ลองนึกภาพว่า Server สองเครื่องอยู่ห่างกันแค่ไม่กี่เมตร แต่ Packet ที่วิ่งหากันกลับต้องผ่าน Switch หลายชั้น อ้อมไปอ้อมมาเหมือน “บ้านอยู่ซอยเดียวกัน แต่ GPS พาขึ้นทางด่วนก่อน” 😅

ใน Data Center แบบดั้งเดิม เรื่องนี้อาจไม่ใช่ปัญหาใหญ่มาก เพราะ Traffic ส่วนใหญ่ถูกออกแบบมาในลักษณะ User → Server หรือที่เรียกว่า North-South Traffic แต่ Data Center ยุค Cloud, Virtualization และ AI เปลี่ยนไปแล้ว

วันนี้ Server คุยกับ Server, VM คุยกับ VM, Storage คุยกับ Compute และ Application หนึ่งตัวอาจต้องสื่อสารกับอีกหลายระบบพร้อมกัน ทำให้ East-West Traffic เพิ่มขึ้นอย่างมาก นี่คือหนึ่งในเหตุผลที่สถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบ Spine-Leaf กลายเป็นพื้นฐานสำคัญของ Modern Data Center

Spine-Leaf คืออะไร?

Spine-Leaf Architecture คือรูปแบบการออกแบบ Network ภายใน Data Center ที่แบ่ง Switch ออกเป็น 2 ชั้นหลัก ได้แก่

🍃 Leaf Switch

Leaf Switch คือ Switch ที่อยู่ใกล้กับอุปกรณ์ปลายทาง เช่น

• Physical Server
• Virtualization Host
• Storage
• Firewall
• Load Balancer
• Appliance ต่าง ๆ

พูดง่าย ๆ คือ Leaf เป็นประตูที่ Server ใช้เข้าสู่ Network

🦴 Spine Switch

Spine Switch คือ Switch Backbone ที่ทำหน้าที่เชื่อม Leaf Switch ทั้งหมดเข้าด้วยกัน หลักสำคัญคือ Leaf ทุกตัวจะเชื่อมต่อกับ Spine ทุกตัว  ดังนั้นเมื่อ Server ที่อยู่บน Leaf A ต้องการคุยกับ Server ที่อยู่บน Leaf B เส้นทางโดยทั่วไปจะเป็น Server → Leaf → Spine → Leaf → Server

สั้น ตรง และคาดเดาเส้นทางได้ง่าย

แล้ว Network แบบเดิมต่างอย่างไร?

Traditional Data Center Network มักออกแบบเป็นลำดับชั้น เช่น Core → Distribution → Access Architecture แบบนี้ทำงานได้ดีมากในยุคที่ Traffic ส่วนใหญ่เดินทางจาก User ภายนอกเข้ามาหา Server ภายใน Data Center แต่ปัญหาเริ่มเกิดขึ้นเมื่อ Server ภายใน Data Center ต้องคุยกันเองมากขึ้น

ตัวอย่างเช่น Application สมัยใหม่หนึ่งระบบอาจประกอบด้วย

Web Server → Application Server → Database → Storage → Backup

Request จาก User เพียงครั้งเดียว อาจทำให้เกิด Traffic ภายใน Data Center อีกหลายครั้ง นี่คือสิ่งที่เรียกว่า East-West Traffic 

ถ้า Network ถูกออกแบบมาเพื่อ North-South Traffic เป็นหลัก การรับมือกับ East-West Traffic จำนวนมากก็อาจเริ่มมีข้อจำกัด ทั้งเรื่องเส้นทาง ความซับซ้อน และการขยายระบบ

ทำไม Data Center รุ่นใหม่ถึงนิยม Spine-Leaf?

1. เส้นทางสั้น และคาดเดาได้

หนึ่งในจุดเด่นที่สุดของ Spine-Leaf คือ จำนวน Hop ระหว่าง Leaf ต่างๆ มีรูปแบบที่สม่ำเสมอ  โดยทั่วไปคือ  Leaf → Spine → Leaf  ไม่ว่า Server จะอยู่ Rack ไหน Network ก็ไม่ต้องลุ้นว่า Packet วันนี้จะพาไป “ทัวร์ Data Center” กี่รอบ 😄  

ผลที่ได้คือ Network มีพฤติกรรมที่คาดเดาได้ง่ายขึ้น และเหมาะกับ Application ที่ต้องการ Latency ต่ำ และสม่ำเสมอ

2. รองรับ East-West Traffic ได้ดี

Cloud และ Data Center สมัยใหม่มี Traffic ระหว่าง Server จำนวนมาก ตัวอย่างเช่น

• VM ↔ VM
• Container ↔ Container
• Compute ↔ Storage
• Application ↔ Database
• Cluster Node ↔ Cluster Node
• Backup Server ↔ Storage
• AI/GPU Server ↔ Distributed Storage

Spine-Leaf ถูกออกแบบมาให้รองรับ Traffic ลักษณะนี้โดยตรง จึงเหมาะกับ Private Cloud, Virtualization, Kubernetes, Distributed Applications และ Data Center ที่มี Workload จำนวนมาก

3. มีหลายเส้นทางให้เลือก

เพราะ Leaf แต่ละตัวเชื่อมต่อกับ Spine หลายตัว Network จึงไม่ได้มีเส้นทางเดียว ตัวอย่างเช่น หากมี 4 Spine Switches Leaf หนึ่งตัวก็สามารถมีหลายเส้นทางไปยัง Leaf อีกตัวได้ เทคนิคที่นิยมใช้ร่วมกันคือ ECMP — Equal-Cost Multi-Path

ECMP ช่วยให้ Network สามารถกระจาย Traffic ไปบนหลายเส้นทางที่มี Cost เท่ากัน แทนที่จะมี Highway เส้นเดียวแล้วรถติดกันหมด เราก็สร้าง Highway หลายเส้นแล้วกระจายรถออกไป นอกจากเพิ่ม Bandwidth แล้ว ยังช่วยเพิ่ม Resiliency ให้ Network อีกด้วย

4. Switch เสียหนึ่งตัว Network ไม่จำเป็นต้องหยุด

ลองสมมติว่า Data Center มี Spine 4 ตัว 

Spine 1 | Spine 2 | Spine 3 | Spine 4

Leaf ทุกตัวเชื่อมต่อกับ Spine ทั้ง 4 ถ้า Spine ตัวหนึ่งมีปัญหา Traffic ยังสามารถใช้ Spine ตัวอื่นได้ นี่คือหัวใจสำคัญของการออกแบบ Data Center Network สมัยใหม่ อย่าออกแบบให้ความอยู่รอดของระบบขึ้นอยู่กับอุปกรณ์เพียงตัวเดียว เพราะใน Data Center คำถามไม่ใช่ “อุปกรณ์จะเสียไหม?” แต่คือ “ถ้ามันเสียแล้ว ระบบของเรายังทำงานต่อได้หรือไม่?”

5. ขยายระบบได้ง่ายกว่า

สมมติ Data Center เริ่มต้นด้วย Server 100 เครื่อง อีกหนึ่งปีเพิ่มเป็น 500 เครื่อง ต่อไปอาจเพิ่มเป็น 2,000 เครื่อง Spine-Leaf สามารถ Scale แบบค่อนข้างเป็นระบบ ต้องการเพิ่ม Server Port?,  เพิ่ม Leaf Switch, ต้องการเพิ่ม Backbone Capacity? เพิ่มหรือ Upgrade Spine แนวคิดนี้เรียกว่า Scale-Out แทนที่จะเปลี่ยนอุปกรณ์ทั้งระบบทุกครั้งที่ Network โต เราสามารถเพิ่ม Capacity เป็นส่วน ๆ ตามความต้องการได้

Spine-Leaf เกี่ยวอะไรกับ VXLAN และ EVPN?

นี่คือจุดที่เรื่องทั้งหมดในซีรีส์ของเราเริ่มมาต่อกัน ในบทก่อน ๆ เราพูดถึง VLAN → VXLAN → EVPN

Spine-Leaf คือ Physical/Underlay Architecture ที่มักถูกนำมาใช้เป็นพื้นฐานให้เทคโนโลยีเหล่านี้ ลองมองเป็น Layer แบบง่าย ๆ

Physical Network

↓

Spine-Leaf Fabric

↓

IP Underlay

↓

VXLAN Overlay

↓

EVPN Control Plane

↓

VM / Container / Application

Spine-Leaf จึงไม่ใช่สิ่งที่มาแทน VXLAN หรือ EVPN แต่เทคโนโลยีเหล่านี้ ทำงานร่วมกัน

แล้ว Spine กับ Leaf รู้เส้นทางกันได้อย่างไร?

ตรงนี้เริ่มสนุกขึ้นครับ

ใน Data Center Fabric สมัยใหม่ เรามักใช้ Routing Protocol บน Underlay Network เช่น

• BGP
• OSPF
• IS-IS

เพื่อให้ Spine และ Leaf เรียนรู้เส้นทางระหว่างกัน และเมื่อมีหลายเส้นทางที่มี Cost เท่ากัน ก็สามารถใช้ ECMP เพื่อกระจาย Traffic

ดังนั้น Spine-Leaf ไม่ได้หมายถึงแค่การเอา Switch มาต่อสายไขว้กันเยอะ ๆ เพราะถ้าต่อสายครบแต่ Routing Design ไม่ดี… เราก็แค่สร้าง “สาย LAN งานศิลปะราคาแพง” 😅

Spine-Leaf + EVPN-VXLAN = Modern Data Center Fabric

Architecture ที่พบได้บ่อยใน Data Center รุ่นใหม่คือ Spine-Leaf + IP Underlay + ECMP + EVPN-VXLAN แต่ละส่วนมีหน้าที่ต่างกัน

Spine-Leaf : กำหนดโครงสร้าง Physical Network

IP Underlay: สร้าง IP Connectivity ระหว่างอุปกรณ์ใน Fabric

ECMP: ใช้หลายเส้นทางพร้อมกันเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและ Resiliency

VXLAN: สร้าง Overlay Network และขยาย Network Segmentation ได้มากกว่า VLAN แบบดั้งเดิม

EVPN: เป็น Control Plane ช่วยให้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนข้อมูลเกี่ยวกับ Endpoint และ Network Reachability ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อรวมกันจึงกลายเป็น Data Center Fabric ที่สามารถรองรับ Cloud และ Application สมัยใหม่ได้อย่างยืดหยุ่น

​ตัวอย่างให้เห็นภาพง่าย ๆ

ลองคิดว่า Data Center คือกรุงเทพฯ

Server = บ้านและอาคาร

Leaf Switch = ถนนซอย

Spine Switch = ทางด่วน

บ้านไม่จำเป็นต้องมีทางด่วนของตัวเอง แต่ทุกซอยสามารถขึ้นทางด่วนหลายเส้นได้ ถ้าทางด่วนเส้นหนึ่งมีปัญหา ก็ยังมีเส้นอื่นให้เลือก และเมื่อเมืองขยาย ก็สามารถสร้างซอยหรือเพิ่ม Capacity ของทางด่วนได้ นี่คือแนวคิดของ Spine-Leaf แบบง่ายที่สุด

Spine-Leaf เหมาะกับใคร?

Spine-Leaf ไม่ได้หมายความว่า Network ทุกแห่งต้องเปลี่ยนมาใช้ทันที  Traditional Architecture ยังเหมาะกับหลาย Use Case แต่ Spine-Leaf จะน่าสนใจมากเมื่อระบบมีลักษณะ เช่น

• Data Center ขนาดกลางถึงใหญ่
• Private Cloud
• Virtualization Cluster
• Kubernetes / Container Platform
• Multi-Tenant Cloud
• EVPN-VXLAN Fabric
• ระบบที่มี East-West Traffic สูง
• Infrastructure ที่ต้อง Scale เพิ่มในอนาคต
• Environment ที่ต้องการ High Availability และหลายเส้นทาง

สิ่งสำคัญจึงไม่ใช่คำถามว่า “Spine-Leaf ใหม่กว่าไหม?” แต่ควรถามว่า “Traffic และ Workload ของเราต้องการ Architecture แบบไหน?”

เพราะ Network Architecture ที่ดีที่สุด ไม่ใช่ Architecture ที่ใช้ศัพท์เยอะที่สุด แต่คือ Architecture ที่เหมาะกับ Business และ Application ของเราที่สุด

สรุป Spine-Leaf ใน 30 วินาที

จำง่าย ๆ เพียง 4 ข้อ

🍃 Leaf — เชื่อม Server และอุปกรณ์ปลายทาง

🦴 Spine — Backbone เชื่อม Leaf ทุกตัว

⚡ Leaf → Spine → Leaf — เส้นทางสั้นและคาดเดาได้

🔀 Multiple Paths — รองรับ ECMP, Redundancy และ Scale-Out

นี่จึงเป็นเหตุผลที่ Spine-Leaf กลายเป็นหนึ่งใน Architecture สำคัญของ Modern Data Center, Private Cloud และ EVPN-VXLAN Fabric

แล้วมีหลายเส้นทางพร้อมกัน Network เลือกทางไหน?

ตอนนี้เรารู้แล้วว่า Leaf สามารถเชื่อมต่อ Spine ได้หลายตัว คำถามต่อไปคือ…

ถ้าจาก Leaf A ไป Leaf B มี 4 เส้นทางที่ดีพอ ๆ กัน Packet จะเลือก Spine ตัวไหน? หรือจะส่งทุก Packet ไปทุกทางจน Network กลายเป็นวงเวียนอนุสาวรีย์ชัยฯ ตอนห้าโมงเย็น? 😅

คำตอบอยู่ที่เทคโนโลยีที่เรียกว่า ECMP — Equal-Cost Multi-Path

ติดตามตอนต่อไปใน KIRZ Tech Blog: EP.4 — ECMP คืออะไร? ทำไม Data Center ถึงใช้หลายเส้นทางพร้อมกันได้

KIRZ — Fiber & Cloud for Enterprise

เรียนรู้เรื่อง Fiber, Network, Cloud และ Data Center แบบเข้าใจง่าย พร้อมแนวทางที่นำไปใช้งานจริงกับ Enterprise Infrastructure

KIRZ Co., Ltd.

Tel: 02 770 9770

Email: info@kirz.com