Định tuyến trên máy chủ – Cần thiết cho Trung tâm dữ liệu có thể mở rộng

Định tuyến trên máy chủ (RoH) là bước tự nhiên tiếp theo dành cho các nhà khai thác trung tâm dữ liệu đã áp dụng IP BGP trong hệ thống chuyển mạch của họ. Họ đã điều chỉnh kết cấu Lớp 3 thuần túy do các nhà khai thác quy mô web tiên phong để hoạt động trong mạng của họ. Giao thức cổng biên (BGP) đã được chứng minh là giao thức định tuyến lý tưởng cho kết cấu IP vì nó hoàn thiện, phổ biến và giàu tính năng. Bước tiếp theo là triển khai RoH và sử dụng IP BGP trong kết nối từ giao diện server (host) đến cổng switch lá, nơi cao su chạm đường.

BGP có thể được đơn giản hóa bằng cách phát triển một thiết kế giao thức định tuyến phù hợp và thiết lập các mẫu cấu hình tiêu chuẩn để thực hiện thiết kế. Tất cả nhân viên liên quan đến cấu hình phải hiểu cách BGP hoạt động và được cấu hình. Bộ chuyển mạch trung tâm dữ liệu Dell chạy Dell SmartFabric OS10 cung cấp nền tảng mạnh mẽ để chạy RoH với vải BGP Lớp 3. 

Trong blog này, chúng tôi xem xét các lợi ích của RoH, bao gồm khả năng mở rộng, tính linh hoạt và hiệu suất được cải thiện trong một số trường hợp sử dụng. Để biết thêm chi tiết về RoH, còn được gọi là định tuyến tới máy chủ, hãy xem blog Tôi có cần chuyển đổi lớp 2 không? .

Hình 1 minh họa RoH với BGP. Ví dụ này bao gồm cơ cấu chuyển mạch Dell chạy Dell SmartFabric OS10 được định cấu hình cho các liên kết điểm-điểm Lớp 3 và BGP bên ngoài làm giao thức định tuyến. Máy chủ là một máy chủ có cài đặt Linux cơ bản. Máy chủ đang chạy FRRouting (FRR), ngăn xếp định tuyến nguồn mở được định cấu hình cho BGP. Lưu ý rằng các cổng máy chủ và cổng chuyển mạch chỉ được cấu hình cho mạng BGP lớp 3. 

Hình 1. Định tuyến đến máy chủ được Dell SmartFabric OS10 BGP hỗ trợ

Khả năng mở rộng

Thiết kế trung tâm dữ liệu phải tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng quy mô (theo chiều ngang) để đáp ứng khối lượng công việc bổ sung một cách nhanh chóng và có tác động tối thiểu đến hoạt động mạng. Định tuyến trên máy chủ tạo điều kiện mở rộng quy mô. 

Hãy xem xét trường hợp sử dụng của một khách hàng có trung tâm dữ liệu nhiều địa điểm trong Hình 2 bên phải. Các hoạt động yêu cầu mở rộng quy mô tính toán (theo chiều ngang) để tăng dung lượng trang web. Trang 1 bị hạn chế về tài nguyên, nghĩa là Cột sống 4, Lá 7 và Lá 8, cùng các máy chủ liên quan sẽ được thêm vào Trang 2. Các máy chủ và cổng chuyển mạch lá tới máy chủ sẽ được cấu hình cho BGP Lớp 3. Khi chuyển đổi, các thiết bị chuyển mạch giao tiếp qua BGP và các tuyến mới hội tụ. Các máy chủ mới quảng cáo sự hiện diện của họ bằng BGP. Toàn bộ mạng sẽ nhận biết được các máy chủ mới và các ứng dụng hiện có thể chạy. Định tuyến đến máy chủ và BGP đã cho phép mở rộng quy mô nhanh chóng. Việc ngừng hoạt động của các máy chủ cũng có thể xảy ra với những ảnh hưởng tối thiểu thông qua sự hội tụ BGP.

Hình 2. Khả năng mở rộng và linh hoạt

Uyển chuyển

RoH cũng tăng cường tính linh hoạt bằng cách cho phép tự do mạng con cho các máy chủ trên cơ cấu IP. Máy chủ có thể được triển khai lại ở bất cứ đâu và giữ nguyên địa chỉ IP. Cấu trúc IP sử dụng BGP để liên lạc các tuyến mới đến máy chủ. Điều này có thể được so sánh với tiêu chuẩn cấu hình Lớp 2 và 3 tại giao diện leaf-host. Các máy chủ được liên kết với các switch lá trên mỗi giá. Có thể di chuyển máy chủ trong khi vẫn giữ nguyên địa chỉ IP nhưng yêu cầu cấu hình Vlan mở rộng bổ sung.

Hình 2 minh họa tính linh hoạt mà RoH mang lại cho một trường hợp sử dụng. Khách hàng phải di chuyển máy chủ từ Trang 1 sang Trang 2. Không được thay đổi địa chỉ IP của máy chủ để tránh làm hỏng các ứng dụng liên quan. Hệ điều hành và ứng dụng chủ được chuyển đến Trang 2 bằng phương pháp ưu tiên. Khi máy chủ xuất hiện, nó quảng cáo tiền tố tuyến /32 (192.168.2.2/32) tới các switch lá và tuyến này được truyền bá xuyên suốt bằng BGP. Các bảng cơ sở thông tin định tuyến (RIB) và cơ sở thông tin chuyển tiếp (FIB) của switch được BGP cập nhật cùng với tuyến đường đến máy chủ.

Tăng hiệu suất chuyển đổi

RoH cũng có thể tăng hiệu suất bằng cách giảm độ trễ ở ranh giới giữa máy chủ và lá. Mỗi bộ chuyển mạch trung tâm dữ liệu Dell đều có một bộ xử lý mạng hiệu suất cao (NPU) ở lõi giúp cung cấp bộ khả năng mạng phong phú có sẵn với các bộ chuyển mạch trung tâm dữ liệu Dell chạy Dell SmartFabric OS10.

NPU có các đường dẫn bên trong xử lý việc xử lý gói vào và ra cho mỗi cổng dựa trên cách người dùng định cấu hình bộ chuyển mạch.

Số lượng tính năng được kích hoạt ở Lớp 2 và Lớp 3 có thể ảnh hưởng đến độ trễ thông qua bộ chuyển mạch, như trong Hình 4. Với kết nối lai Lớp 2 và Lớp 3 truyền thống từ bộ chuyển mạch sang máy chủ, NPU phải xử lý các gói ở Lớp 2 như Vlan các hoạt động gán, LAG và STP. Nó cũng thực hiện các chức năng của Lớp 3 như duy trì các bảng máy chủ IP, RIB và FIB. 

BGP End-to-End lớp 3 được cấu hình giữa các cổng chuyển mạch và máy chủ. Quá trình xử lý gói lớp 2 không được thực hiện vì chỉ sử dụng Lớp 3. Điều này có thể làm giảm độ trễ từ cổng này sang cổng khác so với việc định cấu hình Lớp 2 và Lớp 3 trên cổng chuyển mạch như cách thực hiện truyền thống. Sự đơn giản của RoH có thể tăng hiệu suất và đơn giản hóa các tác vụ cấu hình mạng và máy chủ.

Hình 3. Tăng hiệu suất của switch

Tóm lại, bật RoH với Dell SmartFabric OS10:

• Tăng cường khả năng mở rộng vào và ra : Máy chủ có thể được thêm hoặc xóa với cấu hình lại tối thiểu. 
• Cho phép bạn di chuyển các máy chủ xung quanh và giữ nguyên địa chỉ IP : BGP cho phép mạng tìm hiểu đường đi tốt nhất đến máy chủ bất kể nó đang ẩn náu ở đâu.
• Đơn giản hóa ngăn xếp giao thức : Có ít chi phí giao thức hơn và ít cấu hình hơn trên máy chủ và bộ chuyển mạch.