排除埠通道負載均衡中的極化故障

簡介

本文檔介紹埠通道負載均衡中可能發生的極化情況，並提供如何防止極化的建議。

必要條件

需求

思科建議您瞭解以下主題：

• 適用於Gigabit介面的連結聚合控制通訊協定(LACP) (802.3ad)
• Cisco Nexus平台

採用元件

本文件所述內容不限於特定軟體和硬體版本。

本文中的資訊是根據特定實驗室環境內的裝置所建立。文中使用到的所有裝置皆從已清除（預設）的組態來啟動。如果您的網路運作中，請確保您瞭解任何指令可能造成的影響。

背景

極化是雜湊演算法選擇網路中的特定路徑而未使用冗餘路徑的問題。

拓撲

組態

N7K1和N7K2連線在VPC中，Po100、Po200、Po300和Po301位於VPC埠通道中。

N7K1和N7K2充當純L2交換機，這些交換機上不會發生路由。

所有交換機都運行相同的埠通道負載均衡演算法。

在從N7K1和N7K2發出的流量上會出現極化問題，無論從源到目的地的流量是否在同一個VLAN中（無路由），或者它們是否位於不同的VLAN中，並且路由發生在N7K3或N7k4上。

流量傳輸

來源將多個串流傳送到目的地（具有多個來源和目的地IP位址，且每個封包的L4連線埠資訊也有所不同）。使用良好的流量混合，以確保在理想情況下，流量在埠通道成員介面之間均勻分配。

從源發出的流量到達N7k3/N7k4，然後透過N7K1/N7K2到達目的地。

N7K1和N7K2上Po100和Po200的成員鏈路中的一個鏈路發出幾乎99%的流量，另一個鏈路保持空閒。也就是說，在每台交換機N7K1和N7K2上，4/2和4/3中的一個鏈路傳輸99%的單播流量，而另一個鏈路傳輸不到1%。同樣，9/2和9/3中的一個鏈路傳輸99%的流量，而另一個鏈路傳輸不到1%。故障排除部分中的輸出顯示N7K1上Po100和Po200成員介面的流量。在N7K2上可看到類似的輸出。

無論使用的埠通道負載平衡演算法的型別如何，只要在N7K1/N7K2對和N7K3/N7K4對上使用相同的埠通道負載平衡演算法，即可發現此問題。用於檢查埠通道負載均衡演算法的命令如下所示：

N7K1# show port-channel load-balance
Warning: Per Packet Load balance configuration has higher precedence
System config:
  Non-IP: src-dst mac
  IP: src-dst ip-l4port-vlan rotate 0 
Port Channel Load-Balancing Configuration for all modules:
Module 1:
  Non-IP: src-dst mac
  IP: src-dst ip rotate 0 
Module 2:
  Non-IP: src-dst mac
  IP: src-dst ip rotate 0 
Module 3:
  Non-IP: src-dst mac
  IP: src-dst ip rotate 0 
Module 4:
  Non-IP: src-dst mac
  IP: src-dst ip-l4port-vlan rotate 0 
Module 7:
  Non-IP: src-dst mac
  IP: src-dst ip-l4port-vlan rotate 0 
Module 8:
  Non-IP: src-dst mac
  IP: src-dst ip-l4port-vlan rotate 0 
Module 9:
  Non-IP: src-dst mac
  IP: src-dst ip-l4port-vlan rotate 0

疑難排解

如果在埠通道上發現負載均衡不均衡，則可能是因為極化。

當流量到達N7K3和N7K4交換機時，它們透過N7K4的Po301和N7K3的Po300轉發到N7K1/N7K2交換機。在這裡，負載均衡演算法啟動，一些流轉發到N7K1，其他流轉發到N7K2。

最初，所有流量都會進入eth1/1上的交換機N7K3/N7K4，根據src-dst IP地址和l4埠資訊，某些流在指向N7K1的鏈路上被雜湊，而其它流在指向N7K2的鏈路上被雜湊。雜湊操作基於交換機計算的rbh值來完成。為簡單起見，我們假設交換機根據使用的負載均衡演算法，將傳入流量分為兩個流（流X和流Y）。流X從一個埠通道成員鏈路傳送出去，流Y從另一個埠通道成員鏈路傳送出去。

現在，當流量落在N7K1/N7K2對上時，可能發生兩種情況。（考慮X和Y可以互換。）

案例1：

N7K3將流X傳送到N7K1並將流Y傳送到N7K2

N7K4將流Y傳送到N7K1並將流X傳送到N7K2

案例2：

N7K3將流X傳送到N7K1並將流Y傳送到N7K2

N7K4將流X傳送到N7K1並將流Y傳送到N7K2

在案例1中，N7K1和N7K2接收兩種型別的流（流X和流Y），即使在使用與N7K3/N7K4相同的埠通道負載均衡演算法之後，也不會出現極化，因為流從不同鏈路上的Po100和Po200輸出。因此，我們看到埠通道成員介面之間的流量分配更佳。

在案例2中，N7K1僅接收流X，N7K2僅接收流Y，如果這些交換機上使用的埠通道負載均衡演算法與N7K3/N7K4對中使用的演算法相同，則這可能會產生極化。由於N7K1和N7K2使用相同的埠通道負載均衡演算法，因此N7K1僅在Po100/Po200的一個成員鏈路上傳送流X，而另一個成員鏈路不轉發任何流量。同樣，N7K2隻在Po100/Po200的一個成員鏈路上傳送流Y，而另一個成員鏈路不轉發任何流量。

由於交換機N7K1和N7K2接收的流量已分類為begin，因此僅使用一個埠通道成員鏈路將所有傳入流量從交換機N7K1/N7K2傳送出去，而從另一個成員鏈路傳送的任何流量都不傳送。在傳入流量速率超過單埠通道鏈路的頻寬的情況下，由於另一埠通道成員鏈路不會轉發此流量，因此可能會丟棄額外的流量。

在port-channel中使用兩個以上的連結時，可能會發生類似問題。例如，如果埠通道中使用了四個鏈路，則根據雜湊的情況，要麼不會發生偏振，要麼我們看到部分偏振，其中四個埠通道成員鏈路中只有兩個用於轉發所有傳入流量。其他兩個連結不會轉寄任何內容

極化是由設計引起的，因此分析設計以確保沒有極化發生。輸出表明N7k1上的Po100和Po200上發生極化（在N7K2上也可以看到類似的輸出）。

N7K1# show port-channel summary | i 200
200   Po200(SU)   Eth      LACP      Eth9/2(P)    Eth9/3(P)

N7K1# show port-channel traffic interface port-channel 200
NOTE: Clear the port-channel member counters to get accurate statistics
ChanId      Port Rx-Ucst Tx-Ucst Rx-Mcst Tx-Mcst Rx-Bcst Tx-Bcst
------ --------- ------- ------- ------- ------- ------- -------
   200    Eth9/2    0.0%  99.99%  44.44%   4.00%    0.0% 100.00%
   200    Eth9/3    0.0%   0.00%  55.55%  96.00%    0.0%    0.0%

N7K1# show port-channel summary | i 100
100   Po100(SU)  Eth      LACP      Eth4/2(P)    Eth4/3(P)

N7K1# show port-channel traffic interface port-channel 100
NOTE: Clear the port-channel member counters to get accurate statistics
ChanId      Port Rx-Ucst Tx-Ucst Rx-Mcst Tx-Mcst Rx-Bcst Tx-Bcst
------ --------- ------- ------- ------- ------- ------- -------
   100    Eth4/2    0.0%  99.99%  40.55%   7.00%    0.0% 100.00%
   100    Eth4/3    0.0%   0.00%  54.44%  93.00%    0.0%    0.0%

因應措施

本節介紹一些用於確保不會發生極化的解決方法。

• 正確設計：由於導致偏振的主要原因是設計不當，因此最好確保我們更改網路設計，以確保拓撲中沒有出現偏振的空間。

如果無法對設計進行變更，我們可以執行下列動作。

• 在交換機的每個級別上使用不同的埠通道負載均衡演算法（N7K1/N7k2對使用一種演算法，N7K3//N7k4對使用另一種演算法）。當負載均衡演算法發生更改時，N7k1/N7k2交換機現在會根據N7k3/N7k4交換機所用資訊以外的某些其他資訊對傳入流量進行雜湊。因此，傳出流量使用所有埠通道成員鏈路。（選擇哪種演算法取決於交換機收到的流量型別。）

• 如果要使用相同的負載均衡演算法，請在交換機的每一層使用不同的旋轉值。 rotate 命令透過按使用者配置的位元組偏移雜湊輸入，在雜湊演算法中引入隨機性，有助於避免極化。（N7k1/N7k2對使用一個旋轉值，N7k3/N7k4對使用不同的旋轉值。）