Интеллектуальные буферы Cisco Nexus 9000 в сети VXLAN/EVPN

По мере перехода клиентов на сетевые структуры, основанные на технологии Virtual Extensible Local Area Network/Ethernet Virtual Private Network (VXLAN/EVPN), часто возникают вопросы о последствиях для производительности приложений, механизмов обеспечения качества обслуживания (QoS) и предотвращения перегрузки. В этой статье блога рассматриваются некоторые области, вызывающие путаницу и беспокойство, и затрагиваются несколько рекомендаций по максимальному использованию коммутаторов Cisco Nexus 9000 для развертывания инфраструктуры центров обработки данных за счет использования доступных возможностей интеллектуальной буферизации.

Каковы возможности интеллектуальной буферизации в Nexus 9000?

Коммутаторы Cisco Nexus серии 9000 реализуют архитектуру общей памяти с буферизацией выхода. Каждый физический интерфейс имеет 8 настраиваемых пользователем выходных очередей, которые конкурируют за емкость общего буфера при возникновении перегрузки. Алгоритм приема буфера, называемый Dynamic Buffer Protection (DBP), включенный по умолчанию, обеспечивает справедливый доступ к доступному буферу среди любых перегруженных очередей.
В дополнение к DBP две ключевые функции – Approximate Fair Drop (AFD) и Dynamic Packet Priorityation (DPP) – помогают ускорить установление начального потока, сократить время завершения потока, избежать накопления перегрузок и сохранить запас буфера для поглощения микровзрывов.
AFD использует встроенные аппаратные возможности для разделения отдельных потоков из 5 кортежей на две категории - потоки elephant и потоки mouse.:

• Интеллектуальные буферы Cisco Nexus 9000 в сети VXLAN/EVPN - Блоги Cisco
• Блоги Cisco

Вместо постановки пакетов в первоначально назначенную очередь, где потенциально более вероятна перегрузка, DPP переместит эти исходные пакеты в очередь с более высоким приоритетом - очередь со строгим приоритетом (SP) или просто очередь циклического перебора с более высоким взвешенным дефицитом (DWRR) – что приводит к ускоренной доставке пакетов с очень низкой вероятностью перегрузки.
Если поток продолжается сверх заданного количества пакетов, пакеты больше не продвигаются – последующие пакеты в потоке проходят первоначально назначенную очередь. Тем временем другие недавно наблюдаемые потоки будут поощряться и получат преимущество в виде более быстрого установления сеанса и завершения потока для потоков с коротким сроком службы.

Трафик AFD и UDP

Один из часто задаваемых вопросов об AFD заключается в том, целесообразно ли использовать его с трафиком по протоколу пользовательских дейтаграмм (UDP). AFD сам по себе не проводит различия между различными типами протоколов, он только определяет, является ли данный поток из 5 кортежей elephant или нет. Обычно мы заявляем, что AFD не следует включать в очередях, которые передают трафик, отличный от TCP. Конечно, это чрезмерное упрощение – например, UDP-приложение с низкой пропускной способностью никогда не будет помечено AFD или отброшено, потому что оно никогда не будет помечено как elephant flow в первую очередь.
Напомним, что AFD может либо помечать трафик с помощью ECN, либо отбрасывать трафик. При маркировке ECN сопутствующий ущерб приложению с поддержкой UDP маловероятен. Если помечен ECN CE, то либо приложение распознает ECN и отрегулирует скорость передачи, либо полностью проигнорирует маркировку. Тем не менее, AFD с маркировкой ECN не сильно поможет избежать перегрузки, если приложение на основе UDP не поддерживает ECN.
С другой стороны, если вы настроите AFD в режиме сброса, приложения UDP с устойчивой пропускной способностью могут испытывать проблемы с производительностью.15:34
 
UDP не имеет каких-либо встроенных механизмов управления перегрузкой – отброшенные пакеты просто никогда не будут доставлены и не будут повторно переданы, по крайней мере, не на основе какого-либо механизма UDP. Поскольку AFD настраивается для каждой очереди, в этом случае лучше просто классифицировать трафик по протоколу и гарантировать, что трафик из приложений на основе UDP с высокой пропускной способностью всегда использует очередь, не поддерживающую AFD.

Что такое ткань VXLAN/EVPN?

VXLAN/EVPN - одна из самых быстрорастущих сетевых технологий центров обработки данных за последнее время. VXLAN/EVPN состоит из двух ключевых элементов: инкапсуляции плоскости данных, VXLAN; и протокола плоскости управления, EVPN.
Вы можете найти множество подробностей и обсуждений этих технологий на cisco.com , а также из многих других источников. Хотя подробное обсуждение выходит за рамки этого поста в блоге, когда речь заходит о QOS и управлении перегрузками в контексте VXLAN/EVPN fabric, в центре внимания находится инкапсуляция плоскости данных. Инкапсуляция плоскости данных VXLAN с акцентом на внутреннее и внешнее поля DSCP/ECN.

VXLAN инкапсулирует наложенные пакеты во “внешних” заголовках IP/UDP/VXLAN. Как внутренний, так и внешний заголовки содержат поля DSCP и ECN.
С помощью VXLAN коммутатор Cisco Nexus 9000, служащий входной конечной точкой туннеля VXLAN (VTEP), принимает пакет, созданный рабочей нагрузкой overlay, инкапсулирует его в VXLAN и пересылает в структуру. В процессе коммутатор копирует значения DSCP и ECN внутреннего пакета во внешние заголовки при выполнении инкапсуляции.
Транзитные устройства, такие как fabric spines, пересылают пакет на основе внешних заголовков для достижения выходного VTEP, который декапсулирует пакет и передает его в неинкапсулированном виде конечному адресату. По умолчанию оба поля DSCP и ECN копируются из внешнего IP-заголовка во внутренний (теперь декапсулированный) IP-заголовок.
В процессе обхода структуры оверлейный трафик может проходить через несколько коммутаторов, каждый из которых применяет политики обеспечения качества и очередей, определенные администратором сети. Эти политики могут быть просто конфигурациями по умолчанию или состоять из более сложных политик, таких как классификация различных приложений или типов трафика, отнесение их к уникальным классам и управление планированием и управлением перегрузками для каждого класса.
Как работают возможности интеллектуального буфера в VXLAN Fabric?
Учитывая, что плоскость данных VXLAN является инкапсуляцией, пакеты, проходящие через коммутаторы fabric, состоят из исходного пакета TCP, UDP или другого протокола внутри оболочки IP/UDP/VXLAN. Что приводит к вопросу: как интеллектуальные буферные механизмы ведут себя с таким трафиком?
Как говорилось ранее, UDP-приложения с устойчивой пропускной способностью потенциально могут испытывать проблемы с производительностью при обходе очереди с поддержкой AFD. Однако здесь мы должны сделать очень важное различие – VXLAN - это не “родное” UDP-приложение, а скорее туннельная инкапсуляция на основе UDP. Хотя на уровне туннеля не учитывается перегрузка, исходные туннелированные пакеты могут передавать любой вид трафика приложений – TCP, UDP или практически любой другой протокол.
Таким образом, для оверлейного приложения на основе TCP, если AFD либо помечает, либо отбрасывает пакет, инкапсулированный в VXLAN, исходный стек TCP по-прежнему принимает пакеты, помеченные ECN, или пропускает порядковый номер TCP, и эти механизмы приведут к снижению скорости передачи TCP. Другими словами, первоначальная цель по–прежнему достигнута - перегрузки удается избежать, заставляя приложения снижать свою скорость.
Аналогичным образом, приложения наложения на основе UDP с высокой пропускной способностью будут реагировать точно так же, как на маркировку AFD или отбрасывание в среде, отличной от VXLAN.15:34
 
Если у вас приложения на основе UDP с высокой пропускной способностью, мы рекомендуем классифицировать их на основе протокола и обеспечить назначение этих приложений в очереди, не поддерживающие AFD.
Что касается DPP, в то время как приложения на основе TCP принесут наибольшую пользу, особенно при начальной настройке потока, приложения на основе UDP также могут извлечь выгоду. С помощью DPP короткоживущие потоки TCP и UDP переводятся в очередь с более высоким приоритетом, что ускоряет время завершения потока. Следовательно, включение DPP в любой очереди, даже в тех, которые несут UDP-трафик, должно оказать положительное влияние.

Ключевые рекомендации на вынос

Тканевые конструкции VXLAN /EVPN получили значительное распространение в последние годы, и обеспечение превосходных эксплуатационных характеристик имеет первостепенное значение. Коммутаторы Cisco Nexus серии 9000 с их аппаратными возможностями интеллектуальной буферизации гарантируют, что даже в среде оверлейных приложений вы сможете максимально эффективно использовать доступный буфер, минимизировать перегрузку сети, ускорить время установления и завершения потока и избежать сбоев из-за микроперерывов.15:34

Получить подробную информацию или проконсультироваться можно на сайте официального поставщика Cisco в России.