Бегущий по лезвию инфраструктуры: точная балансировка трафика стабилизирует бизнес-процессы

Каждый опытный руководитель знает, что разделение труда — залог эффективного управления. Без грамотного менеджмента, делегирования полномочий и распределения нагрузки коллектив или предприятие неизбежно столкнутся с ситуацией, когда одни сотрудники или подразделения вечно перегружены и выгорают, а другие прохлаждаются и не приносят должной пользы компании. Те же самые принципы применимы и в отношении технической составляющей, а именно ИТ-инфраструктуры, которая без правильной балансировки нагрузки может превратиться в дорогостоящую обузу.

Известно ли вам, что если вы работаете с сетями передачи данных (а вы работаете), то по умолчанию пользуетесь технологией ECMP — Equal Cost Multipass? Она представляет собой метод маршрутизации, при котором для доставки трафика используются несколько равнозначных путей. У рядового пользователя работа ECMP обычно не вызывает никаких вопросов, так как в повседневных условиях все связанные с ней процессы происходят по умолчанию. Однако в случаях, когда компания создает сетевую фабрику или строит ЦОД, без глубокого погружения в ECMP уже не обойтись и одних стандартных настроек для работы будет мало.

Если у нас в ИТ-инфраструктуре от точки А к точке Б ведут всего пара-тройка равновесных путей, то пакеты данных можно распределять между ними по тому или иному алгоритму. Но если уровней распределения будет больше, то увеличится и количество вариантов этого распределения. Тонкость заключается в том, как именно система определяет, какие пакеты по каким путям пропускать. Это происходит с помощью расчета хеша: применяется определенная математическая функция, позволяющая присвоить каждому потоку свой индекс. И так как входящие пакеты обычно имеют разные параметры адреса, порты, IP, протоколы и прочие атрибуты, то, применяя к ним функцию хеширования, мы можем получить некоторый набор уникальных хешей и организовать распределение потоков согласно набору идентификаторов.

Павел Михайлик

После раздачи данных идентификаторов все пакеты ассоциируются с бакетами (от английского bucket — ведро), а каждый бакет, в свою очередь, ассоциируется с эквивалентными ему путями, доставляющими пакеты к серверам. В упрощенном виде тут можно представить идущий сверху вниз поток трафика, который имеет четные и нечетные IP-адреса. Функция хеширования может разделить потоки оперируя остатком от деления на два — получая четную и нечетную группы. В данном случае для этих групп будет создан бакет с четными пакетами и одним прописанным для них путем и бакет с нечетными пакетами и другим путем. Если же уровней распределения будет больше, как и вычислительных узлов, то потребуется большее количество бакетов и более сложный алгоритм хеширования.

В противном случае все содержащиеся в трафике пакеты, при сохранении ранее использованного критерия выбора, на следующем уровне отбора пойдут на один и тот же узел, создавая что-то вроде «пробки». Для исключения такой ситуации, для каждого уровня деления трафика необходимо использовать разные критерии отбора, чтобы продолжать распределение по сети, а не превращать весь трафик в один «снежный ком».

Более детальная настройка маршрутизации в ходе балансировки дает возможность осуществить наиболее грамотное и рациональное распределение нагрузки по сети и в полной мере задействовать все пути доставки данных и серверы. В отсутствие такой настройки сеть в каждый момент времени будет использовать неоптимальное количество активных маршрутов, что значительно снизит качество передачи данных. В случае аварии она сможет переключиться на другой путь, который будет использоваться в качестве резервного. Но при этом эффективность использования самой инфраструктуры в рабочем режиме резко снизится, что может привести к ее перегрузке. Это применимо как к сетевому оборудованию (с коммутаторами, каналами связи и всеми необходимыми узлами), так и к серверам. В отсутствие равномерного и точного распределения нагрузки по элементам сети часть сетевого оборудования просто простаивает, тогда как другая его часть, наоборот, вынуждена работать на износ из-за неоптимальной маршрутизации трафика. Эту проблему можно решить с помощью применения технологии ECMP.