交換機鍊路聚合負載均衡算法原理 推薦

在2011年初我學習交換機鍊路聚合技術的時候，心中一直有一個疑問：

交換機收到一個封包，到達聚合口的時候，是怎麼選擇成員口出去的呢？

是随機選的嗎？還是按成員編号從小到大或從大到小輪循？如果選擇源IP算法，是怎麼實作不同源IP就走不同的端口的呢？那時網上也找不到介紹，這個疑問，直到2011年底做測試工程師時，才得到研發兄弟的回答，一直記在心裡，總想找個時間釋出到網上，讓更多人知道，原來負載均衡算法其實是這麼的簡單！

鍊路聚合的主要作用是增加帶寬，增加可靠性，防止二層環路。在這兒，我不讨論這技術為何而來與作何而用了，隻說說封包到達聚合口時，是怎麼選擇出端口的。

2012年底測試一個交換機項目時，和另一家公司(是大企業)是競争關系，我負責測試本公司交換機(中小企業)，名稱就都不說了。

在進行入網測試時，工信部測試人員引入真實流量，分光成兩份，分别進入兩家廠商的交換機，交換機上配置同樣的負載分擔算法（如：都是SIP hash），同樣的聚合組成員數（如：32個）。測試結果是：真實流10G兩分鐘，兩家廠商各成員接口輸出封包一模一樣（判斷出兩家廠商負載均衡算法一模一樣）。由此我才深深感歎，原來牛逼的廠商用的算法也不過如此而已（以前一直覺得大企業肯定很牛逼，事實最後的測試結果報告還不如我們）。

在交換機内部，每建立一個聚合組時，底層同時建立對應該聚合組的一個hash表，該表存在于交換晶片上，hash表内容如下(簡化)：

左列index為晶片的硬性支援，現在一般是256,512,1024，更高的未見過。index數量越高，負載分擔越均衡。

這兒以3個成員為例：

index

interface

eth0_0

1

eth0_1

2

eth0_2

3

4

 eth0_1

5

.

1022

1023

交換機裡有專門的線程，實時檢測聚合組有效成員，一旦成員狀态發生變化，立即重新整理hash表項。

順便談談重新整理HASH表這個技術。

工程師up/down成員口，底層就必須實時的重新整理成員（這兒比較考驗廠商技術），重新整理速度越慢，成員狀态變動時丢包越多。技術最強的如cisco，可以做到up/down成員口時，不丢包。而我公司最初會丢一秒鐘的包（研發設計思路問題）。後來優化後才達到up/down成員端口，有0.0幾秒的丢包，無法做到不丢包。

up/down分析：當工程師在指令行up/down聚合組成員時，底層表項會有那麼一丁點兒的響應時間重新整理表項，這丁點兒時間，已經down掉的接口還存在hash表裡，而封包是一直都有的，正好被hash到這個無效的出端口的封包都會被丢棄！）

雖然底層有了一張HASH表，那麼到底是怎麼利用這張表的呢？

1）工程師設定端口成員與HASH算法，如SIP、DIP、SIP+DIP、SIP+DIP+SP+DP等。

2）交換機根據成員生成HASH表，根據算法提取封包中相應内容。

3）使用特定HASH值的計算方法，把提取的内容計算出一個10bits的值。

4）找到底層HASH表項中該值對應的出端口。

5）把封包從這個出端口轉發出去。

 xor是異或運算，即兩個值不相同，則異或結果為真；反之，為假。不同為1，相同為0。

1、SIP（源IP）

 1）SIP xor 0 得到一個32bit的值.

 2）然後作高16bits和低16bits的xor.

 3）再用16bits的15-12bits與11-8bitsxor,将得到的4bits替換到11-8bits,得到12bits右移2位得到10bits的hash值

注：10bits的值必然是0-1023裡的一個數，該index對應的interface是多少，就從該接口轉發出去。（相同的IP必然是相同的hash值）

2、DIP（目的IP）

同SIP

3、SIP+DIP（源IP+目的IP）

1）DIP xor SIP得到一個32bits的值。

2）然後作高16bits和低16bits的xor。

3）再用16bits的15-12bits與11-8bitsxor,将得到的4bits替換到11-8bits,得到12bits右移2位得到10bits的hash值。

4、SIP+DIP+SP+DP(源位址 + 目的位址 + 源端口 + 目的端口)

1）SIP xor DIP得到32bit的值value1

2）hashtemp1的低16bits xor SP 得到32bit的hashtemp2

3）hashtemp2 的低 16bit xor DP 得到 32bit 的hashtemp3

4）然後作高16bits和低16bits的xor

5）再用16bits的15～12bits和11～8bits xor，将得到的4bits替換到11～8bits，得到12bits右移2位得到10bits的hash值

看完之後，是否發現，原來負載均衡算法是如此的容易！

很多看起來高端的技術，不是做不到，而是想不到。