VCF 設備的高可用性負載平衡

本文說明 Google Cloud 中的 VMware 解決方案如何透過區域性內部負載平衡器和可用區網路端點群組 (NEG)，為部署在虛擬私有雲 (VPC) 底層的 VMware Cloud Foundation (VCF) 管理設備提供第 2 層高可用性、虛擬機器遷移 (vMotion) 和自動容錯移轉功能，如下圖所示 (點選可放大)：

內部負載平衡器和區域性後端服務，在 vMotion 期間透過可用區 NEG 使用 GARP_RA 轉送流量。 內部負載平衡器和區域性後端服務，在 vMotion 期間透過可用區 NEG 使用 GARP_RA 轉送流量。

為何底層設備需要負載平衡器

在地端部署資料中心，管理虛擬機器 (例如 vCenter Server、SDDC Manager 和叢集 NSX Manager 節點) 仰賴實體第 2 層廣播網域。當設備容錯移轉或使用 vMotion 在 ESXi 主機之間遷移時，設備會廣播 Gratuitous ARP (GARP) 封包，更新實體機架頂端 (ToR) 交換器的 MAC 位址表，讓其 IP 位址在實體伺服器之間浮動。

Google Cloud 虛擬私有雲網路是路由式第 3 層軟體定義網路 (SDN)，具有下列行為：

  • 每個 IP 位址都會透過程式繫結至 SDN 轉送表中的特定 Compute Engine 虛擬網路介面 (vNIC)。
  • 虛擬私有雲路由層不依賴實體交換器 MAC 學習，將第 3 層流量轉送至浮動 IP 位址。
  • 如果底層管理 VM 移至其他裸機 ESXi 主機，虛擬私有雲路由表需要明確機制，將該設備 IP 位址的流量導向新的主機介面。

為支援 IP 行動性，且不需手動更新路由或重新定址 VM，VMware 解決方案會為每個浮動底層管理設備，佈建設定了快速 IP 移動 (GARP_RA) 的區域性內部直通式網路負載平衡器。

高可用性架構元件

VMware 解決方案中的每個網路設備都採用三層式Google Cloud 負載平衡架構，可支援高可用性和 vMotion 行動性：

可用區網路端點群組 (NEG)

  • 建構類型：在目標虛擬私有雲子網路中設定的 GCE_VM_IP_DEDICATED_BACKEND 類型可用區 NEG。
  • 功能：每個可用區中的專屬 NEG 會將屬於叢集 vMotion 行動網域的所有裸機 ESXi 執行個體的主要或動態網路介面分組。
  • 可重複使用性：同一叢集和子網路中的所有底層設備負載平衡器，都會共用一組可用區 NEG。

具備 IP 快速遷移功能的區域性後端服務

  • 建構類型：參照叢集可用區 NEG 的區域性後端服務 (loadBalancingScheme: INTERNAL、protocol: UNSPECIFIED)。
  • 容錯移轉政策 (haPolicy)：使用 fastIPMove: GARP_RA 設定。
  • 函式：指示 Google Cloud Andromeda 資料層監控已啟用廣播的子網路，找出管理設備 VM 發出的 GARP 和路由器通告 (RA) 框架，並動態更新有效的後端主機。

區域性內部直通式網路負載平衡器

  • 建構類型：使用設備的保留虛擬 IP (VIP) 位址設定的區域性內部轉送規則。
  • 功能：做為管理設備或叢集 VIP 的永久 IP 端點。管理員、工作負載和其他 VCF 元件會連線至這個 VIP 位址。

使用專屬 NEG 確保底層高可用性

如果有多個網路介面 (例如主要 nic0 介面和標記 VLAN 的動態 NIC) 連線至同一個虛擬私有雲網路，標準 GCE_VM_IP NEG 就無法指定任意子介面。VMware 解決方案則使用 GCE_VM_IP_DEDICATED_BACKEND NEG，運作方式如下：

  • 自動指定介面目標：自動附加與 NEG 子網路相符的特定主要 vNIC 或 Dynamic NIC。
  • 每個可用區一個 NEG：設定 GCE_VM_IP_DEDICATED_BACKEND NEG 的區域性後端服務，每個可用區只能包含一個 NEG。
  • 內部高可用性政策規定：GCE_VM_IP_DEDICATED_BACKEND NEG 僅支援為使用 haPolicy 的內部直通式網路負載平衡器 (loadBalancingScheme: INTERNAL) 設定的區域性後端服務。

廣播子網路的高可用性政策限制

在啟用 ARP 廣播和 MAC 學習功能的子網路中部署haPolicy後端服務時，適用下列規則：

  • 負載平衡架構：僅支援內部直通式網路負載平衡器 (INTERNAL)。
  • 子網路一致性：特定後端服務的所有可用區中，所有後端 NEG 都必須屬於同一個虛擬私有雲子網路。
  • 轉送規則對應：設定廣播 NEG 的後端服務只能由一項轉送規則參照。
  • 不可變更的後端子網路類型：建立後端服務時，必須在 ARP 廣播子網路中附加後端，之後無法替換成非廣播子網路中的後端。

避免 HA 政策交叉聲明

在啟用 ARP 廣播的子網路中，如果屬於某個高可用性政策後端服務的主機介面，為該政策的轉送規則 VIP 廣播 GARP 框架，則該介面可能會暫時取得不相關高可用性政策的主導權。

為避免意外交叉宣告，請在該子網路中運作的所有高可用性政策後端服務，加入完全相同的 ESXi 主機後端組合 (叢集可用區 NEG 中的所有主機)。

後續步驟