優化數據中心網絡

通過以下兩種方式更新關鍵網絡架構，可以優化數據中心，它們分別是：更新網絡技術或提升 NetDevOps 中的操作效率。在本文中，我們將確定并評估可應用于網絡體系結構以優化網絡的技術。

我們將介紹五個新方法，您應該考慮使用這些新方法來改進數據中心：

• 用 VXLAN 替換第 2 層 VLAN 。

• 使用地址解析協議（ARP）抑制來減少廣播傳播。

• 將多機箱鏈路聚合組（MLAG）替換為 EVPN 多重連接（Multihoming）。

• 使用等價多路徑（ECMP）路由和 UCMP 處理流量平衡。

• 通過自適應路由解決流量極化問題。
  

VXLAN 是一種覆蓋（overlay）網絡技術，它使用封裝允許 2 層 VLAN 跨第 3 層網絡。第 2 層網絡有一些固有的缺點：

• 由于它們依賴生成樹協議（STP），冗余和多路徑的能力受到生成樹功能的限制。

• 它們只能在一個子網內運行，由于 MLAG ，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議（LACP），這是端口的標準冗余技術。

VXLAN 克服了這些缺陷，允許網絡運營者在第 3 層路由結構上進行優化。用戶仍然可以實現第 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。

使用 VXLAN 的數據中心中的廣播流量可以通過 ARP 抑制進一步優化。ARP 抑制通過使用 EVPN 將 ARP 請求的響應直接從 ToR 虛擬隧道端點（VTEP）代理反饋給客戶端，幫助減少通信量。

在沒有 ARP 抑制的情況下，所有 ARP 請求將在整個 VXLAN 結構中廣播，并發送到每個具有網絡 VNI 的 VTEP 。

啟用 ARP 抑制后，通過 EVPN 學習到的 MAC 地址將傳遞到 ARP 控制平面。

充當 VTEP 的葉交換機通過代理 ARP 應答直接響應 ARP 請求者。

由于 IP 到 MAC 映射已經使用 EVPN 類型 2 消息通過 VXLAN 控制平面進行通信，因此部署 ARP 抑制可以優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 發送 ARP 請求的需要。

有時，VXLAN 環境中仍然需要 MLAG 來實現冗余主機連接。EVPN 多重連接是一個擺脫專用 MLAG 解決方案的機會，這些解決方案（MLAG）的擴展范圍不超過一個設備冗余級別。

如前所述，VXLAN 有助于消除 MLAG 所需的背靠背葉到脊椎交換機連接的需要。EVPN multihoming 更進一步，消除了服務器到葉交換機連接中對 MLAG 的任何需要。

Multihoming 使用 EVPN 消息與主機連接進行通信，并使用主機連接信息動態構建與服務器的 L2 鄰接。當 MLAG 需要 LAG ID 時，多宿使用以太網段 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議構造冗余，轉向多重連接可以提高網絡供應商的互操作性。由于多重連接使用開放標準協議 BGP ，任何通過 RFC 規范實現多重連接的供應商都可以成為以太網段的一部分。

ECMP 是大多數第 3 層路由協議中的標準功能，在這些協議中，在所有可用的下一跳上行鏈路中平衡等價路由。第 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 是第 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 可能會導致轉發效率低下，特別是在部署全面的第 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 在這里很有用，因為它使用 BGP 標記創建跨躍點的流量分布，以便更好地與應用程序分布相匹配。

自適應路由是現有 InfiniBand 技術在以太網交換上的實現。自適應路由監控鏈路帶寬、鏈路利用率、交換機緩沖區和 ECN/PFC ，以了解特定路徑上的流量何時變得擁塞，并從動態重新路由至較不擁塞的路徑中受益。

如果達到這些指標的閾值，交換機可以將流量從一個出接口重定向到 ECMP 組中的另一個出接口。這有助于平等地充分利用交換機上的所有鏈路，而不會造成流量極化的威脅，從而產生低效的流量。

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化工作。

在本文中，我們介紹了數據中心網絡中可用的一些概念，這些概念可以通過協議棧和數據平面來幫助您優化網絡基礎設施。這些優化提供了更好的網絡虛擬化能力，有助于減少基礎設施上不必要的控制流量，并平衡現有第 1 層鏈路上的流量，以充分利用所有可用帶寬。

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