 5 niveaux n’est pas courante et n’est pas utilisée dans la pratique, car le nombre de connexions est trop important.
Après avoir fait pivoter de 90 degrés dans le sens des aiguilles d’une montre le schéma initial du réseau Clos à cinq étages, vous obtiendrez la vue traditionnelle avec les commutateurs d’entrée, les commutateurs de sortie et les trois étages de commutateurs intermédiaires. Tracons la ligne de pliage passant par les commutateurs intermédiaires au centre du schéma afin d’obtenir la vue repliée du réseau Clos à cinq étages. 
Après avoir déplié le schéma, vous obtenez la vue dépliée ou la vue « leaf-spine » de ce type de topologies réseau (voir le schéma ci-dessous). Il existe 4 groupes distincts faisant office de points de livraison (POD). Le POD est l’unité universelle de construction des centres de données. Les POD sont connectés aux « spines » de premier niveau. Si vous avez besoin d’étendre votre centre de données ou d’ajouter davantage de serveurs ou d’équipements réseau, il suffit d’ajouter de nouveaux POD et de les connecter à la structure du réseau. Les « spines » d’un POD sont reliées à celles d’autres POD via des « spines » de deuxième niveau. Par ailleurs, toutes les « spines » de niveau 1 ne sont pas connectées à toutes les « spines » de niveau 2 ; elles sont séparées par des plans.
Il existe deux plans – Plane 0 et Plane 1 sur le schéma suivant. Ce concept est utilisé en raison du nombre limité de ports sur les spines ; il n’est en effet pas possible, dans ce cas, de créer une topologie de réseau entièrement connectée. Dans le schéma suivant, chaque spine est limité à 4 ports. Selon le principe de base, le réseau Clos sans blocage repose sur les mêmes éléments (des commutateurs à 4 ports, comme illustré ci-dessous).
À première vue, on peut confondre des termes tels que « Clos », « folded Clos, leaf-spine» et « fat tree». Permettez-moi de clarifier ces termes.
Clos ou Réseau Clos est le terme qui désigne les fondements théoriques du type de topologie de réseau Clos.
Folded Clos est une représentation plus pratique du réseau Clos, où les entrées et les sorties jouent le même Rôle et sont situées à l’emplacement identique.
Leaf-spine est une topologie de réseau basée sur le schéma du réseau Clos qui est utilisée dans la pratique dans les centres de données pour construire des réseaux, y compris des réseaux MSP.
Fat tree est généralement considéré comme une variante du réseau Clos. Ce terme est le plus source de confusion car certains articles mentionnent le fat tree comme étant le réseau classique « accès-agrégation-cœur ». Je me réfère au document RFC 7938 qui indique que le fat tree est basé sur la topologie de réseau folded Clos .
Calculs
Vous pouvez calculer le nombre de commutateurs centraux, de commutateurs périphériques, le nombre total de commutateurs nécessaires, ainsi que le nombre total d’hôtes pouvant être connectés au réseau de la configuration sélectionnée par les formules suivantes, où :
k est le nombre de ports du commutateur
L est le nombre de niveaux dans la topologie de réseau leaf-spine (fat tree)
Le principal paramètre à calculer avant de construire votre réseau est le nombre d’hôtes pris en charge. La configuration fat-tree peut s’écrire sous la forme FT(k, L). Par exemple, FT(32,3) est un réseau à trois niveaux fat-tree composé de commutateurs à 32 ports. Vous pouvez utiliser cet outil calculatrice gratuite pour les réseaux Clos, qui génère également le schéma de visualisation correspondant à la configuration sélectionnée.
Vous pouvez ainsi calculer que si votre schéma de réseau fat-tree comporte 2 niveaux et 8 ports par commutateur, vous pouvez alors connecter 32 hôtes au réseau. Si vous augmentez le nombre de ports par commutateur, le nombre d’hôtes pris en charge passe à 512. Comme vous pouvez le constater, le nombre d’hôtes connectés dépend du nombre de ports sur chaque commutateur. Si vous conservez la topologie fat tree à 2 niveaux (réseau Clos à 3 niveaux) et augmentez le nombre de ports par commutateur, le nombre de commutateurs « spine » augmente considérablement. Vous pouvez résoudre ce problème en ajoutant un niveau supplémentaire à la topologie fat tree. Pour une topologie à trois niveaux fat tree, si le nombre de ports par commutateur est de 8, vous pouvez connecter 128 hôtes.
Si vous portez le nombre de ports par commutateur à 32, vous pouvez connecter 8 192 hôtes à l’aide de cette topologie de réseau. Ce chiffre, pour le réseau Clos à 5 niveaux, est 16 fois supérieur à celui du réseau Clos à 3 niveaux. Gardez à l’esprit les contraintes liées au rack de serveurs lorsque vous planifiez le schéma d’installation des serveurs et des équipements réseau dans le centre de données.
On utilise des nombres impairs d’étages pour construire des réseaux Clos sans blocage (3, 5, 7, etc.). Le réseau Clos à deux étages n’offre pas de connectivité sans blocage ni de connexions multiples entre les commutateurs.
Dans le schéma suivant, vous pouvez voir que, dans le cas d’un réseau Clos à deux niveaux, il n’existe qu’un seul chemin de transmission pour relier le serveur 1 et le serveur 2. Seul un quart des ports est connecté ; les autres ports ne sont pas connectés et constituent donc des points de blocage.
Le taux de sursouscription est le rapport entre la bande passante d’entrée et la bande passante de sortie dans le sens allant des couches inférieures vers les couches supérieures. Le taux de sursouscription varie généralement entre 2 et 4.
Exemple : un commutateur dispose de 48 ports de 10 Gbit et de 4 ports de liaison montante de 40 Gbit. La bande passante totale des liaisons descendantes vers les serveurs est de 48 × 10 = 480 Gbit/s. La vitesse totale des liaisons montantes est de 4 × 40 = 160 Gbit/s. Le taux de sursouscription est de 480/160 = 4.
Si la bande passante totale est égale pour tous les ports de liaison descendante et de liaison montante du commutateur, celui-ci n’est pas en situation de sursouscription et il n’y a alors aucun goulot d’étranglement. Un taux de sursouscription de 1:1 correspond au cas idéal. Évaluez le trafic dans les différentes directions avant d’acheter des commutateurs dotés d’une vitesse et d’un nombre de ports adaptés.
Les commutateurs présentant un taux de sursouscription supérieur à 1 sont souvent utilisés au niveau des nœuds feuilles (leaf) dans les réseaux de topologie « leaf-spine». Il convient d’utiliser des commutateurs non surchargés au niveau de la colonne vertébrale. Les commutateurs situés au niveau des feuilles dans la topologie de réseau de type « leaf-spine » sont généralement utilisés comme commutateurs ToR. Il est toutefois possible d’installer des commutateurs de feuilles en tant que commutateurs de fin de rangée.
Différences essentielles
Lors de la création d’un réseau, certaines décisions ont une incidence sur sa configuration. Voici quelques choix binaires qui influent sur la fonctionnalité du réseau.
Top of Rack (ToR) vs End of Row (EoR)
Le schéma de connexion réseau « Top of Rack » (ToR) dans un centre de données consiste à installer un ou plusieurs commutateurs dans chaque rack. Des câbles de raccordement courts sont utilisés pour relier le commutateur en haut du rack aux autres équipements réseau et serveurs situés à l’intérieur du rack. Les commutateurs ToR disposent généralement de liaisons montantes à haut débit vers les commutateurs/routeurs de niveau supérieur et peuvent être connectés à l’aide de câbles à fibre optique. L’avantage est que, lorsque vous utilisez ce schéma de connexion pour un réseau MSP, vous n’avez pas besoin d’installer une multitude de câbles épais partant de chaque rack du centre de données. L’utilisation des câbles dans le centre de données est plus rationnelle avec le schéma ToR. Dans ce cas, vous réduisez vos dépenses de câblage et bénéficiez d’une meilleure gestion des câbles. Vous pouvez gérer chaque rack comme un module unique sans affecter les autres racks du centre de données, car seuls les serveurs d’un seul rack sont concernés. Malgré le nom de ce schéma, vous pouvez installer un commutateur au milieu ou au bas de chaque rack.
Le schéma de connexion réseau « » (EoR) ( End of Row ) consiste à contenir l’équipement réseau dans un rack de serveurs situé à l’extrémité de la rangée. Cet équipement comprend généralement un commutateur réseau commun permettant de connecter tous les serveurs et autres appliances de l’ensemble des baies de serveurs de la rangée. Les câbles provenant des équipements réseau installés dans la baie de serveurs EoR sont reliés aux appliances de toutes les baies de la rangée par l’intermédiaire de panneaux de brassage montés dans chaque baie. Par conséquent, de longs câbles sont utilisés pour relier toutes les appliances réseau d’une rangée. Si des connexions réseau redondantes sont utilisées, le nombre de câbles augmente également. Des faisceaux de câbles épais peuvent bloquer la circulation de l’air vers les équipements.
Dans un centre de données, les baies de serveurs sont généralement disposées en rangées côte à côte. Une rangée peut contenir, par exemple, 10 ou 12 baies. L’ensemble de la rangée est considéré comme une seule unité de gestion lorsque l’on utilise le schéma de connexion EoR pour le réseau MSP d’un centre de données. On utilise dans ce cas le modèle de gestion par rangée. Le modèle de connexion réseau EoR nécessite moins de commutateurs individuels. La flexibilité est moindre lorsque vous devez effectuer des opérations de maintenance ou mettre à niveau des commutateurs, car le débranchement d’un commutateur EoR affecte davantage d’appliances. Malgré son nom, un rack équipé d’un ou de plusieurs commutateurs communs peut être placé au milieu d’une rangée.
Connexion de couche 2 vs couche 3
Le choix des connexions au sein d’un réseau est un calcul qui tient compte de la fiabilité, de la vitesse et du coût, ainsi que de la topologie à mettre en place.
Par exemple, il existe des segments de réseau pour la topologie à trois niveaux « Accès-Agrégation-Cœur » et Leaf-Spine topologie. Dans ce cas, le trafic est acheminé aux couches L2 et L3 du modèle OSI. Dans le réseau hiérarchique à trois niveaux, la couche d’accès fonctionne au niveau de la couche L2, la couche de distribution/agrégation agrège les liaisons L2 et assure le routage L3, tandis que la couche du réseau central effectue le routage au niveau de la troisième couche du modèle OSI. Le réseau de topologie à plusieurs niveaux Leaf-Spine peut être configuré par l’utilisation de la couche L2 avec des VLAN et de la couche L3 avec le routage IP et des sous-réseaux.
Les équipements réseau de couche L2 sont plus abordables que ceux de couche L3, mais l’utilisation de la mise en réseau de couche L2 pour connecter des appliances réseau au sein du réseau MSP d’un centre de données présente certains inconvénients. Les VLAN sont généralement utilisés pour isoler logiquement des réseaux partageant le même environnement physique. Le nombre maximal de VLAN est de 4 095 (moins certains VLAN réservés tels que 0, 4095, 1002-1005).
Un autre inconvénient, comme mentionné précédemment, est l’impossibilité d’utiliser des liaisons redondantes lorsque STP est utilisé en couche 2. En effet, une seule liaison peut être active à la fois, et la bande passante totale disponible de toutes les liaisons n’est pas exploitée. De plus, lorsque le domaine de couche 2 avec STP devient étendu, le risque de problèmes liés à un câblage inadéquat et à des erreurs humaines augmente, et le dépannage devient difficile.
Une configuration réseau de couche 3 permet aux ingénieurs d’améliorer la stabilité et l’évolutivité du réseau du MSP et des réseaux de centres de données en général.
Les protocoles réseau suivants vous aident à gérer le réseau de couche 3 et à acheminer le trafic.
Le BGP (Border Gateway Protocol) est un protocole de routage dynamique largement utilisé et considéré comme la norme dans de nombreuses organisations disposant de centres de données à grande échelle. Le BGP est un protocole hautement évolutif, extensible et efficace.
ECMP (Equal Cost Multipath Routing) est une technologie de routage réseau utilisée pour répartir le trafic par plusieurs chemins optimaux définis par des métriques au niveau de la troisième couche du modèle OSI. ECMP associé à des protocoles de routage, est utilisé pour l’équilibrage de charge dans les grands réseaux. La plupart des protocoles de routage, notamment BGP, EIGRP, IS-IS et OSPF, prennent en charge la technologie ECMP .
Essayez toujours d’utiliser les protocoles réseau les plus avancés. Mais n’oubliez pas que moins le réseau utilise de protocoles, plus son administration est simple.
Topologie réseau pour la virtualisation réseau (NV) et les réseaux définis par logiciel (SDN)
Outre la virtualisation matérielle et l’utilisation de machines virtuelles, la virtualisation réseau adoptant une approche centrée sur les applications s’est également généralisée. Les solutions de virtualisation réseau (NV) telles que VMware NSX, la mise en réseau OpenStack et Cisco ASI exploitent intensivement le trafic est-ouest au sein du réseau physique ; c’est pour cette raison que la topologie de réseau leaf-spine est adaptée à ces solutions de virtualisation réseau. Consultez l’article de blog consacré à VMware NSX pour en savoir plus sur la virtualisation réseau.
Les réseaux définis par logiciel (SDN) sont utilisés pour virtualiser les réseaux afin d’optimiser l’utilisation des ressources, d’assurer la flexibilité et de centraliser l’administration. Il s’agit d’une solution optimale dans un centre de données virtualisé où des machines virtuelles connectées au réseau sont utilisées. Les machines virtuelles peuvent migrer entre les serveurs, créant ainsi un trafic est-ouest au sein du centre de données. Les SDN sont largement utilisés pour les réseaux des MSP (fournisseurs de services gérés) qui proposent des solutions IaaS (infrastructure en tant que service).
La configuration de réseaux définis par logiciel s’avère efficace lorsqu’on utilise la topologie de réseau sous-jacente leaf-spine avec un routage dynamique, un nombre fixe de sauts, une latence faible et prévisible, ainsi qu’une optimisation du trafic est-ouest pour les communications de serveur à serveur au sein d’un centre de données.
VXLAN
Le VXLAN (Virtual eXtensible Local Area Network) est un protocole réseau amélioré utilisé à la place du VLAN dans les réseaux superposés. Des tunnels de couche 2 sont créés par l’utilisation des réseaux de couche 3 sous-jacents (réseau sous-jacent de couche 3) afin de fournir une connectivité réseau de couche 2 sans les limitations traditionnelles des VLAN. Avec le VXLAN, vous pouvez configurer le réseau de couche 2 sur le réseau de couche 3. La topologie virtuelle peut différer de la topologie physique du réseau sous-jacent.
Les trames VXLAN sont encapsulées dans des paquets IP par l’utilisation du MAC-in-UDP schéma d’encapsulation. VNI est l’équivalent de l’ID de VLAN. Le nombre maximal de VNI est de 2^24, soit environ 16 millions. Le VXLAN est utilisé pour créer des réseaux de couche 2 dans des environnements étendus géographiquement, par exemple lorsque vous devez créer un réseau reliant deux centres de données géographiquement distants.
L’utilisation du VXLAN et de la virtualisation du réseau permet d’optimiser la taille de la table d’adresses MAC des commutateurs ToR. En effet, les adresses MAC utilisées par les VMs et le trafic L2 associé sont acheminés via un réseau superposé de couche 2 (L2) par la technologie VXLAN. Ils ne surchargent pas les tables MAC des commutateurs physiques. Les tables d’adresses MAC des commutateurs physiques ne dépassent pas la capacité maximale disponible de ces derniers.
Conclusion
Traditionnellement, les réseaux des centres de données étaient construits selon la topologie classique à trois niveaux : accès, agrégation et cœur. Compte tenu de l’évolution des applications client-serveur et distribuées modernes, des microservices et d’autres logiciels générant du trafic est-ouest au sein des réseaux des fournisseurs de services gérés (MSP), la leaf-spine topologie de réseau, basée sur le concept de réseau de Clos, est privilégiée dans les centres de données modernes et figure parmi les topologies de réseau les plus courantes. La leaf-spine topologie de réseau est la mieux adaptée aux grands centres de données, car elle est hautement fiable et évolutive. Avant d’installer un réseau dans un centre de données, effectuez les calculs nécessaires et estimez le trafic et les Workloads générés. Tenez compte du trafic lié aux services, tel que le trafic de sauvegarde et de réplication, au sein du réseau.
NAKIVO Backup & Replication est un puissant logiciel de sauvegarde de machines virtuelles capable de protéger les Workloads VMware Cloud Director, les VMs VMware et Hyper-V, ainsi que les machines physiques Linux et Windows et les bases de données Oracle. Les fournisseurs de services gérés (MSP) proposant de l’infrastructure en tant que service (IaaS), de la sauvegarde en tant que service (BaaS) et de la reprise après sinistre en tant que service (DRaaS) peuvent utiliser NAKIVO Backup & Replication installé en mode multitenant. Téléchargez l’essai gratuit de NAKIVO Backup & Replication pour les MSP </a> qui prend en charge le mode multitenant.
