传统三层架构:
┌─────────────────────────────────────┐
│            核心层 (Core)             │  ← 高速转发，冗余
├─────────────────────────────────────┤
│          汇聚层 (Aggregation)        │  ← 策略、路由、防火墙
├─────────────────────────────────────┤
│           接入层 (Access)            │  ← 服务器接入
└─────────────────────────────────────┘

问题:
1. 生成树协议 (STP) 阻塞冗余链路 → 带宽利用率低
2. 南北流量（客户端↔服务器）为主 → 东西流量（服务器↔服务器）路径长
3. 扩展性差 → 增加机架需要重新设计

南北流量 vs 东西流量:
- 南北: 客户端访问服务器（传统 Web 应用）
- 东西: 服务器间通信（微服务、分布式计算）
- 现代数据中心: 东西流量占比 > 70%

叶脊架构:
     Spine 1    Spine 2    Spine 3    Spine 4
      /  \       /  \       /  \       /  \
    L1   L2   L1   L2   L1   L2   L1   L2
    |     |   |     |   |     |   |     |
   Srv   Srv Srv   Srv Srv   Srv Srv   Srv

特点:
1. 无阻塞: 每个 Leaf 连接到所有 Spine
2. ECMP: 多条等价路径，充分利用带宽
3. 可预测延迟: 最多 3 跳 (Leaf→Spine→Leaf)
4. 易于扩展: 增加 Spine 提高带宽，增加 Leaf 增加容量

Clos 网络:
- 严格无阻塞: 任意输入到任意输出都有空闲路径
- 条件: Spine 数量 ≥ 2 × Leaf 数量 - 1
- 实际: 通常使用 oversubscription (如 3:1) 降低成本

VXLAN (Virtual eXtensible LAN):
- 在 UDP 之上构建二层 Overlay
- VNI (VXLAN Network Identifier): 24 位，支持 1600 万租户
- 封装: 原始以太网帧 → UDP 封装 → IP 路由 → 物理网络

┌─────────────────────────────────────┐
│ 原始以太网帧                         │
├─────────────────────────────────────┤
│ VXLAN 头 (8 bytes, 含 VNI)          │
├─────────────────────────────────────┤
│ UDP 头 (源端口=ECMP hash, 目的=4789)│
├─────────────────────────────────────┤
│ 外层 IP 头 (VTEP 地址)              │
├─────────────────────────────────────┤
│ 外层以太网帧                        │
└─────────────────────────────────────┘

优势:
- 逻辑隔离: 不同租户的 VM 在不同 VXLAN 中
- 跨物理网络: VM 迁移不受物理拓扑限制
- 大规模: 24 位 VNI 远超 VLAN 的 12 位

def calculate_fat_tree_bandwidth(
    num_racks=48,
    servers_per_rack=42,
    server_speed=25,  # Gbps
    rack_speed=100,   # Gbps
    spine_speed=100,  # Gbps
    oversubscription=3  # 3:1
):
    """计算叶脊架构的带宽"""
    
    total_servers = num_racks * servers_per_rack
    total_server_bw = total_servers * server_speed
    
    # 每个 Leaf 交换机的上行带宽
    leaf_uplink_per_leaf = rack_speed  # 连接到 Spine 的总带宽
    
    # Spine 交换机数量
    # 每个 Leaf 有 leaf_uplink_per_leaf / spine_speed 个上行链路
    uplinks_per_leaf = leaf_uplink_per_leaf // spine_speed
    num_spines = uplinks_per_leaf  # 每个 Spine 连接所有 Leaf
    
    # 总 Spine 带宽
    total_spine_bw = num_spines * spine_speed * num_racks
    
    # 实际可用带宽（考虑 oversubscription）
    effective_bw = total_server_bw / oversubscription
    
    print(f"总服务器数: {total_servers}")
    print(f"总服务器带宽: {total_server_bw} Gbps")
    print(f"Spine 交换机数: {num_spines}")
    print(f"总 Spine 带宽: {total_spine_bw} Gbps")
    print(f"有效带宽 (3:1): {effective_bw:.0f} Gbps")
    
    return num_spines

calculate_fat_tree_bandwidth()
# 输出:
# 总服务器数: 2016
# 总服务器带宽: 50400 Gbps
# Spine 交换机数: 4
# 总 Spine 带宽: 19200 Gbps
# 有效带宽 (3:1): 16800 Gbps