适用于 VCF 设备的高可用性负载均衡

本文档介绍了 VMware solution on Google Cloud 中的区域级内部负载均衡器和可用区级网络端点组 (NEG) 如何为部署在虚拟私有云 (VPC) 底层中的 VMware Cloud Foundation (VCF) 管理设备提供第 2 层高可用性、虚拟机移动性 (vMotion) 和自动故障切换，如下图所示（点击可放大）：

内部负载均衡器和区域级后端服务，在 vMotion 期间通过可用区级 NEG 使用 GARP_RA 引导流量。 内部负载均衡器和区域级后端服务，在 vMotion 期间通过可用区级 NEG 使用 GARP_RA 引导流量。

为什么底层设备需要负载均衡器

在本地数据中心，管理虚拟机（例如 vCenter Server、SDDC Manager 和集群化 NSX Manager 节点）依赖于物理第 2 层广播域。当设备发生故障切换或使用 vMotion 在 ESXi 主机之间迁移时，设备会广播免费 ARP (GARP) 数据包，以更新物理机架顶端 (ToR) 交换机的 MAC 地址表，从而使其 IP 地址在物理服务器之间浮动。

Google Cloud VPC 网络是路由的第 3 层软件定义网络 (SDN)，具有以下行为：

  • 每个 IP 地址都以编程方式绑定到 SDN 转发表中特定的 Compute Engine 虚拟网络接口 (vNIC)。
  • VPC 路由平面不依赖于物理交换机 MAC 学习来将第 3 层流量路由到浮动 IP 地址。
  • 如果底层管理虚拟机迁移到其他裸机 ESXi 主机，则 VPC 路由表需要一种明确的机制，将该设备 IP 地址的流量引导到新的主机接口。

为了支持 IP 移动性，而无需手动更新路由或重新寻址虚拟机，VMware 解决方案会为每个浮动底层管理设备预配一个配置了快速 IP 移动 (GARP_RA) 的区域级内部直通式网络负载均衡器。

高可用性架构组件

VMware 解决方案中的每个网络设备都使用三层Google Cloud 负载均衡架构来支持高可用性和 vMotion 移动性：

可用区级网络端点组 (NEG)

  • 构造类型：在目标 VPC 子网中配置的 GCE_VM_IP_DEDICATED_BACKEND 类型的可用区级 NEG。
  • 功能：每个可用区中的专用 NEG 会对属于集群 vMotion 移动性网域的所有裸机 ESXi 实例的主要或动态网络接口进行分组。
  • 可重用性：同一集群和子网中的所有底层设备负载均衡器共享一组可用区级 NEG。

具有快速 IP 移动功能的区域级后端服务

  • 构造类型：引用集群的可用区级 NEG 的区域级后端服务（loadBalancingScheme: INTERNAL、protocol: UNSPECIFIED）。
  • 故障切换政策 (haPolicy)：已配置 fastIPMove: GARP_RA。
  • 功能：指示 Google Cloud Andromeda 数据平面监控启用了广播的子网，以查找管理设备虚拟机发出的 GARP 和路由器通告 (RA) 帧，并动态更新活跃后端主机。

区域级内部直通式网络负载均衡器

  • 构造类型：使用设备的预留虚拟 IP (VIP) 地址配置的区域级内部转发规则。
  • 功能：用作管理设备或集群 VIP 的永久性 IP 端点。管理员、工作负载和其他 VCF 组件会连接到此 VIP 地址。

通过专用 NEG 实现底层高可用性

当多个网络接口（例如主 nic0 接口和加 VLAN 标签的动态 NIC）连接到同一 VPC 网络时，标准 GCE_VM_IP NEG 无法定位到任意子接口。相反，VMware 解决方案使用 GCE_VM_IP_DEDICATED_BACKEND NEG，其运作方式如下：

  • 自动接口定位：自动挂接与 NEG 的子网匹配的特定主要 vNIC 或 Dynamic NIC。
  • 每个可用区一个 NEG：配置了 GCE_VM_IP_DEDICATED_BACKEND NEG 的区域级后端服务在每个可用区只能包含一个 NEG。
  • 内部高可用性政策要求：仅为使用 haPolicy 的内部直通式网络负载均衡器 (loadBalancingScheme: INTERNAL) 配置的区域级后端服务支持 GCE_VM_IP_DEDICATED_BACKEND NEG。

广播子网的高可用性政策限制

在启用了 ARP 广播和 MAC 学习的子网中部署 haPolicy 后端服务时，请遵循以下规则：

  • 负载均衡方案：仅支持内部直通式网络负载均衡器 (INTERNAL)。
  • 子网对齐：给定后端服务的所有可用区中的所有后端 NEG 必须属于同一 VPC 子网。
  • 转发规则映射：配置了广播 NEG 的后端服务只能由一个转发规则引用。
  • 不可变的后端子网类型：您必须在创建后端服务时附加 ARP 广播子网中的后端；您以后无法将其替换为非广播子网中的后端。

防止 HA 政策交叉声明

在启用了 ARP 广播的子网中，如果属于某个 HA 政策后端服务的主机接口为该政策的转发规则 VIP 广播 GARP 帧，则该主机接口可能会暂时声明对不相关 HA 政策的领导权。

为防止意外交叉声明，请在相应子网中运行的所有高可用性政策后端服务中添加完全相同的 ESXi 主机后端集（集群可用区级 NEG 中的所有主机）。

后续步骤