隨著5G、云計算、AI等技術的不斷演進，SDN與NFV或者其他虛擬化網絡技術在數據中心進行應用。數據中心經歷了從經典三層架構、大二層網絡架構、再到Spine/Leaf的葉脊架構，數據中心網絡架構的發(fā)展越來越扁平化與自動化。

另外，數據中心有簡化的趨勢，數據中心網絡新設計正在從2層轉向3層。當前最先進的數據中心只是運行BGP、EVPN和BFD協(xié)議來進行快速的故障轉移。

數據中心越先進，運行的協(xié)議就越少，配置文件就越短。然而，這種簡化趨勢主要是需要更多的可見性，因為聰明的人想要看到他們的網絡內部發(fā)生了什么。隨著網絡變得越來越大、越來越快，精明的IT管理人員正在使用更少的協(xié)議，但目標是更多的遙測和監(jiān)控技術，以實現更好的可見性。

面對數據中心的網絡結構的發(fā)展變化，納多德在已有大量項目方案的實際經驗基礎上，介紹五種新方法，來幫助用戶優(yōu)化企業(yè)的數據中心網絡架構：

用VXLAN替換VLAN

使用ARP抑制來減少廣播流

用EVPN Multihoming替換MLAG

使用ECMP和UCMP 處理流量平衡

利用自適應路由解決流量極化問題

1.用VXLAN替換VLAN

VXLAN（Virtual eXtensible Local Area Network，虛擬擴展局域網）是由IETF定義的NVO3（Network Virtualization over Layer 3）標準技術之一，采用L2 over L4（MAC-in-UDP）的報文封裝模式，將二層報文用三層協(xié)議進行封裝，可實現二層網絡在三層范圍內進行擴展，同時滿足數據中心大二層虛擬遷移和多租戶的需求。

傳統(tǒng)2層網絡具有以下缺點：

它依賴生成樹協(xié)議（STP），導致帶寬利用率、冗余和多路徑的能力受到生成樹功能的限制。

它只能在一個子網內運行，當使用MLAG時 ，冗余通常僅限于兩個設備。

任何路徑級冗余都需要鏈路聚合控制協(xié)議（LACP），這是端口的標準冗余技術。

如上圖所示，VXLAN克服了傳統(tǒng)2層網絡的缺陷，允許網絡管理者在3層路由結構上進行優(yōu)化。用戶仍然可以實現2層網絡的覆蓋，但由于使用EVPN作為控制平面，因此不再需要生成樹來進行控制平面收斂。EVPN通過BGP地址簇來交換MAC信息，而不是低效的廣播泛洪和學習。此外，VXLAN使用24位ID ，可定義多達1600萬個虛擬網絡，而VLAN只有12位ID，僅限于4094個虛擬網絡。總之，VXLAN通過MAC-in-UDP的報文封裝，實現了二層報文在三層網絡上的透傳，在云端上架起了一道道無形的“彩虹”，解決了云計算中虛擬化帶來的一系列問題。

2. 使用ARP抑制來減少廣播傳播

在部署VXLAN的數據中心中BUM報文可以通過ARP抑制進一步優(yōu)化。通常是在EVPN中使用頭端復制的方式(具體體現是在橋中添加mac地址為全0的FDB表項進行頭端復制)來進行實現。當有很多的ARP廣播請求報文的時候，容易造成廣播泛濫。采用ARP抑制可以有效限制廣播ARP報文的數量。

如上圖所示，VXLAN三層網關通過動態(tài)學習終端租戶的ARP表項，再根據ARP表項生成主機信息（包括主機IP地址、 MAC地址、 VTEP地址和VNI ID），并將主機信息通過MP-BGP或BGP EVPN對外發(fā)布，使其他的BGP鄰居可以學習到主機信息。因此部署ARP抑制可以優(yōu)化覆蓋網絡控制平面的，獲得更快的地址解析速度。它還減少了網絡中的廣播流量，因為ARP抑制減少了向VXLAN基礎設施中的每個VTEP發(fā)送ARP請求的需要。

3. 用 EVPN Multihoming（EVPN-MH（EVPN多宿主））替換MLAG

在某些場景中，VXLAN環(huán)境中仍然需要MLAG來實現冗余多宿主機的連接。EVPN-MH是一個擺脫現有專用MLAG解決方案的機會，它提供雙活服務器冗余支持，因為專用MLAG解決方案的擴展范圍不超過一個設備冗余級別。

EVPNMultihoming特點

無需在TOR交換機之間建立Peerlink鏈路或交換機間鏈路

允許兩個以上TOR交換機成為一個冗余組

提供單個BGP-EVPN 控制平面

允許多供應商互操作性

如上圖所示，VXLAN有助于消除MLAG所需的背靠LEAF到SPINE交換機連接的需要。EVPN-MH進一步消除了Server到TOR交換機連接中對MLAG的任何需要。

Multihoming 使用EVPN消息與宿主機進行通信，并使用主機連接信息動態(tài)構建與服務器的2層鄰接關系。當MLAG需要LAG ID時，Multihoming使用以太網段ID。接口映射到用于作為與同一終端主機邏輯連接的以太網段（Ethernet Segment）。

此外，通過在交換機中使用標準協(xié)議構造冗余，轉向使用EVPN-MH可以提高網絡供應商的互操作性。由于EVPN底層使用開放標準協(xié)議BGP ，任何通過RFC規(guī)范實現EVPN-MH的供應商都可以成為以太網段的一部分。

4. ECMP和UCMP處理流量平衡

ECMP（等價多路徑路由）即存在多條到達同一個目的地址的相等開銷的路徑。它是大多數3層路由協(xié)議中的標準功能，在這些協(xié)議中，在所有可用的下一跳上行鏈路中實現平衡的等價路由。2層控制平面技術（如：生成樹）僅允許通過依賴外部技術（如：LACP）實現同等價負載分擔。

ECMP是3層路由中的原生功能，它使您能夠提高網絡設備的效率。

在某些情況下，ECMP可能會導致轉發(fā)效率低下，特別是在部署全面的3層解決方案時，在網絡中的任何位置都使用點對點L3鏈路，甚至到主機。在這種情況下，您可能希望在使用鏈路數量以外的指標來平衡流量。UCMP（非平衡鏈路負載均衡）在這里很有用，因為它使用BGP標記創(chuàng)建跨躍點的流量分布，以便更好地與應用程序分布相匹配。UCMP區(qū)別于傳統(tǒng)ECMP，其最大特點是利用權重值來區(qū)別對待帶寬的使用，使得兩條不同帶寬的出口，可根據帶寬大小不同來承擔不同的數據流量傳輸.

5. 通過自適應路由解決流量極化問題

自適應路由是現有InfiniBand技術在以太網交換上的實現。自適應路由監(jiān)控鏈路帶寬、鏈路利用率、交換機緩沖區(qū)和ECN/PFC ，將轉發(fā)到ECMP組的流量選擇擁塞程度最低的端口進行傳輸，擁塞程度基于出口隊列負載進行評估，確保 ECMP組在不考慮“熵”級別的情況下保持良好平衡。

“熵”是一種衡量流經既定網絡的流量的豐富性和多樣性的方法。

例如：當您有數千個從全球各地的客戶端隨機連接的流時，您的網絡被稱為有high entropy（高熵）。然而，當您只有少數大型流時（這在 AI 和存儲工作負載中經常發(fā)生），大型流會控制帶寬，因此會出現 low entropy（低熵）。這種低熵流量模式也稱為“大象流”分布，在許多數據中心工作負載中都很明顯。

當使用靜態(tài) ECMP 的傳統(tǒng)技術，您需要“高熵”來將流量均勻地分布在多個鏈路上，而不會出現擁塞。然而，在“大象流”場景中，多個流可能出現在同一條鏈路上，從而創(chuàng)建一個超過線路帶寬的流量熱點或微突發(fā)。這會導致?lián)砣?、延遲增加、數據包丟失和重傳。對于許多應用程序，性能不僅取決于網絡的平均帶寬，還取決于流完成時間的分布。完成時間分布中的長尾或異常值可能會顯著降低應用程序性能。

因此，通過自適應路由技術利用其靈活的網絡拓撲適應性，對于 CLOS（或葉/脊椎）等典型拓撲，到既定目標的各種路徑間距相同時，交換機通常擁塞最小的端口傳輸數據包。當在路徑間距不同的其他拓撲中，交換機傾向于通過最短路徑發(fā)送流量。如果擁塞發(fā)生在最短路徑上，則選擇擁塞最小的備選路徑。這確保了網絡帶寬得到有效利用。自適應路由的目標是將網絡管理員從手動調整干預中解放出來，讓基礎網絡處理聚合流負載均衡的優(yōu)化工作。

以上我們介紹了數據中心網絡中可用的優(yōu)化方案。這些優(yōu)化有助于減少基礎設施上不必要的控制流量，并且可平衡現有物理鏈路上的流量，充分利用所有可用鏈路帶寬。

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審核編輯：湯梓紅