네트워크관리사 기출 핵심 [47] 데이터센터 네트워킹과 Spine-Leaf 완전 정복

데이터센터 네트워크 아키텍처 진화

전통적인 3-Tier(Core-Distribution-Access) 구조는 현대 클라우드 데이터센터의 동서 트래픽(East-West Traffic)에 적합하지 않습니다. 네트워크관리사 시험에서는 Spine-Leaf 아키텍처, VXLAN EVPN, Equal-Cost Multi-Path(ECMP)가 핵심 출제 범위입니다.

Spine-Leaf 아키텍처

• Leaf 스위치: 서버, 스토리지, 방화벽에 직접 연결. 모든 Spine에 업링크
• Spine 스위치: Leaf 간 연결 허브. Leaf에만 연결. 서버 직접 연결 없음
• 특성: 모든 서버 간 경로가 정확히 2홉. 예측 가능한 레이턴시. ECMP로 수평 확장
• 무다운 확장: Spine 또는 Leaf 스위치 추가로 용량 증설

ECMP(Equal-Cost Multi-Path)

동일한 비용의 여러 경로를 동시에 사용해 부하를 분산합니다.

• 해시 기반: 5-tuple(출발지/목적지 IP·포트·프로토콜) 해시로 경로 선택. 플로우 일관성 보장
• ECMP와 BGP: eBGP ECMP로 Spine-Leaf 간 다중 경로 활용
• 제한: TCP 세션은 하나의 경로에 고정됨

VXLAN(Virtual Extensible LAN)과 EVPN

• VXLAN: L2 이더넷 프레임을 UDP(4789)로 캡슐화. 24비트 VNI(약 1600만 세그먼트). 기존 VLAN의 4096 제한 극복
• VTEP(VXLAN Tunnel Endpoint): VXLAN 캡슐화/역캡슐화. Leaf 스위치 또는 하이퍼바이저에 위치
• EVPN(Ethernet VPN): MP-BGP를 사용해 MAC/IP 주소 테이블을 제어 플레인으로 배포. Flood-and-Learn 없이 MAC 학습
• BGP EVPN: VXLAN의 컨트롤 플레인. ARP 최소화, 다중 경로 활용

전통 3-Tier vs Spine-Leaf 비교

• 3-Tier(Core-Distribution-Access): 북남(North-South) 트래픽 최적화. 레이어별 STP 필요. 확장 시 복잡성 증가
• Spine-Leaf: 동서(East-West) 트래픽 최적화. STP 불필요(IP Fabric). 수평 확장 용이

네트워크관리사 기출 핵심 정리

• Spine-Leaf = 2홉 고정, ECMP 부하 분산, 동서 트래픽 최적화
• VXLAN = L2 over UDP/4789, VNI = 24비트(1600만 세그먼트)
• VTEP = VXLAN 터널 엔드포인트(캡슐화/역캡슐화)
• EVPN = BGP 기반 MAC/IP 분산, Flood-and-Learn 제거
• 3-Tier = 북남 최적화, Spine-Leaf = 동서 최적화

Spine-Leaf 구조를 설계할 때의 계산

전통적인 3계층(코어-집합-접속) 구조는 서버 간 동서(East-West) 트래픽이 많아진 데이터센터에서 병목과 지연 편차가 생깁니다. Spine-Leaf는 모든 Leaf 스위치가 모든 Spine 스위치에 연결되어, 서버 간 경로가 항상 Leaf-Spine-Leaf의 2홉으로 일정합니다.

경로가 여러 개이므로 ECMP로 부하를 분산하고, L2 확장은 스패닝 트리 대신 L3 라우팅(BGP 등) 기반으로 구성하며 VXLAN으로 L2 세그먼트를 오버레이합니다.

• 오버서브스크립션 비율: Leaf의 서버 포트 총대역을 업링크 총대역으로 나눈 값. 예를 들어 48×25G 서버 포트와 6×100G 업링크면 1200G:600G로 2:1입니다.
• 확장: 대역이 부족하면 Spine을 추가하고, 서버가 늘면 Leaf를 추가합니다. 수평 확장이 쉽습니다.
• EVPN-VXLAN: BGP로 MAC·IP 정보를 배포하는 표준 컨트롤 플레인입니다.
• 장애 영향: Spine 하나가 빠져도 전체 대역이 1/N만 줄어 영향이 작습니다.
• 비용: 케이블과 포트 수가 늘어나므로 규모와 비용을 함께 설계합니다.

※ 이 글은 학습·참고용 정리입니다. 제품 사양과 표준 개정 사항은 공식 문서에서 최신 내용을 확인하세요.