스파인·리프 아키텍처 : 데이터센터 East-West 트래픽 구조

스파인·리프 아키텍처(Spine and Leaf Architecture)는 데이터센터에서 서버 간 통신(East-West 트래픽)을 효율적으로 처리하기 위해 사용하는 2계층 네트워크 구조입니다. 이 글에서는 기존 3-Tier 구조의 한계부터 스파인·리프의 구조, 주요 기술과 특징, 3-Tier와의 비교까지 정리합니다.

1. 주제

스파인·리프 아키텍처(Spine and Leaf Architecture)

2. 개요

기존 데이터센터는 Core–Aggregation–Access로 이루어진 3-Tier(3계층) 구조를 주로 사용했습니다. 이 구조는 서버와 외부 사이의 North-South(남북) 트래픽에 맞춰 설계되어, 서버끼리 주고받는 East-West(동서) 트래픽이 늘어나면 상위 계층을 거치는 경로가 길어지고 대역폭이 부족해집니다.

또한 루프(순환 경로)를 막는 STP(Spanning Tree Protocol, 스패닝 트리 프로토콜)는 중복 경로 중 하나만 활성화하는 active/standby 방식이어서 수평으로 확장하는 구조에 적용하기 어렵습니다. 이러한 한계를 개선하기 위해 Leaf와 Spine 두 계층으로 단순화한 스파인·리프 구조가 도입되었습니다.

3. 개념

• 데이터센터에서 고대역폭·저지연·확장성을 제공하고 East-West 트래픽에 특화된, 장비 수를 늘려 확장하는 Scale-out 기반 2계층 아키텍처임

4. 개념도

5. 주요기술

기술	내용
L3 Fabric	Spine-Leaf 간 링크를 L3 라우팅으로 구성하여 STP를 사용하지 않음
Clos 구조	모든 Leaf가 모든 Spine과 연결되는 다단 스위칭 구조임
ECMP (Equal-Cost Multi-Path)	동일 비용의 여러 경로로 트래픽을 분산하여 모든 Spine 경로를 활용함

Leaf 스위치는 서버를 접속하고 Spine 스위치는 Leaf 사이를 연결하며, 모든 Leaf가 모든 Spine에 연결됨

6. 주요특징

특징	내용
확장성 우수	Spine 또는 Leaf를 추가하는 Scale-out 방식으로 수평 확장함
East-West 최적화	서버 간 통신이 많은 환경에 적합함
고가용성	다수의 Spine을 통한 다중 경로로 한 Spine에 장애가 나도 나머지 경로로 우회함
저지연	서로 다른 Leaf의 서버 간 통신은 Leaf–Spine–Leaf의 2홉 경로임

7. 스파인·리프와 3-Tier 비교

구분	3-Tier 구조	Spine-Leaf 구조
계층 구조	3계층(Core·Aggregation·Access)	2계층(Spine·Leaf)
서버 간 경로	Access–Aggregation–Core를 거치는 다단 경로	Leaf–Spine–Leaf 경유(2홉)
트래픽 흐름	North-South 중심	East-West 중심
루프 방지	STP 사용(active/standby 경로)	STP 미사용, L3 라우팅과 ECMP 사용
확장성	STP 특성상 수평 확장에 한계	Spine·Leaf 추가로 수평 확장(Scale-out)

8. 기술동향·개선사항·활용

• 서버 가상화·클라우드·컨테이너 확산으로 서버 간(East-West) 트래픽이 늘면서 스파인·리프 구조의 적용이 확대되고 있음
• L3 Fabric은 VXLAN(Virtual Extensible LAN) 같은 오버레이를 결합할 때 효율적으로 활용됨

용어 설명

• 3-Tier(3계층 구조) : Core, Aggregation, Access 세 계층으로 이루어진 기존 데이터센터 네트워크 구조
• North-South 트래픽 : 서버와 외부 사이를 오가는 트래픽
• East-West 트래픽 : 서버끼리 주고받는 트래픽
• STP(Spanning Tree Protocol) : 루프를 막기 위해 중복 경로 중 일부만 활성화하는 프로토콜
• Clos 구조(Clos Network) : 모든 Leaf가 모든 Spine과 연결되는 다단 스위칭 구조
• ECMP(Equal-Cost Multi-Path) : 비용이 같은 여러 경로로 트래픽을 나눠 보내는 방식
• L3 Fabric : Spine과 Leaf 사이를 L3 라우팅으로 구성한 네트워크
• Scale-out : 장비를 추가해 처리 용량을 늘리는 방식
• 홉(Hop) : 패킷이 거치는 장비 하나하나의 구간
• VXLAN(Virtual Extensible LAN) : L2 프레임을 UDP로 감싸 L3 망 위로 전달하는 오버레이 기술

참고 출처

• RFC 7938, Use of BGP for Routing in Large-Scale Data Centers (IETF)
• TechTarget, Leaf-spine 정의 문서