Arquitectura de lomo y hoja Cisco
Course Contents
1. Introducción
En la actualidad, la arquitectura Spine y Leaf desarrollada por Cisco es la base de la mayoría de los diseños de centros de datos modernos.
Pero, ¿cómo se hizo tan popular?
Para entenderlo realmente, demos un paso atrás y revisemos juntos la arquitectura tradicional de tres niveles, el diseño que dio forma a las infraestructuras de red durante años, cuando los patrones de tráfico eran muy diferentes a los actuales.
2. Arquitectura tradicional de tres niveles
A principios de la década de 2000, las redes se construían para un mundo diferente.
En ese momento:
- Los centros de datos tenían menos servidores.
- Las aplicaciones eran sencillas, en su mayoría basadas en cliente-servidor.
- La latencia no era un problema crítico.
- Los requisitos de ancho de banda eran modestos.
La arquitectura tradicional de tres niveles era perfecta para estas necesidades.
En este diseño:
- Acceso a distribución = Conmutación de nivel 2
- Distribución al núcleo = Enrutamiento de nivel 3
Para evitar bucles en la Capa 2, la red depende del Protocolo Spanning Tree (STP).
Tráfico Norte-Sur
Originalmente, las redes estaban optimizadas para el tráfico Norte-Sur, es decir, el tráfico que fluye entre clientes y servidores, normalmente entrando y saliendo del centro de datos.
En ese escenario:
- La latencia no era crítica.
- Algunos enlaces bloqueados por STP eran aceptables.
- La demanda de ancho de banda era baja.
Tráfico Este-Oeste
Sin embargo, a medida que evolucionaron los patrones de tráfico de los centros de datos, surgió un nuevo tipo de tráfico:
- El tráfico Este-Oeste, la comunicación de servidor a servidor dentro del centro de datos se convirtió en dominante.
En este nuevo entorno:
- STP bloquea los enlaces redundantes, impidiendo el uso de todo el ancho de banda.
- Se desperdicia ancho de banda y los servidores no pueden aprovechar todas las rutas disponibles.
- Los múltiples saltos entre las capas de acceso, distribución y núcleo aumentan la latencia.
Al principio, el diseño de tres niveles funcionaba bien, pero se produjo un importante cuello de botella al dispararse el tráfico Este-Oeste.
3. Mejoras con vPC
Para solucionarlo, Cisco introdujo vPC (Virtual Port-Channel) y supuso un verdadero paso adelante.
Con vPC:
- Dos enlaces ascendentes activos desde cada conmutador de acceso a la capa de distribución.
- Mejor utilización del ancho de banda.
Pero vPC también tiene una limitación:
👉 vPC se limita a dos enlaces ascendentes activos entre los conmutadores de acceso y distribución.
Si intenta conectarse a más de dos conmutadores de distribución,
STP bloquea los enlaces adicionales y quedan sin utilizar.
Esto se convierte rápidamente en un cuello de botella a medida que crece el tráfico del centro de datos.
4. Transición a la arquitectura de columna y hoja
En este punto, los ingenieros de redes preguntaron:
“¿Y si pasamos a capa 3 completa entre acceso y núcleo?”.
No más Spanning Tree, no más enlaces bloqueados, cada ruta podría estar activa.
Esta idea dio lugar a la arquitectura Spine y Leaf que Cisco promociona como la solución ideal para los centros de datos de alto rendimiento.
En este diseño:
- Todos los enlaces están activos
- Todas las conexiones son de Capa 3.
- No se necesita Spanning Tree.
5. Evolución de los centros de datos
Al mismo tiempo, la virtualización estaba en auge (como sabes, VMware).
Con la virtualización surgió la necesidad de:
Los diseños tradicionales no podían gestionar este aumento de forma eficaz, pero la arquitectura de columna y hojas de Cisco se diseñó específicamente para satisfacer las demandas del nuevo centro de datos.
Analicemos juntos las dos capas de esta arquitectura.
6. Capa vertebral
Empecemos por la capa de la columna vertebral, el verdadero núcleo de la arquitectura de la columna y las hojas.
🟢 Puntos clave que debes recordar:
- Cada conmutador spine se conecta a todos los conmutadores leaf de la red.
- Las espinas dorsales nunca están conectadas entre sí, no hay vínculos directos de espina dorsal a espina dorsal.
- Todas las rutas entre hojas y espinas están activas simultáneamente, lo que garantiza el máximo ancho de banda y redundancia.
Cuantos más conmutadores spine añada, más aumentará la capacidad y el rendimiento globales de su red.
7. Capa foliar
Pasemos ahora a la capa de la hoja, donde se conectan todos los dispositivos finales, normalmente servidores o sistemas de almacenamiento.
🟢 Puntos clave en los que centrarse:
- Cada conmutador de hoja está conectado a cada conmutador de espina, es una malla completa entre hoja y espinas.
- Los switches Leaf nunca están conectados directamente entre sí, la comunicación siempre pasa por un spine.
Cuando dos dispositivos se comunican, el flujo de tráfico siempre recorre exactamente dos saltos:
Dispositivo → Hoja → Lomo → Hoja → Dispositivo.
8. Conclusión
Enhorabuena. 🎉 Ya dominas los principios clave de la arquitectura de columna y hoja diseñada por Cisco, la base de los centros de datos modernos.
Repasemos rápidamente lo que has aprendido:
🟢 Limitaciones tradicionales de tres niveles:
- Diseñado para patrones de tráfico más antiguos (Norte-Sur).
- El Protocolo del Árbol de expansión (STP) bloquea los enlaces redundantes.
- Alta latencia y escasa utilización del ancho de banda para el tráfico Este-Oeste.
🟢 El auge de Spine and Leaf:
- Resueltos los cuellos de botella del modelo de tres niveles.
- Conectividad completa de Capa 3, no más STP.
- Todas las rutas están activas, lo que maximiza el ancho de banda y reduce la latencia.
🟢 Capa del lomo:
- Actúa como núcleo de la red.
- Cada columna se conecta a cada hoja, no hay conexiones de columna a columna.
- El escalado es sencillo: añada más conmutadores spine y su capacidad de red crecerá.
🟢 Capa de la hoja:
- Conecta tus servidores y dispositivos finales.
- Cada hoja conecta