WMware ESX Server网络负载均衡配置

 

简介：

1) 3种类型的VMware网络都支持NIC Teaming ，详细请参考《VMWare ESX Server中的网络设置》(VMkernel, Service Console和VM port group）
2) uplink连接到那些物理交换机的端口都必须在同一个广播域中。（也就是必须在同一个VLAN中，不能跨路由）
3) 如果uplink要配置VLAN，则每个uplink必须都配置成VLAN Trunk并且具有相同的VLAN配置。
4) VMware的负载均衡(Load Balancing)只是出站(Outbound)的负载均衡，因此要做到Inbound的负载均衡，必须在物理交换机上做同样IP Hash方式的配置。
5）NIC Teaming的Load Balancing和一些高级路由算法的Load Balancing不同，它不是按照Teaming中网卡上通过的数据流量来负载均衡，而是根据网卡上的连接(connection)来进行负载均衡。

VMware的3种负载均衡

VMware的NIC Teaming Load Balancing策略有3种。
(1) 基于端口的负载均衡(默认)
(2) 基于源MAC的负载均衡
(3) 基于IP hash的负载均衡

1. 基于端口的负载均衡 (Route based on the originating virtual port ID)

这种方式下，负载均衡是基于vPort ID的。一个vPort和Host上的一个pNIC(从vSwitch角度看就是某个uplink)捆绑在一起，只有当这个pNIC失效的时候，才切到另外的pNIC链路上。这种方式的负载均衡只有在vPort数量大于pNIC的数量时才生效。
什么是vport？一个VM上的vNIC或者某一个VMKernel或者Service Console的某个vswif。用一个图来直观的表述，vPort在下图中显示为vSwitch上左侧的那些绿点。而pNIC在图中显示为右边的vmnicX。

对于VM来说，因为某台VM的vNIC是捆绑在某一个pNIC上的，也就是说这台VM(如果只有一个vNIC的话)对外的数据流量将固定在某一个pNIC上。这种负载均衡是在VM之间的均衡，对于某一台VM而言，其uplink的速率不可能大于单个pNIC的速率。此外，只有当VM的数量足够多，并且这些VM之间的数据流量基本一致的情况下，Host上的NIC Teaming的Load Balancing才较为有效。对于以下这些极端情况，基于端口方式的负载均衡根本不起作用或者效果很差，充其量只能说是一种端口冗余。
(1)Host上只有一台只具有单vNIC的VM (此时完全没有Load balancing)
(2)Host上的VM数量比pNIC少(比如有4台VM但是Teaming中有5块pNIC，此时有一块pNIC完全没用上，其他每个vNIC各自使用一块pNIC，此时也没有任何负载均衡实现)
(3)Host上虽然有多台VM，但是99%的网络流量都是某一台VM产生的

这里还可以参考VMware esx5i负载均衡分析：

     最近对esx5i负载均衡策略中的默认“基于源虚拟端口ID的路由”做了一些分析，非常有意思分享给大家。
    先描述一下场景：
      一台ESX5i服务器有6台VM（姑且用VM1、VM2、VM3、VM4、VM5、VM6来称呼），两块物理网卡做负载均衡（依次显示vmnic0和vmnic1）—默认的做法，两网卡分别依次对应到对端Cisco 2950上的fa0/1和fa0/2口上，通过分析cisco2950上MAC表来分析vmnic0或vmnic1承载VM的数量。
     
     1：依次启动VM虚拟机，VM1走vmnic0，VM2走vmnic1，VM3走vmnic1，VM4走vmnic0，VM5走vmnic0，VM6走vmnic1。
           VM1、VM4、VM5走的是vmnic0网口
           VM2、VM3、VM6走的是vmnic1网口
     
     2：shutdown vmnic1对应的网口后，VM2、VM3、VM6自动转移到vmnic0上承载。后重新开启vmnic1后，VM2、VM3、VM6自动又转移回vmnic1上
     
     3：人为关闭VM2、VM3、VM6虚拟机，VM1、VM4、VM5并没有自动转移到vmnic1上，哪怕是一个VM，关闭VM1后又重启，发现VM1走到了vmnic1上了。

     总结：
        1：在默认的“基于源虚拟端口ID的路由”策略下，每一个VM的数据流（上下行）实际上跑的是一个网口（vmnic1或vmnic0）,也就是说任何一个VM虚拟机的数据流并没有被这两个网口分担。
        2：初始开启的VM虚拟机使用哪一个网口来负载的判断原则是网口上承载VM的数量，而不是网口自身资源的负载压力，这样的判断原则有可能会出现有的网口压力非常大，而有的网口非常闲置。
        3：系统正常运行中（上述1），添加网口vmnic2，则虚拟机会重新分配负载平衡，数量是2—2—2模式(三网卡模式下)。
        4：添加和删除网口，对极个别VM会造成一个包的丢失。
        5：建议大家根据VM的要承载数据量的大小，使用vmnetwork端口组中负载均衡设置，人为的指定承载网口和待定网口，最优化使用网口资源。
其实这个基于端口和mac地址准确的说应该不是叫负载均衡，理解为冗余更好点，这个均衡应该理解为按端口或者mac平均哼配，测试过就算一张卡的吞吐率到达50%，也不会切换的，所以准确地说这前两个应该理解为连接数平均，最后个IP Hash才是真的负载均衡，这个时候交换机设置为两层的EthernetChannel，配置负载模式为Src xor des ip。

2. 基于源MAC地址的负载均衡 Route based on source MAC hash

这种方式下，负载均衡的实现是基于源MAC地址的。因为每个vNIC总是具有一个固定的MAC地址，因此这种方式的负载均衡同基于端口的负载均衡具有同样的缺点。同样是要求vPort数量大于pNIC的时候才会有效。同样是vNIC的速率不会大于单个pNIC的速率。

3. 基于IP Hash的负载均衡 Route based on IP hash

这种方式下，负载均衡的实现是根据源IP地址和目的IP地址的。因此同一台VM(源IP地址总是固定的)到不同目的的数据流，就会因为目的IP的不同，走不同的pNIC。只有这种方式下，VM对外的流量的负载均衡才能真正实现。
不要忘记，VMware是不关心对端物理交换机的配置的，VMware的负载均衡只负责从Host出站的流量(outbound)，因此要做到Inbound的负载均衡，必须在物理交换机上做同样IP Hash方式的配置。此时，pNIC必须连接到同一个物理交换机上。
需要注意的是，VMware不支持动态链路聚合协议(例如802.3ad LACP或者Cisco的PAgP)，因此只能实现静态的链路聚合。(类似于HP的SLB)。不仅如此，对端的交换机设置静态链路聚合的时候也要设置成IP Hash的算法。否则这种方式的负载均衡将无法实现。

这种方式的缺点是，因为pNIC是连接到同一台物理交换机的，因此存在交换机的单点失败问题。此外，在点对点的链路中（比如VMotion），2端地址总是固定的，所以基于IP Hash的链路选择算法就失去了意义。

4. 总结

不管采用以上哪一种方法的Load Balancing，它会增加总聚合带宽，但不会提升某单个连接所获的带宽。为啥会这样？同一个Session中的数据包为啥不能做到Load Balancing？这是因为网络的7层模型中，一个Session在传输过程中会被拆分成多个数据包，并且到目的之后再重组，他们必须具有一定的顺序，如果这个顺序弄乱了，那么到达目的重组出来的信息就是一堆无意义的乱码。这就要求同一个session的数据包必须在同一个物理链路中按照顺序传输过去。所以，10条1Gb链路组成的10Gb的聚合链路，一定不如单条10Gb链路来的高速和有效。

【选择】
那么应该选择哪种NIC Teaming方式呢？大拿Scott Lowe建议：

• 如果使用链路聚合，必须设为“Route based on IP hash”
• 如果不是使用链路聚合，可以设为任何其它设置。大多数情况下，接受默认设置“Route based on originating virtual port ID”是最好的。