Агрегация каналов и балансирова трафика по IP22.05.2014 13:48

Для не больших компаний не редко применение всего двух-четырех серверов с виртуализацией, два Ethernet свитча порой даже с возможностью стекирования и Multi-chassis EtherChannel плюс СХД младшей серии — это вполне стандартная конфигурация инфраструктуры среднего бизнеса.Таким предприятиям очень важно максимально задействовать все доступные технологии, чтобы максимально утилизировать своё оборудование и в этой статье пойдёт речь как этого добиться.В большинстве современных серверов на борту как правило присутствует минимум два 1Gb интерфейса под данные и один 100Mb для менеджмента.

На СХД младшей серии NetApp FAS2240/FAS2220 на борту каждого контроллера помимо прочего присутствует 4×1Gb порта.Т.е. вполне логично использовать схему, где два свича в стеке используют Multi-chassis EtherChannel агрегируя линки идущие от каждого контроллера в каждый свитч для получения как отказоустойчивости так и утилизации пропускной способности всех этих линков. Такая-себе архитектура по образу и подобию FlexPod Express, но без модно-дорогой фичи vPC у свитчей компании Cisco серии Nexus. Да и вообще сервера и свитчи в такой схеме могут быть любого производителя.

Схема подключения FlexPod Express.

Вот пример схемы, который будет описан в статье.FAS 2240–4 HA — 2 контроллера по 4 1 гбит линка2 сервера с VMware ESXi, в каждом 4 выделенных сетевых порта по 1Гб для связи с хранилищем² гигабитных свитча в стеке с поддержкой Multi-chassis EtherChannel и LACP

Итак мы хотим задействовать всю доступную полосу пропускания и имеющиеся интерфейсы серверов и СХД.Т. е. сервер 1 работает преимущественно с ВМ расположенными на контроллере А, сервер 2 с ВМ на контроллере Б, у всех по 4 интерфейса, ВМ разбиты на 4 группы, все поделено равномерно и по честному.

Теоритическая частьНо балансировка нагрузки в сети «магическим образом» не может размазать эту нагрузку по всем линкам сама. Есть алгоритм который позволяет поочерёдно задействовать один из линков в агрегированном канале. Один из таких алгоритмов основывается на хеш суммах полученных из заголовков IP адресов источника и получателя, выбирая один линк. И этот нюанс играет важную роль в нашей схеме. Так как если хеш сумма для двух разных комбинаций IP источника и получателя будет совпадать, то для таких комбинаций будет задействован один и тот же физический линк. Другими словами важно понимать как работает алгоритм балансировки сетевого трафика и проследить, чтобы коминации IP адресов были таковой, чтобы получить отказоустойчивую схему инфраструктуры и задействовать все сетевые линки, опираясь при этом на лучшие практики от NetApp TR-3749, TR-3802 и TR-3839.Как правило, 2–4 сервера не нагружают 1Gb линки по пропускной способности, использование всех линков одновременно положительно сказывается на скорости взаимодействия узлов сети и на пропускной способности в пиковых нагрузках.

Описание Далее (для упрощения) описаны манипуляции с одним контроллером, одним сервером и протоколом NFS.2 линка контроллера подключены в один свитч, 2 в другой на стороне свитча настроен multichassis LACP с балансировкой по IP на свитче для портов контроллера установлен Flowcontrol = on на контроллере для всех портов установлен Flowcontrol = send 4 линка по 1Гб на стороне контроллера объединены в один LACP с балансировкой по IP поверх VIF (ifgrp) создан VLAN и ему присвоен IP, дополнительно созданы 3 алиаса (адреса выданы последовательно) созданы 4 volume, в каждом volume создан qtree, volume экспортированы по NFS на сервере ESXi создан vSwitch с 4 интерфейсами с балансировкой по IP на этом vSwitch создан порт vmkernel в той же IP подсети и том же VLAN, в котором располагается основной IP и алиасы контроллера jumbo фреймы включены по всей цепочке (СХД, свитч, VLAN на свитче, vSwitch, порт vmkernel) в ESXi добавлены 4 NFS датастора, все с разных IP адресов (т.е. задействованы и основной IP и все алиасы контроллера) 4 VM vmware-io-analyzer.ova на разные NFS датасторы для проверки нагрузки на линки используя, к примеру, паттерн Max-throughput Нам необходимо чтобы:

один NFS экспорт был подключен ко всем хостам vmware ESXi по одинаковому IP адресу для того, чтобы vmware воспринимала его как один datastorage, а не как разные (для iSCSI такого требования нет, для каждого сервера можно указывать разные IP таргетов, IQN у них будет одинаковый) трафик (входящий и исходящий) от одного сервера к разным datastorage должен идти по разным линкам сервера и СХД трафик (входящий и исходящий) от разных серверов к одному datastorage должен идти по разным линкам СХД Настройка Фрагменты настройки СХД NetApp FAS: san01a> rdfile /etc/rc #Auto-generated by setup Fri may 22 13:26:59 GMT 2014 hostname san01a ifgrp create lacp vif1 -b ip e0d e0b e0c e0a vlan create vif1 53 ifconfig e0a flowcontrol send up ifconfig e0b flowcontrol send up ifconfig e0c flowcontrol send up ifconfig e0d flowcontrol send up ifconfig e0M `hostname`-e0M netmask 255.255.255.0 broadcast 10.10.10.255 flowcontrol full partner 10.10.40.11 mtusize 1500 trusted wins up ifconfig e0P `hostname`-e0P netmask 255.255.252.0 broadcast 192.168.3.255 flowcontrol full up ifconfig vif1–53 `hostname`-vif1–53 netmask 255.255.255.0 partner vif1–53 mtusize 9000 trusted -wins up ifconfig vif1–53 alias 10.10.53.31 netmask 255.255.255.0 up ifconfig vif1–53 alias 10.10.53.32 netmask 255.255.255.0 up ifconfig vif1–53 alias 10.10.53.33 netmask 255.255.255.0 up route add net default 10.10.10.3 1 routed on options dns.domainname netapp.com options dns.enable on options nis.enable off savecore СХД NetApp FAS нумерует интерфейсы в VIF не в алфавитном порядке, а в порядке добавления.Например, если VIF создан такой командой «ifgrp create lacp vif1 -b ip e0d e0b e0c e0a», то e0d будет 0-ым интерфейсом, e0b — 1, e0a — 3.

san01a> rdfile /etc/hosts #Auto-generated by setup Fri may 22 13:26:59 GMT 2014 127.0.0.1 localhost localhost-stack 127.0.10.1 localhost-10 localhost-bsd 127.0.20.1 localhost-20 localhost-sk 10.10.40.10 san01a san01a-e0M 192.168.1.185 san01a san01a-e0P 10.10.53.30 san01a-vif1–53 san01a> exportfs /vol/vol_filerA_nfsA -sec=sys, rw, nosuid /vol/vol_filerA_nfsB -sec=sys, rw, nosuid /vol/vol_filerA_nfsC -sec=sys, rw, nosuid /vol/vol_filerA_nfsD -sec=sys, rw, nosuid san01a> qtree qtree: This command is deprecated; using qtree status. Volume Tree Style Oplocks Status -------- -------- ----- -------- --------- rootvol unix enabled normal vol_filerA_nfsA unix enabled normal vol_filerA_nfsA qtree_filerA_nfsA unix enabled normal vol_filerA_nfsB unix enabled normal vol_filerA_nfsB qtree_filerA_nfsB unix enabled normal vol_filerA_nfsC unix enabled normal vol_filerA_nfsC qtree_filerA_nfsC unix enabled normal vol_filerA_nfsD unix enabled normal vol_filerA_nfsD qtree_filerA_nfsD unix enabled normal К VMware ESXi подключены следующие датасторы

ds_filerA_nfsA 10.10.53.30:/vol/vol_filerA_nfsA/qtree_filerA_nfsA ds_filerA_nfsB 10.10.53.31:/vol/vol_filerA_nfsB/qtree_filerA_nfsB ds_filerA_nfsC 10.10.53.32:/vol/vol_filerA_nfsC/qtree_filerA_nfsC ds_filerA_nfsD 10.10.53.33:/vol/vol_filerA_nfsD/qtree_filerA_nfsD После настройки проверяем нагрузку по портам со стороны контроллера СХД:

san01a> ifgrp stat vif1 10 Interface group (trunk) vif1 e0b e0a e0c e0d Pkts In Pkts Out Pkts In Pkts Out Pkts In Pkts Out Pkts In Pkts Out 14225k 13673k 15542k 249k 13838k 11690k 15544k 7809k 46075 38052 90911 7 45882 37666 90812 37704 46953 37735 91581 4 46506 37613 91777 37625 46822 38016 91409 7 45498 37589 91670 37687 46906 38046 91514 6 45469 37591 91495 37588 46600 37737 91308 4 46554 37538 91514 37610 46792 37929 91371 7 45803 37532 91261 37508 46845 37831 91228 8 46307 37517 91450 37587 Итак видно, что по интерфейсу e0a (столбец Pkts Out) трафик практически не отправляется.

Подробный вывод по портам контроллера СХД san01a> ifstat -a

-- interface e0a (3 hours, 30 minutes, 53 seconds) --

— interface e0b (3 hours, 30 minutes, 53 seconds) --

— interface e0c (3 hours, 30 minutes, 53 seconds) --

— interface e0d (3 hours, 30 minutes, 53 seconds) --

Status and Counters — Port Utilization Rx Tx Port Mode | ------------------------- | ------------------------- | Kbits/sec Pkts/sec Util | Kbits/sec Pkts/sec Util ------- --------- + ---------- --------- ---- + ---------- ---------- --- контроллер 1/11-Trk10 1000FDx| 5000 0 00.50×23088 7591 02.30 1/12-Trk10 1000FDx| 814232 12453 81.42×19576 3979 01.95 2/11-Trk10 1000FDx| 810920 12276 81.09×20528 3938 02.05 2/12-Trk10 1000FDx| 811232 12280 81.12×23024 7596 02.30 сервер 1/17-Trk22 1000FDx| 23000 7594 02.30×810848 12275 81.08 1/18-Trk22 1000FDx| 23072 7592 02.30×410320 6242 41.03 2/17-Trk22 1000FDx| 19504 3982 01.95×408952 6235 40.89 2/18-Trk22 1000FDx| 20544 3940 02.05×811184 12281 81.11 Выделенные жирным цифры соответствуют загрузке линий контроллера и сервера соответственно. Подчеркнуто отсутствие утилизации одного из портов контроллера. При этом видно, что 2 датастора делят один линк контроллера.

При запуске генерации линейной записи на всех 4 VM и соответственно 4 NFS шарах балансировка трафика от СХД не зависит, поэтому картина ожидаемая.

Подбор IP Получается, что СХД при агрегации каналов с балансировкой по IP использует не все доступные линии, как должно быть по теории, а только 3 из 4-х. При этом все остальные участники (свитч и ESXi) балансируют правильно по всем 4-м линиям. Трафик 2-х датасторов от СХД до свитча идет в одном линке, а от свитча до ESXi уже по двум.Аналогичную картину наблюдаем при работе по протоколу iSCSI. Один из 4-х линков СХД на исходящую связь практически не загружен (5–10 пакетов за 10 секунд). На втором контроллере и другом сервере ситуация аналогичная.Почему это происходит? Да потому что хеш суммы двух IP пар совпадают, заставляя алгоритм выбирать один и тот же линк. Другими словами нужно просто подобрать другие IP.

Можно просто перебирать варианты IP. В написании программы подбора IP адресов большая трудность заключается в том, что алгоритм использует побитовые сдвиги над знаковым 32 битным целым и операции сложения над ними же (переполнения отбрасываются). Поскольку скриптовые языки нынче слабо ориентированы на фиксированную битность чисел, то добиться нормального расчета на python не удалось. Поэтому была написана на C маленькая программа расчета по всему диапазону, а потом использовать результаты в переборе.

Алгоритм

Coded by Alexander Gordienko #include int debug = 0; void f_shiftL (int *r, int step, int i, int offset) { r[step] = r[i] << offset; if (debug > 0) { printf (»\nStep %i Left Shift %i %i\n», step, i, offset); printf (»\t%i << %i\n", r[i], offset); printf("\t%i\n", r[step]); } } void f_shiftR(int *r, int step, int i, int offset) { r[step] = r[i] >> offset; if (debug > 0) { printf (»\nStep %i Right Shift %i %i\n», step, i, offset); printf (»\t%i\n», r[i]); printf (»\t%i\n», r[step]); } } void f_xor (int *r, int step, int i, int j) { r[step] = r[i] ^ r[j]; if (debug > 0) { printf (»\nStep %i XOR %i %i\n», step, i, j); printf (»\t%i\n», r[i]); printf (»\t%i\n», r[j]); printf (»\t%i\n», r[step]); } } void f_sum (int *r, int step, int i, int j) { r[step] = r[i] + r[j]; if (debug > 0) { printf (»\nStep %i ADD %i %i\n», step, i, j); printf (»\t%i\n», r[i]); printf (»\t%i\n», r[j]); printf (»\t%i\n», r[step]); } } int balance_ip_netapp (int net, int src, int dst, int link_cnt) { int res[30]; res[0] = net*256 + src; res[1] = net*256 + dst; //printf («a = %i.%i (%i)\n», net, src, res[0]); //printf («b = %i.%i (%i)\n», net, dst, res[1]); f_shiftL (res, 2, 1,11); f_xor (res, 3, 0, 2); f_shiftL (res, 4, 0,16); f_xor (res, 5, 3, 4); f_shiftR (res, 6, 5,11); f_sum (res, 7, 5, 6); f_shiftL (res,15, 7, 3); f_xor (res,16, 7,15); f_shiftR (res,17,16, 5); f_sum (res,18,16,17); f_shiftL (res,19,18, 4); f_xor (res,20,18,19); f_shiftR (res,21,20,17); f_sum (res,22,20,21); f_shiftL (res,23,22,25); f_xor (res,24,22,23); f_shiftR (res,25,24, 6); f_sum (res,26,24,25); res[27] = res[26] % link_cnt; if (res[27] < 0) { res[27] = res[27] + link_cnt; } printf ("%i-%i-%i,%i\n", net, src, dst, res[27]); return 0; } int main() { int i, j; for (i=21; i<=23; i++) { for (j=30; j<=250; j++) { balance_ip_netapp(52, j, i, 4); balance_ip_netapp(53, j, i, 4); } } } Ниже даны варианты выбора IP адресов СХД при условии наличия 3-х серверов (с IP адресами, заканчивающимися на 21, 22 и 23 и количеством интерфейсов к системе хранения 3, 4 и 4 соответственно).Расчет делался для двух сетей ХХ.YY.52.ZZ/24 и ХХ.YY.53.ZZ/24. Подбирались IP адреса для СХД, удовлетворяющие вышеописанным условиям.

Как пользоваться табличкой При обмене трафиком между сервером c IP ХХ.YY.52.22 и алиасом СХД ХХ.YY.52.35 трафик: от СХД до свитча (столбец NetApp Out, 22) пойдет по интерфейсу с номером 2 по нумерации СХДот свитча до СХД (столбец NetApp In, 22) пойдет по интерфейсу с номером 1 по нумерации свитчаот свитча до сервера и от сервера до свитча (столбец Server InOut, 22) пойдет по порту 1 в нумерации сервера и свитча соответственно (не факт, что считают они одинаково)Видно, что для каждого сервера трафик с разными алиасами на одной голове будет идти по разным интерфейсам. Аналогично трафик с разных серверов на один IP СХД пойдет по разным интерфейсам.

При написании использовались материалы статьи Александр Гордиенко, Агрегация каналов и балансировка трафика по IP со стороны NetApp.

Замечания по ошибкам в тексте и предложения прошу направлять в ЛС.