通过网络技术和NetDevOps优化数据中心网络

通过以下两种方式更新关键网络架构，可以优化数据中心：通过网络技术或 NetDevOps 中的操作效率。在本文中，我们将确定并评估可应用于网络体系结构以优化网络的技术。

我们将介绍五个更新，您应该考虑这些更新来改进数据中心：

用 VXLAN 替换第 2 层 VLAN 。

使用地址解析协议（ ARP ）抑制来减少广播传播。

将多机箱链路聚合组（ MLAG ）替换为 EVPN 多主。

使用等成本多路径（ ECMP ）路由和 UCMP 处理流量平衡。

通过自适应路由适应交通极化。

用 VXLAN 替换 VLAN

VXLAN 是一种覆盖技术，它使用封装允许第二层覆盖 VLAN 跨第三层网络。第 2 层网络有一些固有的缺点：

由于它们依赖生成树协议（ STP ），冗余和多路径的能力受到生成树功能的限制。

它们只能在一个子网内运行，由于 MLAG ，冗余通常仅限于两个设备。

任何路径级冗余都需要链路聚合控制协议（ LACP ），这是端口的标准冗余技术。

VXLAN 克服了这些缺陷，允许网络运营商在第 3 层路由结构上进行优化。仍然可以实现第 2 层覆盖，但由于依赖 EVPN 作为控制平面，因此不再需要生成树来进行控制平面收敛。

EVPN 通过 BGP 地址族交换 MAC 信息，而不是依赖广播泛洪和学习的低效性。此外， VXLAN 使用 24 位 ID ，可定义多达 1600 万个虚拟网络，而 VLAN 只有 12 位 ID ，仅限于 4094 个虚拟网络。

使用 ARP 抑制来减少广播传播

使用 VXLAN 的数据中心中的广播流量可以通过 ARP 抑制进一步优化。 ARP 抑制通过使用 EVPN 将 ARP 请求的响应直接从 ToR 虚拟隧道端点（ VTEP ）代理给客户端，帮助减少通信量。

在没有 ARP 抑制的情况下，所有 ARP 请求将在整个 VXLAN 结构中广播，并发送到每个具有网络 VNI 的 VTEP 。

启用 ARP 抑制后，通过 EVPN 学习到的 MAC 地址将传递到 ARP 控制平面。

充当 VTEP 的叶开关通过代理 ARP 应答直接响应 ARP 请求者。

由于 IP 到 MAC 映射已经使用 EVPN 类型 2 消息通过 VXLAN 控制平面进行通信，因此实现 ARP 抑制可以优化覆盖控制平面的更快分辨率。它还减少了结构中的广播流量，因为 ARP 抑制减少了向 VXLAN 基础设施中的每个 VTEP 发送 ARP 请求的需要。

用 EVPN 多归宿替换 MLAG

有时， VXLAN 环境中仍然需要 MLAG 来实现冗余主机连接。 EVPN 多宿是一个摆脱专用 MLAG 解决方案的机会，这些解决方案的扩展范围不超过一个设备冗余级别。

如前所述， VXLAN 有助于消除 MLAG 所需的背靠背叶到脊椎交换机连接的需要。 EVPN multihoming 更进一步，消除了服务器到叶连接中对 MLAG 的任何需要。

Multihoming 使用 EVPN 消息与主机连接进行通信，并使用主机连接信息动态构建与服务器的 L2 邻接。当 MLAG 需要 LAG ID 时，多宿使用以太网段 ID 。接口映射到与同一终端主机的逻辑连接类似的段。

此外，通过在交换机中使用协议标准形式的冗余，转向多主可以提高网络供应商的互操作性。由于多宿使用开放标准协议 BGP ，任何通过 RFC 规范实现多宿的供应商都可以成为以太网段的一部分。

ECMP 和 UCMP 处理流量平衡

ECMP 是大多数第 3 层路由协议中的标准功能，在这些协议中，在所有可用的下一跳上行链路中平衡等成本路由。第 2 层控制平面技术（如生成树）仅允许通过依赖外部技术（如 LACP ）实现同等成本平衡。

ECMP 是第 3 层路由中的本机功能，它使您能够提高网络设备的效率。

在某些情况下， ECMP 可能会导致转发效率低下，特别是在执行完整的第 3 层解决方案时，在结构中的任何位置都使用点对点 L3 链路，甚至到主机。在这种情况下，您可能希望在链路数以外的指标上平衡流量。 UCMP 在这里很有用，因为它使用 BGP 标记创建跨跃点的流量分布，以便更好地与应用程序分布相匹配。

通过自适应路由适应交通极化

自适应路由是以太网交换采用的现有 InfiniBand 技术。自适应路由监控链路带宽、链路利用率、交换机缓冲区和 ECN/PFC，以了解特定路径上的流量何时变得拥塞，并从通过较不拥塞的路径动态重新路由中受益。

基于满足这些指标的阈值，交换机可以将流量从一个出口接口重定向到 ECMP 组中的另一个出口接口。这有助于平等地充分利用交换机上的所有链路，而不会造成两极分化的威胁，从而产生低效的流量。

自适应路由的目标是将任何手动调整干预从网络管理员手中解放出来，并让基础结构处理聚合流平衡的优化。

结论

在本文中，我们介绍了数据中心网络中可用的一些概念，这些概念可以通过关注协议栈和数据平面来帮助您优化网络基础设施。这些优化提供了更好的网络虚拟化，有助于减少基础设施上不必要的控制流量，并平衡现有第 1 层链路上的流量，以充分利用所有可用带宽。

关于作者

Rama Darbha 是 NVIDIA 网络组的解决方案架构主管，主要负责数据中心、 NetDevOps 和以太网交换。他热衷于帮助客户和合作伙伴通过开放的网络策略，充分利用他们的人工智能和计算工作负载。 RAMA 有一个活跃的 CCONP 2019 ：： 19 和 CCIE × 22804 ，拥有杜克大学工程与管理硕士学位。

审核编辑：郭婷