新世代虛擬網路交換器 Switch Embedded Teaming

jeffluo

前言

    微軟新世代 Windows Server 2016 雲端作業系統，在 2014 年 10 月 1 日時正式發佈第一版的「技術預覽（Technical Preview，TP1）」版本，接著在 2015 年 5 月發佈 TP2 技術預覽版本、2015 年 8 月發佈 TP3 技術預覽版本。最新版本，則是在 2015 年 11 月時所發佈的 TP4 技術預覽版本。

本文，將介紹在微軟新世代 Windows Server 2016 雲端作業系統當中，可整合 RDMA（Remote Direct Memory Access）特色功能，並同時建立虛擬交換器及網路小組的「SET（Switch Embedded Teaming）」網路機制。

SMB Direct（RDMA）機制簡介

    事實上，從 Windows Server 2012 / 2012 R2 版本開始，便支援「SMB Direct」特色功能，這項功能支援 RDMA（Remote Direct Memory Access）的網路卡進行資料傳輸，簡單來說採用支援 RDMA 的網路卡，將可以達到「增加資料傳輸量、降低延遲時間、低 CPU 使用率」的效果。

( 上圖為未支援 RDMA 功能網路卡的資料傳輸方式 )

圖片來源： MVA 微軟虛擬學院： 混合雲工作負載-儲存與備份

( 上圖為支援 RDMA 功能網路卡的資料傳輸方式 )

圖片來源： MVA 微軟虛擬學院： 混合雲工作負載-儲存與備份

SET（Switch Embedded Teaming）機制簡介

    但是，在舊版 Windows Server 2012 R2 運作環境中有項限制，當 Hyper-V 主機若配置支援 RDMA 功能的網路卡時，那麼所採用的 RDMA 網路卡將「不支援」建立「網路卡小組（NIC Teaming）、虛擬交換器（Virtual Switch）」，簡單來說 RDMA 網卡只能專用於儲存網路而已。

( 上圖為 Windows Server 2012 R2 RDMA 網路卡只能專用於儲存網路 )

圖片來源： Microsoft Ignite 2015 – The Power of the Windows Server Software Defined Datacenter in Action

    現在，新版 Windows Server 2016 雲端作業系統中已經解除這項限制，你可以為使用 RDMA 網卡建立虛擬交換器及網路卡小組，同時若要使虛擬交換器支援 RDMA 特色功能的話，只要採用「SET（Switch-Embedded Teaming）」即可。

( 上圖為 Windows Server 2016 RDMA 網卡支援虛擬交換器 )

圖片來源： Microsoft Ignite 2015 – The Power of the Windows Server Software Defined Datacenter in Action

    值得注意的部分是，在結合網路卡小組機制時 SET 僅支援「交換器獨立（Switch Independent）」模式，並且在負載平衡演算法部分也僅支援「動態（Dynamic）」、「Hyper-V連接埠（Hyper-V Port）」。

建立SET（Switch Embedded Teaming）

    首先，必須確認主機配置的網路卡支援 RDMA 功能，才能著手建立 SET（Switch Embedded Teaming），在本文的實作環境中，採用的 RDMA 網路卡為 Mellanox ConnectX-3 Pro，安裝最新版本的驅動程式後，便可以使用「Get-NetAdapterRdma」指令來確認網路卡是否支援 RDMA 特色功能。

( 上圖為確認網路卡是否支援 RDMA 功能 )

    確認網路卡支援 RDMA 功能之後，便可以著手建立支援 RDMA 功能的 Hyper-V 虛擬交換器，與以往不同的是必須在建立虛擬交換器指令的結尾加上「-EnableEmbeddedTeaming $true」才行。此時，你會發現建立後的 Hyper-V 虛擬交換器尚未支援 RDMA 功能，所以你可以看到在 Enabled 欄位中該項目的欄位值為「False」。

( 上圖為剛建立的 Hyper-V SET 虛擬交換器仍尚未支援 RDMA 功能 )

請使用「Enable-NetAdapterRdma」指令，搭配剛才所建立的 Hyper-V 虛擬交換器名稱，便可以為 Hyper-V 虛擬交換器啟用支援 RDMA 的功能。

( 上圖為指定的 Hyper-V 虛擬交換器啟用支援 RDMA 的功能 )

    最後值得注意的部分是，目前主流的兩種 RDMA 協定為 RoCE（RDMA over Converged Ethernet），以及 iWARP（Internet Wide Area RDMA Protocol）。

倘若，企業或組織使用的 RDMA 網路卡採用 RoCE 協定的話，那麼採用的網路交換器「必須」要支援並啟用「DCB（Data Center Bridging）」功能，並且 Hyper-V 主機也必須安裝「Data Center Bridging」伺服器功能，同時還要設定「PFC（Priority Flow Control）」機制，那麼 RDMA 機制才能夠順利運作。

若是採用支援 iWARP 協定的 RDMA 網路卡，雖然無須依賴交換器 DCB 功能並且 Hyper-V 主機也不用安裝 DCB 及設定 PFC 的優點，但普遍來說搭配支援 DCB 特色功能網路交換器的運作環境，可以更容易透過 DCB 功能達成硬體式 QoS 網路流量的目的。