네트워크 구조 설계 13강

지금까지는 사람이 쓰는 사무·현장 네트워크였다. 이번엔 서버가 주인공인 데이터센터다. 여기서는 전통적인 3계층 대신 스파인-리프가 표준이 된 이유를 본다.

이 강의 목표는 다음과 같다.

• 3계층(코어-분배-액세스)의 한계를 안다.
• 스파인-리프 구조와 "항상 2홉"의 의미를 이해한다.
• 동서(east-west) 트래픽과 수평 확장을 설명한다.

1. 왜 3계층으로는 부족한가

전통적 3계층은 남북(north-south, 사용자↔서버) 트래픽에 맞춰졌다. 그런데 가상화·클라우드 시대의 트래픽은 대부분 서버↔서버(동서)다. 3계층에서는 서버 간 경로가 코어까지 올라갔다 내려와 홉 수가 들쭉날쭉하고 병목이 생긴다.

2. 스파인-리프 구조

• Leaf(ToR) 스위치: 랙마다 한 대, 서버가 꽂히는 스위치.
• Spine 스위치: 백본. 모든 Leaf는 모든 Spine에 연결된다(풀메시).
• 어떤 서버에서 어떤 서버로 가든 Leaf→Spine→Leaf, 항상 2홉이다. 지연이 균일하다.

3. 수평 확장과 부하분산

• 대역이 부족하면 Spine을 추가한다. 모든 Leaf가 새 Spine에도 연결되어 대역이 는다.
• 서버가 늘면 Leaf를 추가한다. 코어 교체 없이 옆으로 확장.
• Leaf-Spine 간 여러 경로를 ECMP로 동시에 써서 부하를 고르게 나눈다.

예제 1) 랙 A의 서버와 랙 D의 서버가 통신한다. 홉 수는? 랙 A 내부 서버끼리는?

해설) 랙 A ↔ 랙 D는 Leaf A → Spine → Leaf D로 2홉. 같은 랙 내부는 같은 Leaf만 거치므로 1홉. 어느 랙 조합이든 최대 2홉이라 지연이 예측 가능하다.

예제 2) 서버 간 트래픽이 늘어 대역이 부족하다. 무엇을 추가하나?

해설) Spine을 추가한다. 모든 Leaf가 새 Spine과도 연결되어 Leaf-Spine 총 대역이 증가하고, ECMP가 자동으로 분산한다. 코어를 더 큰 장비로 교체하는 3계층식 스케일업과 달리 스케일아웃이다.

예제 3) Leaf 한 대에 서버를 몇 대까지? Spine이 4대면 무엇이 좋아지나?

해설) Leaf의 서버 포트 수가 랙 수용량을 정한다. Spine이 많을수록 Leaf-Spine 경로(=대역·이중화)가 늘어, 한 Spine이 죽어도 나머지로 트래픽이 흐른다.

정리

• 동서 트래픽 시대엔 3계층보다 스파인-리프.
• 모든 Leaf↔모든 Spine 풀메시 → 항상 2홉, 균일 지연.
• Spine/Leaf 추가로 수평 확장, ECMP로 부하분산.

다음 강에서는 건물을 넘어 여러 건물을 묶는 캠퍼스 네트워크를 설계한다.