数据中心结构管理和自动化

建立数据中心没有单一的方法。同样，没有单一的方法来管理数据中心结构。Cisco、第三方和开源社区提供了许多不同的工具，可用于监视、管理、自动化和排除数据中心结构的故障。

思科数据中心网络管理器

Cisco Data Center Network Manager（DCNM）是Cisco®统一结构的管理系统。它使您能够配置、监视和排除数据中心网络基础架构的故障。Cisco DCNM可以以四种模式安装：

经典LAN模式：管理部署在传统设计中的Cisco Nexus数据中心基础设施，如vPC设计、FabricPath设计等。它提供实时运行状况摘要、警报、可见性信息等。
媒体控制器模式：为媒体解决方案管理Cisco IP结构网络，并帮助从SDI路由器过渡到基于IP的基础设施。它提供工作流自动化、流策略管理和第三方工作室设备集成等（此模式与本白皮书无关）
存储区域网络（SAN）控制器模式：管理Cisco MDS系列交换机以进行存储网络部署，并对所有SAN管理功能进行图形控制。它提供丰富的洞察遥测信息和其他高级分析信息等（此模式与本白皮书无关）
LAN结构模式：提供结构生成器，用于自动VXLAN EVPN结构底层部署、覆盖部署、端到端流跟踪、报警和故障排除、配置符合性和设备生命周期管理等。

Cisco DCNM 11.2版支持Cisco Network Insights应用程序；这些应用程序由可添加到数据中心网络管理器（DCNM）的监视实用程序组成。支持两个Cisco Network Insights应用程序：

Cisco网络洞察-顾问（NIA）：监控数据中心网络并确定可以解决的问题，以保持可用性并减少意外停机。NIA不断扫描客户的网络，并提供前瞻性建议，重点是维护可用性，并提醒客户可能影响正常运行时间的潜在问题。
Cisco Network Insights–Resources（NIR）：提供一种通过数据收集收集信息的方法，以获得整个数据中心网络管理器（DCNM）中可用资源及其活动流程和配置的概述。

有关Cisco DCNM的更多信息，请参阅https://www.cisco.com/c/en/us/products/cloud-systems-management/prime-d…。

有关Cisco Network Insights的更多信息，请参阅https://www.cisco.com/c/en/us/support/data-center-analytics/network-ins…。

结论

本文档介绍了Cisco的几种spine和leaf架构设计，包括编写本文档时每个架构最重要的技术组件和设计考虑事项。

Cisco FabricPath spine and leaf网络是Cisco的专有网络。它简单、灵活、稳定，具有良好的可扩展性和快速收敛性，支持第二层多条并行路径。但是FabricPath网络是一种基于洪水和学习的第二层技术。其控制平面协议为FabricPath is-is，用于确定FabricPath交换机ID可达性信息。FabricPath交换机依靠初始数据平面流量洪泛来学习终端主机可达性信息。随着广播域中主机数量的增加，泛洪数据包的负面影响变得更加明显。第三层路由功能位于第二层网络之上。常见的第3层设计使用集中路由：即第3层路由功能集中在特定交换机（脊椎交换机或边界叶交换机）上。FabricPath网络支持多达四个用于内部VLAN路由的选播网关。

Cisco VXLAN flood and learn spine and leaf网络符合IETF VXLAN标准（RFC 7348）。它通过第3层IP底层网络传输第2层帧。但它仍然是一种基于洪水和学习的第二层技术。随着广播域中主机数量的增加，它将面临与FabricPath spine和leaf网络相同的泛洪挑战。第三层路由功能位于第二层网络之上。常见的第3层设计使用集中路由：即第3层路由功能集中在特定交换机（脊椎交换机或边界叶交换机）上。VXLAN flood and learn spine和leaf网络最多支持两个活动网关和vPC，用于内部VXLAN路由。

Cisco VXLAN MP-BGP EVPN spine and leaf架构使用MP-BGP EVPN作为VXLAN的控制平面。它符合IETF VXLAN标准RFC 7348和RFC8365（先前起草的IETF-bess-evpn覆盖）。它为VXLAN覆盖网络中的第2层和第3层转发提供控制平面和数据平面分离以及统一的控制平面。第3层内部路由通信量通过每个ToR交换机上的分布式选播网关以横向扩展的方式直接路由。VXLAN MP-BGP EVPN spine and leaf架构具有以下主要优点：

MP-BGP EVPN协议基于行业标准，允许多供应商互操作。
它使终端主机第2层和第3层可达性信息的控制平面学习成为可能，使组织能够建立更健壮和可扩展的VXLAN覆盖网络。
它使用已有十年历史的MP-BGP VPN技术来支持可扩展的多租户VXLAN覆盖网络。
EVPN地址族携带第2层和第3层可达性信息，从而在VXLAN覆盖网络中提供集成桥接和路由。
通过基于协议的主机MAC地址IP地址路由分配和本地VTEP上的ARP抑制，减少网络洪泛。
●通过每个ToR交换机上的分布式选播功能，为东西和南北交通提供最佳转发，并支持工作负载移动性。
它提供VTEP对等发现和认证，降低VXLAN覆盖网络中恶意VTEP的风险。
它提供了在第2层建立主动-主动多址的机制。
其底层和覆盖管理工具提供许多网络管理功能，简化工作负载可见性，优化故障排除，自动化结构组件供应，自动化覆盖租户网络供应等。

Cisco VXLAN MP-BGP EVPN spine and leaf架构是Cisco的最新创新之一。它旨在简化、优化和自动化现代多租户数据中心结构环境。

Cisco脊椎和叶子第2层和第3层结构的比较

表5比较了本文中讨论的四种Cisco spine和leaf架构：FabricPath、VXLAN flood和learn、VXLAN MP-BGP EVPN和MSDC Layer 3网络。请仔细阅读此表和本文档的每个部分，并阅读参考文档以获取更多信息，帮助您选择最适合您的数据中心环境的技术。

表5. Cisco脊椎和叶子第2层和第3层结构的比较

注：自2019年7月起更新

Cisco Spine-and-Leaf Layer 2 and Layer 3 Fabric	Cisco FabricPath	Cisco VXLAN Flood and Learn	Cisco VXLAN MP-BGP EVPN	Cisco MSDC Layer 3
Transport medium requirement	Layer 1	Layer 3	Layer 3	Layer 3
Encapsulation	FabricPath (MAC-in-MAC frame encapsulation)	VXLAN (MAC-in-IP packet encapsulation)	VXLAN (MAC-in-IP packet encapsulation)	–
Unique node identifier	FabricPath switch ID	VTEP	VTEP	Layer 3 IP address or loopback address
End-host detection	Flood and learn	Flood and learn	Localized flood and learn with ARP suppression	None (localized IP subnet)
Silent host discovery	Yes	Yes	Yes	No
End-host reachability and distribution	Flood and learn plus conversational learning	Flood and learn	MP-BGP EVPN	Unicast routing protocol (eBGP)
Broadcast and unknown unicast traffic	Flood by FabricPath IS-IS multidestination tree	Forwarded by underlay PIM or ingress replication (Note: Ingress-replication is supported only on Cisco Nexus 9000 Series Switches.)	Forwarded by underlay PIM or ingress replication (Note: Ingress replication is supported only on Cisco Nexus 9000 Series Switches.)	Stops at leaf ToR switch
Underlay control plane	FabricPath IS-IS	Any unicast routing protocol (static, OSPF, IS-IS, eBGP, etc.)	Any unicast routing protocol (static, OSPF, IS-IS, eBGP, etc.)	Unicast routing protocol (eBGP)
Overlay control plane	–	–	MP-BGP EVPN	–
Layer 3 gateway	● Internal and external routing at border spine ● Internal and external routing at border leaf ● Up to 4 FabricPath anycast gateways supported	● Internal and external routing at spine VTEP ● Internal and external routing at border leaf VTEP ● Up to 2 active-active gateways with vPC supported	● Distributed anycast gateway on leaf ToR switch for inter-VXLAN routing ● Border leaf switch for external routing (Note: The spine switch only needs to run BGP-EVPN control plane and IP routing.) ● Border spine switch for external routing (Note: The spine switch needs to support VXLAN routing on hardware.)	● Leaf ToR switch for internal routing ● Border leaf switch for external routing
Layer 2 VXLAN gateway	–	Leaf ToR switch	Leaf ToR switch	–
Multicast traffic	Supports: ● Layer 2 multicast traffic (forwarded by multidestination tree) ● Layer 3 IP multicast traffic (forwarded by Layer 3 PIM)	Supports: ● Layer 2 multicast traffic (forwarded by underlay PIM) ● Layer 3 IP multicast traffic (forwarded by Layer 3 PIM)	Supports: ● Layer 2 multicast traffic (forwarded by underlay PIM or ingress replication (Note: Ingress-replication is supported only on Cisco Nexus 9000 Series Switches.) ● Layer 3 IP multicast traffic (forwarded by Layer 3 PIM-based multicast routing on external router or Tenant Routed Multicast (TRM)). (Note: TRM is supported on Cisco Nexus 9000 Cloud Scale Series Switches)	Supports: ● Layer 3 IP multicast traffic
Multi-tenancy	● Layer 2 multitenancy with VN-segment ● Layer 3 multitenancy with VRF-lite	● Layer 2 multitenancy with VNI ● Layer 3 multitenancy with VRF-lite	● Support for both Layer 2 multitenancy and Layer 3 multitenancy	No
Standard reference	TRILL-based (Cisco proprietary)	RFC 7348	RFC 7348 and RFC8365 (previously draft-ietf-bess-evpn-overlay)	Routing protocol
Supported hardware	● Cisco Nexus 7000 Series Switches including the Cisco Nexus 7700 platform switches ● Cisco Nexus 5500 and 5600 platform switches ● Cisco Nexus 6000 Series Switches	● Cisco Nexus 7000 Series Switches including the Cisco Nexus 7700 platform switches ● Cisco Nexus 9000 Series Switches	● Cisco Nexus 7000 Series Switches including the Cisco Nexus 7700 platform switches ● Cisco Nexus 9000 Series Switches	● Cisco Nexus 7000 Series Switches including the Cisco Nexus 7700 platform switches ● Cisco Nexus 3000 Series Switches ● Cisco Nexus 9000 Series Switches