背景

數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡拓撲通常采用CLOS結(jié)構，主機之間常存在多條路徑。數(shù)據(jù)中心為滿足吞吐量敏感型流量的需求會提供大量的帶寬資源。那么利用數(shù)據(jù)中心這種網(wǎng)絡拓撲已知，路徑資源、帶寬資源豐富的特性，可以更好的實現(xiàn)負載均衡，將數(shù)據(jù)流分布到不同路徑上進行數(shù)據(jù)傳輸，避免擁塞，提高數(shù)據(jù)中心內(nèi)的資源利用率。

ECMP(Equal-cost multi-path)

ECMP是一個逐跳的基于流的負載均衡策略，當路由器發(fā)現(xiàn)同一目的地址出現(xiàn)多個最優(yōu)路徑時，會更新路由表，為此目的地址添加多條規(guī)則，對應于多個下一跳?？赏瑫r利用這些路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，增加帶寬。ECMP算法被多種路由協(xié)議支持，例如：OSPF、ISIS、EIGRP、BGP等。在數(shù)據(jù)中心架構VL2中也提到使用ECMP作為負載均衡算法。

對于未開啟ECMP的網(wǎng)絡來說，無法充分利用路徑資源。如圖1所示，假設從S0到Server的為S0-S1-S2-S4即圖中橘色路徑，那么即便存在另一條等價路徑，藍色路徑，路由器仍然會每次選擇第一條橘色路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。除非此條路徑發(fā)生擁塞，才會重新選擇路徑。

當開啟ECMP功能時，便可同時利用兩條路徑，進行基于流的負載均衡，例如主機A到Server的數(shù)據(jù)流選擇橘色路徑，主機B到Server的數(shù)據(jù)流選擇藍色路徑。

ECMP的路徑選擇策略有多種方法：

• 哈希，例如根據(jù)源IP地址的哈希為流選擇路徑。
• 輪詢，各個流在多條路徑之間輪詢傳輸。
• 基于路徑權重，根據(jù)路徑的權重分配流，權重大的路徑分配的流數(shù)量更多。

圖1.使用ECMP進行負載均衡

ECMP面臨的問題

然而ECMP是一種較為簡單的負載均衡策略，其在實際使用中面臨的問題也不容忽視。

1.可能增加鏈路的擁塞
ECMP并沒有擁塞感知的機制，只是將流分散到不同的路徑上轉(zhuǎn)發(fā)。對于已經(jīng)產(chǎn)生擁塞的路徑來說，很可能加劇路徑的擁塞。而使用哈希的方法，產(chǎn)生哈希碰撞也會增加鏈路的擁塞可能。

2.非對稱網(wǎng)絡使用效果不好
例如圖2中，A與h3之間的通信，ECMP只是均勻的將流通過B,D兩條路徑分別轉(zhuǎn)發(fā)，但實際上，在B處可以承擔更多的流量。因為B后面還有兩條路徑可以到達h3。

圖2. 非對稱網(wǎng)絡

3.基于流的負載均衡效果不好
ECMP對于流大小相差不多的情況效果更好，而對于流大小差異較大，例如大象流和老鼠流并存的情況下，效果不好。如圖2，主機h1到A的流量為15，h2到A的流量為5。那么無論為h1的流量選擇哪條路徑都會發(fā)生擁塞。但若將h1的流拆分成兩部分傳輸，可以避免擁塞的情況。

以上，為使用ECMP算法進行負載均衡的分析，在數(shù)據(jù)中心這種突發(fā)性流量多，大象流與老鼠流并存的環(huán)境中，需要慎重考慮選擇的負載均衡策略，ECMP簡單易部署但也存在較多問題需要注意。

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