xmit_hash_policy bond参数中不同策略的值计算方法
包含分段和未分段数据包的单个 TCP 或 UDP 会话可能会看到两个接口之间的流量平衡，这可能导致无序交付。预期的用例是由多个虚拟机共享的绑定，所有虚拟机都配置为使用自己的 vlan，以提供类似 lacp 的功能，而无需具有 lacp 功能的交换硬件。对于主要使用单个大的四层流的流量，例如单个NFS挂载、单个iSCSI目标/启动器，或其他持久的单个TCP/UDP连接，该流量不能负载均衡。如果此系统
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原文地址：https://access.redhat.com/solutions/71883
环境
- Red Hat Enterprise Linux
- 在模式 2 (
balance-xor) 或模式 4 (802.3adaka LACP) 或模式 5 (balance-tlb) 或模式 6 (balance-alb) 中提供链路聚合的绑定驱动程序
问题
xmit_hash_policybond参数中不同策略的值是如何计算的？- 我们需要了解负载均衡衡算法背后的逻辑/数学的实际实现。
layer2、layer2+3、layer 3+4、encap 2+3、encap 3+4和vlan+src mac这三个策略中的每一个如何使用算法？- 使用什么公式来计算网络绑定哈希策略？
- 网络绑定中有哪些不同的哈希策略以及如何配置它？
决议
配置
xmit_hash_policy 负载均衡参数可以与 mode=2、mode=4、mode=5 和 mode=6 一起使用。 但是，mode=5 和 mode=6 只有在设置了 tlb_dynamic_lb=0 时才会应用。
例如，假设我们必须将bondX配置为mode=2 balance xor并启用xmit_hash_policy=layer2+3：
### 如果使用network service，我们可以将 ifcfg-bondX 中的 BONDING_OPTS 修改为：
BONDING_OPTS="miimon=100 mode=2 xmit_hash_policy=layer2+3"
### 如果使用 NetworkManager，我们可以使用：
# nmcli con modify bond.options "miimon=100,mode=2,xmit_hash_policy=layer2+3"
绑定设备的完整配置在以下位置讨论：
layer2
“layer2”策略使用源和目标MAC地址以及以太网协议类型的异或。
计算如下：
hash = source MAC XOR destination MAC XOR packet type ID
slave number = hash modulo slave count
该算法会将到特定网络对等方的所有流量放在同一slave上。
如果网络流量在这个系统和多个其他系统之间在同一个广播域中，这是一个很好的算法。
如果此系统与多个其它系统之间的网络流量通过默认网关，则应该考虑另一种算法。
该算法兼容802.3ad。
如果没有提供配置，这是默认策略。
layer2+3
layer2+3 策略使用源和目标 MAC 地址和 IP 地址的异或。
计算如下：
hash = source MAC XOR destination MAC XOR packet type ID
hash = hash XOR source IP XOR destination IP
hash = hash XOR (hash RSHIFT 16)
hash = hash XOR (hash RSHIFT 8)
hash = hash RSHIFT 1
slave number = hash modulo slave count
这个算法将到一个特定的IP地址所有的流量放在同一个slave上。
如果此系统与多个其他系统之间的网络流量通过默认网关，这是一个很好的算法。
如果网络流量主要在该系统和另一个系统之间，则应考虑另一种算法。
对于非 IP 流量，公式与“layer2”传输策略相同。
该算法兼容802.3ad。
layer3+4
layer3+4 策略使用源端口和目标端口以及 IP 地址的异或。
计算如下：
hash = source port , destination port (如标题)
hash = hash XOR source IP XOR destination IP
hash = hash XOR (hash RSHIFT 16)
hash = hash XOR (hash RSHIFT 8)
hash = hash RSHIFT 1
slave number = hash modulo slave count
如果此系统和另一个系统之间的网络流量使用相同的 IP 但多个端口，这个算法是一个不错的选择。
对于非 IP 流量，公式与“layer2”传输策略相同。
此算法不兼容 802.3ad 。
对于分段的 TCP 或 UDP 数据包和所有其它IP 协议流量，将省略源和目标端口信息。 该策略旨在模仿某些交换机的行为，尤其是带有 PFC2 的 Cisco 交换机以及一些 Foundry 和 IBM 产品。
包含分段和未分段数据包的单个 TCP 或 UDP 会话可能会看到两个接口之间的流量平衡，这可能导致无序交付。 大多数流量类型将不符合此标准，因为 TCP 很少对流量进行分段，并且大多数 UDP 流量不涉及扩展对话。 802.3ad 的其他实现可能会或可能不会容忍这种不合规性。
encap2+3
此策略使用与 layer2+3 相同的公式，但它依赖于 skb_flow_dissect 来获取头字段，如果使用封装协议，这可能会导致使用内部头。
这将提高隧道用户的性能，因为数据包将根据封装的流进行分发。
encap3+4
该策略使用与 layer3+4 相同的公式，但它依赖于 skb_flow_dissect 来获取头字段，如果使用封装协议，这可能导致使用内部头。
这将提高隧道用户的性能，因为数据包将根据封装的流进行分发。
vlan+srcmac
vlan+srcmac 策略使用 vlan ID 和源 MAC vendor 和源 MAC dev 的异或。
计算如下：
hash = (vlan ID) XOR (source MAC vendor) XOR (source MAC dev)
slave number = hash modulo slave count
此策略使用非常基本的 vlan ID 和源 mac 哈希来对每个 vlan 的流量进行负载平衡，并在一条支路发生故障时进行故障转移。
预期的用例是由多个虚拟机共享的绑定，所有虚拟机都配置为使用自己的 vlan，以提供类似 lacp 的功能，而无需具有 lacp 功能的交换硬件。
此功能从 RHEL 8.4 或 kernel-4.18.0-305.el8 开始提供。
Single Stream
对于主要使用单个大的四层流的流量，例如单个NFS挂载、单个iSCSI目标/启动器，或其他持久的单个TCP/UDP连接，该流量不能负载均衡。
如果需要单个持久流更快，则必须使用更快的网络接口和网络基础设施。
诊断步骤
处理哈希策略的相关代码是：
5.14.0-63.el9/drivers/net/bonding/bond_main.c
Following xmit policies are available:
#define BOND_XMIT_POLICY_LAYER2 0 /* layer 2 (MAC only), default */
#define BOND_XMIT_POLICY_LAYER34 1 /* layer 3+4 (IP ^ (TCP || UDP)) */
#define BOND_XMIT_POLICY_LAYER23 2 /* layer 2+3 (IP ^ MAC) */
#define BOND_XMIT_POLICY_ENCAP23 3 /* encapsulated layer 2+3 */
#define BOND_XMIT_POLICY_ENCAP34 4 /* encapsulated layer 3+4 */
#define BOND_XMIT_POLICY_VLAN_SRCMAC 5 /* vlan + source MAC */
/**
* bond_xmit_hash - generate a hash value based on the xmit policy
* @bond: bonding device
* @skb: buffer to use for headers
*
* This function will extract the necessary headers from the skb buffer and use
* them to generate a hash based on the xmit_policy set in the bonding device
*/
u32 bond_xmit_hash(struct bonding *bond, struct sk_buff *skb)
{
if (bond->params.xmit_policy == BOND_XMIT_POLICY_ENCAP34 &&
skb->l4_hash)
return skb->hash;
return __bond_xmit_hash(bond, skb, skb->data, skb->protocol,
skb_mac_offset(skb), skb_network_offset(skb),
skb_headlen(skb));
}
/* Generate hash based on xmit policy. If @skb is given it is used to linearize
* the data as required, but this function can be used without it if the data is
* known to be linear (e.g. with xdp_buff).
*/
static u32 __bond_xmit_hash(struct bonding *bond, struct sk_buff *skb, const void *data,
__be16 l2_proto, int mhoff, int nhoff, int hlen)
{
struct flow_keys flow;
u32 hash;
if (bond->params.xmit_policy == BOND_XMIT_POLICY_VLAN_SRCMAC)
return bond_vlan_srcmac_hash(skb, data, mhoff, hlen);
/* If the xmit_policy is set to BOND_XMIT_POLICY_LAYER2 or when packets
types are not identified (ie when bond_flow_dissect returns false),
BOND_XMIT_POLICY_LAYER2 will be used
*/
if (bond->params.xmit_policy == BOND_XMIT_POLICY_LAYER2 ||
!bond_flow_dissect(bond, skb, data, l2_proto, nhoff, hlen, &flow))
return bond_eth_hash(skb, data, mhoff, hlen);
if (bond->params.xmit_policy == BOND_XMIT_POLICY_LAYER23 ||
bond->params.xmit_policy == BOND_XMIT_POLICY_ENCAP23) {
hash = bond_eth_hash(skb, data, mhoff, hlen);
} else {
if (flow.icmp.id)
memcpy(&hash, &flow.icmp, sizeof(hash));
else
memcpy(&hash, &flow.ports.ports, sizeof(hash));
}
return bond_ip_hash(hash, &flow);
}
/* L2 hash helper */
static inline u32 bond_eth_hash(struct sk_buff *skb, const void *data, int mhoff, int hlen)
{
struct ethhdr *ep;
data = bond_pull_data(skb, data, hlen, mhoff + sizeof(struct ethhdr));
if (!data)
return 0;
ep = (struct ethhdr *)(data + mhoff);
return ep->h_dest[5] ^ ep->h_source[5] ^ ep->h_proto;
}
static u32 bond_ip_hash(u32 hash, struct flow_keys *flow)
{
hash ^= (__force u32)flow_get_u32_dst(flow) ^
(__force u32)flow_get_u32_src(flow);
hash ^= (hash >> 16);
hash ^= (hash >> 8);
/* discard lowest hash bit to deal with the common even ports pattern */
return hash >> 1;
}
static u32 bond_vlan_srcmac_hash(struct sk_buff *skb, const void *data, int mhoff, int hlen)
{
struct ethhdr *mac_hdr;
u32 srcmac_vendor = 0, srcmac_dev = 0;
u16 vlan;
int i;
data = bond_pull_data(skb, data, hlen, mhoff + sizeof(struct ethhdr));
if (!data)
return 0;
mac_hdr = (struct ethhdr *)(data + mhoff);
for (i = 0; i < 3; i++)
srcmac_vendor = (srcmac_vendor << 8) | mac_hdr->h_source[i];
for (i = 3; i < ETH_ALEN; i++)
srcmac_dev = (srcmac_dev << 8) | mac_hdr->h_source[i];
if (!skb_vlan_tag_present(skb))
return srcmac_vendor ^ srcmac_dev;
vlan = skb_vlan_tag_get(skb);
return vlan ^ srcmac_vendor ^ srcmac_dev;
}
此处，我们使用流来查找实际的数据包头信息，例如 ip 和端口详细信息。
BOND_XMIT_POLICY_ENCAP23 和 BOND_XMIT_POLICY_ENCAP34 像普通的 layer23 或 layer34 xmit 策略一样工作，但有助于解析封装的数据包并从中读取 IP 和网络标头以进行散列。
下面是根据bonding模式选择，选择数据发送接口的HASH计算:
假定拓扑
----------------
服务器
bond0
MAC: 00:1b:21:74:b6:39
IP : 169.254.92.64 = 0xA9FE5C40
UDP: 12243 = 0x2FD3
packet ID: = 0x0800 (考虑 IPv4)
NIC_Count = 2
NIC0 assigned # value: 0
NIC1 assigned # value: 1
目标
Client1
MAC: 00:1a:22:12:34:59
IP : 192.168.1.11 = 0xC0A8010A
UDP: 42424 = 0xA5B8
Client2
MAC: 00:1e:c1:07:45:1A
IP : 192.168.100.24 = 0xC0A86418
UDP: dst port 42424 = 0xA5B8
模式行为
--------------
1. layer2:
Hash = ( SRC_MAC[5] ^ DST_MAC[5] ^ packet ID ) % NIC_Count
Server --> Client1
Hash = ((0x0039 ^ 0x0059) ^ 0x0800) % 2 = 0 ---> 通过 NIC0 发送数据包
Server --> Client2
Hash = ((0x0039 ^ 0x001A) ^ 0x0800) % 2 = 1 ---> 通过 NIC1 发送数据包
2. layer2+3:
hash = source MAC XOR destination MAC XOR packet type ID
hash = hash XOR source IP XOR destination IP
hash = hash XOR (hash RSHIFT 16)
hash = hash XOR (hash RSHIFT 8)
hash = hash RSHIFT 1
slave number = hash modulo slave count
Server --> Client1
hash = (0x0039 ^ 0x0059) ^ 0x0800) = 0x0860
hash = 0x0860 ^ ( 0xA9FE5C40 ^ 0xC0A8010A ) ) = 0x6956552A
hash = 0x6956552A ^ (0x6956552A >> 16) = 0x69563C7C
hash = 0x69563C7C ^ (0x69563C7C >> 8) = 0x693F6A40
hash = 0x693F6A40 >> 1 = 0x349FB520
slave number = 0x349FB520 % 2 = 0 ---> 通过 NIC0 发送数据包
Server --> Client2
hash = (0x0039 ^ 0x001A) ^ 0x0800) = 0x0835
hash = 0x0835 ^ ( 0xA9FE5C40 ^ 0xC0A86418 ) = 0x6956306D
hash = 0x6956306D ^ (0x6956306D >> 16) = 0x6956593B
hash = 0x6956593B ^ (0x6956593B >> 8) = 0x693F0F62
hash = 0x693F0F62 >> 1 = 0x349F87B1
slave number = 0x349F87B1 % 2 = 1 ---> 通过 NIC1 发送数据包
3. layer3+4:
hash = source port , destination port (as in the header)
hash = hash XOR source IP XOR destination IP
hash = hash XOR (hash RSHIFT 16)
hash = hash XOR (hash RSHIFT 8)
hash = hash RSHIFT 1
Server --> Client1
hash = (0x2FD3 , 0xA5B8) = 0x2FD3A5B8
hash = 0x2FD3A5B8^ ( 0xA9FE5C40 ^ 0xC0A8010A ) = 0x4685F8F2
hash = 0x4685F8F2 ^ (0x4685F8F2 >> 16) = 0x4685BE77
hash = 0x4685BE77 ^ (0x4685BE77 >> 8) = 0x46C33BC9
hash = 0x46C33BC9 >> 1 = 0x23619DE4
slave number = 0x23619DE4 % 2 = 0 ---> 通过 NIC0 发送数据包
Server --> Client2
hash = (0x2FD3 , 0xA5B8) = 0x2FD3A5B8
hash = 0x2FD3A5B8 ^ ( 0xA9FE5C40 ^ 0xC0A86418 ) = 0x46859DE0
hash = 0x46859DE0 ^ (0x46859DE0 >> 16) = 0x4685DB65
hash = 0x4685DB65 ^ (0x4685DB65 >> 8) = 0x46C35EBE
hash = 0x46C35EBE >> 1 = 0x2361AF5F
slave number = 0x2361AF5F % 2 = 1 ---> 通过 NIC1 发送数据包
4. vlan+srcmac
Consider bond has VLAN interface with VLAN ID 100 and 101
hash = (vlan ID) XOR (source MAC vendor) XOR (source MAC dev)
Server wth VLAN 100(0x64) --> Client1
hash = 0x64 ^ 0x001B21 ^ 0x74B639 = 0x74AD7C
slave number = 0x74AD7C % 2 = 0 ---> 通过 NIC0 发送数据包
Server wth VLAN 101(0x65) --> Client2
hash = 0x65 ^ 0x001B21 ^ 0x74B639 = 0x74AD7D
slave number = 0x74AD7D % 2 = 1 --> 通过 NIC1 发送数据包
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