資料中心與雲端網路

三層式資料中心拓樸(three-tier datacenter topology)

把一家公司的郵件系統想成金字塔。每間辦公室有一位收發員(存取層,access layer);好幾位收發員向一位樓層主管報告(匯聚層,aggregation layer);所有樓層最後都匯到頂端一間中央郵務室(核心層,core layer)。一封從某辦公室寄到另一樓層辦公室的信,得往上送到主管、也許再上到中央郵務室,然後再往下送。這座金字塔就是經典的三層式資料中心設計,數十年來的標準佈局。

具體來說,最底下的存取層是伺服器直接插上的機架頂端(top-of-rack)交換器。它們往上連到匯聚交換器,把許多機架歸成一群(也常擺放防火牆與負載平衡器)。匯聚交換器再連到頂端少數幾台高容量的核心交換器,由它們把整座資料中心綁在一起、並連向外界。每一層用的交換器都更大、更貴。要讓不同機架的兩台伺服器交談,封包得沿著樹往上爬到一個共同祖先,再往下回來。

為什麼重要:這種設計符合一個舊世界——當時大部分流量是南北向(進出),東西向流量很輕。它的致命弱點是超額認購(oversubscription)——往金字塔上爬的連結所承載的總頻寬,遠少於底下伺服器所能產生的量,因為設計者假設不會所有人同時說話。當雲端運算與巨量資料工作讓東西向流量爆增時,狹窄的核心就成了瓶頸,而不斷購買更大的核心交換器既昂貴又會撞上物理極限。正是這份痛苦,讓營運者轉向用許多小而相同的交換器、提供大量等價路徑的胖樹與葉脊結構,而不是單一條粗漏斗。

在一個超額認購的三層式設計裡,一個機架可能放 40 台伺服器、每台一條 10 Gbps 連結(總共 400 Gbps),但機架頂端交換器往匯聚層的上行只有 80 Gbps——這是 5:1 的超額認購。如果這 40 台伺服器同時都想往其他機架送資料,它們潛在頻寬的五分之四根本無處可去。

逐漸變窄的上行,正是三層金字塔被掐住的地方。

三層式模型並非「錯誤」——在流量主要是南北向的時代它很合理。它只是無法擴展到如今東西向繁重的工作負載,這也是為什麼大型雲端資料中心多半已用 Clos 式結構取代了它。

又称
access-aggregation-corethree-layer hierarchy三層架構存取-匯聚-核心