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浅谈数据中心网络运维之异常泛洪流量分析及优化

2019年02月10日 20:47来源:未知手机版

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随着IT技术的蓬勃发展,大数据、云计算及SDN等新兴技术的使用已成为未来数据中心建设新趋势,这些技术在为业务带来快速投产、高冗余度及高灵活性的同时,也在其部署的网络环境中引入了多种新型封装格式的数据包和大量的BUM类泛洪流量。而无论上层的应用架构如何变化,底层网络基础设施架构终究无法脱出经典网络的二、三层转发模式,在经典网络的二、三层转发模式中,网络环境中就有会存在广播、组播和未知单播泛洪等BUM流量。

一些必要的BUM流量如ARP解析、交换机MAC地址学习和防火墙、冗余网关热备份协议的组播心跳是网络转发所必需的行为,而超过规划可控范围外的异常BUM流量会对网络的整体转发性能造成严重影响,今天我们就结合日常网络运维工作实践,来聊一聊基础网络运维中的网络异常泛洪流量的发现、分析及优化。

BUM类流量(指三类流量的简称,包括Broadcast广播流量;Unknown Unicast未知单播流量;Multicast组播流量)是一把双刃剑,数据中心级别网络的正常运行及各系统冗余架构的部署搭建离不开BUM类流量的支持。而由于数据中心接入环境的复杂性和服务器接入带宽的差异性,过多的BUM类流量又可能会导致小带宽接入服务器的网络带宽资源被占满而引起传输性能下降。因此我们需要详细了解和区分哪些BUM流量是必需的,哪些BUM流量是异常的,要能够区分正常与异常的BUM类流量,才能够及时的控制和剔除异常BUM流量,保障数据中心网络运行性能正常。下面我们就来看一下,哪些流量属于正常的BUM类流量。

1.Broadcast广播流量

① 在数据中心网络中,ARP是一类正常范畴的Broadcast广播类流量,在网络中,同一广播域内的服务器、网关之间的通讯依靠MAC地址完成,而MAC地址一般情况下是唯一的,这样不利于服务器的灵活利用。所以通常在赋予一个服务器功能角色的同时赋予其一个IP地址。ARP信息在网络中主要负责进行ARP解析工作,即完成服务器到网关、服务器到服务器之间IP地址与MAC地址对应关系的解析,这样在已知目标服务器IP地址的情况下,就可以通过ARP获取目标服务器对应的MAC地址,再进一步完成通讯。因此,ARP流量在网络中必不可少,也是保证网络基础通讯的重要流量信息。

② 数据中心内部,启用DHCP服务的网络环境中,DHCP请求报文,也属于一类正常范畴的Broadcast广播类流量。启用DHCP的终端将通过DHCP请求报文来获取自己接入数据中心所需要的IP地址,并后续通过此IP地址进行互联通讯;

2.UnknownUnicast未知单播流量

二层网络环境中,未知单播流量是时刻存在的,这是一种单纯的受网络运行机制影响产生的泛洪类流量。在网络交换机进行MAC地址学习的过程中,一旦收到目标MAC地址未在交换机本地CAM表中缓存的数据包,就会将此类数据包进行复制,继而从本地交换机处于转发状态的接口转发出去(收到数据包的接口不转发),以完成未知目标MAC地址首次通讯。这里我们根据未知单播类报文的特点就可以总结出一条规律:所有未知单播泛洪流量在产生时,始发泛洪的交换机的CAM表一定没有被泛洪流量目标MAC地址的缓存。

3.Multicast组播流量

在目前的数据中心环境中,组播流量的应用场景不多,且大部分应用在网络、系统、数据库等环境的冗余架构心跳、多活架构信息同步及网络路由协议状态监控等场景中。较为常见的应用有冗余网关热备份协议心跳信息、防火墙心跳信息、F5多活心跳信息及OSPF等路由协议的心跳信息等。而这些心跳信息的目标组播地址均较为固定,例如HSRP的目标组播地址为224.0.0.2,OSPF的心跳信息目标组播地址为224.0.0.5等;

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