Nel primo post abbiamo visto le caratteristiche principali del Network Load Balancing (NLB), mentre in questo approfondiremo le modalità di funzionamento: Unicast e Multicast.

Come abbiamo visto nel precedente post, è fondamentale che tutti i nodi ricevano le richieste dei client destinate al Virtual IP assegnato al cluster. L’algoritmo, su ciascun host, potrà in questo modo processare le richieste e stabilire quale di questi sarà designato a gestire la richiesta, mentre gli altri semplicemente la scarteranno.

Entrambi i metodi permettono di raggiungere quest’obiettivo, vediamo come funzionano.

UNICAST

Questa è la configurazione di default ed è quella che la stragrande maggioranza dei nostri clienti adotta.
Quando questa modalità è abilitata, un MAC Address “virtuale” rimpiazza quello della NIC, per cui sia il Virtual IP (VIP) che l' IP dedicato (DIP) verranno risolti con questo nuovo indirizzo.

Il nuovo MAC Address avrà questa forma:
02-bf-WW-XX-YY-ZZ
dove WW-XX-YY-ZZ è il valore esadecimale del VIP.

Al fine di distribuire le richieste per il VIP a tutti i nodi, e per evitare che l’utilizzo di un unico MAC Address per tutti gli host del cluster causi un conflitto, NLB “maschera” il MAC di tutti i pacchetti in uscita.

Ogni nodo appartenente al cluster è identificato da un numero progressivo univoco configurabile da interfaccia grafica: il "masking" avviene sostituendo il secondo byte dell’indirizzo MAC virtuale con l' host ID del nodo, che sarà quindi diverso per ogni interfaccia che partecipa al cluster.

Ad esempio:

02-bf-0a-00-00-01 -> 02-09-0a-00-00-01

Diamo un’occhiata ad una ARP reply di una richiesta per il MAC address del VIP:

image_thumb12

Come possiamo vedere nella risposta, il frame ethernet riporta il MAC address “mascherato” del nodo 2, 02:02:c0:a8:00:01; da notare invece che l’ ARP header mostra il MAC address del cluster 02:bf:c0:a8:00:01; ricordiamo che i router, e i client, controllano il MAC address presente nell' ARP header e non nell’ethernet header, mentre gli switch, per mappare un indirizzo ad una porta utilizzano quello contenuto nell’Ethernet header.

Quando un client dovrà raggiungere il Virtual IP del cluster, questo sarà risolto correttamente con il MAC virtuale comune a tutti gli host, ma lo switch non lo potrà mappare ad alcuna porta specifica e non avremo alcun conflitto sullo switch stesso.

Il vantaggio dell'Unicast è che funziona nella quasi totalità delle configurazioni senza particolari interventi sugli switch o i router.

L’unica accortezza è dovuta al fatto che la condivisione dello stesso indirizzo MAC non permette la comunicazione tra host, per cui occorre avere almeno due NIC; non avendole disposizione è possibile comunque aggirare il problema impostando su ogni nodo la chiave di registro “UnicastInterHostCommSupport” documentata dall'articolo KB898867.

Lo svantaggio principale dell’Unicast riguarda invece il flooding, che è però possibile limitare:

  • creando una VLAN dedicata al cluster che comprenda solo le porte a cui i nodi sono collegati;
  • collegando tutti i nodi ad un hub in cascata allo switch.

In questo caso il masking deve essere disabilitato da registry in modo che lo switch mappi il MAC address del cluster alla porta su cui è collegato l’hub.

Il metodo indicato non è sempre praticabile per grandi realtà ma può essere una soluzione con cluster di piccole dimensioni.

Il parametro da impostare nel registry è "MaskSourceMAC":

  • Windows 2000: HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\WLBS\Parameters
  • Windows Server 2003: HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\WLBS\Parameters\Interface\<GUID>

MULTICAST

In Multicast mode l'indirizzo MAC built-in non è disabilitato ma ne è aggiunto uno Multicast, in questo modo il VIP sarà risolto con il nuovo MAC mentre il DIP continuerà ad essere risolto con il suo MAC originario.

Il MAC Address generato ha questa forma:

03-bf-WW-XX-YY-ZZ

anche in questo caso WW-XX-YY-ZZ è il valore esadecimale del VIP

Riporto lo screenshot di una ARP reply di una richiesta per il MAC address del VIP:

image_thumb11

Nell'ARP header notiamo il MAC del cluster con la forma 03:bf:c0:a8:00:01; l'indirizzo 00:15:5d:b0:d2:0a è in questo caso il MAC reale della NIC.

Il traffico Multicast è generalmente di default trattato come quello broadcast e quindi inoltrato su tutte le porte dello switch a meno di configurare manualmente lo switch. In Windows 2003, abbiamo però la possibilità di abilitare il protocollo IGMP (Internet Group Management Protocol), per cui basterà abilitare IGMP Snooping sullo switch e il traffico verrà instradato correttamente in automatico, eliminando il flooding.

Un ulteriore vantaggio di questa modalità risiede nel fatto che il MAC address reale viene ritenuto, permettendo di fatto il traffico tra host senza necessità di aggiungere una seconda scheda di rete.

Il principale svantaggio riguarda invece l’incompatibilità con alcuni device dovuta all’associazione Unicast IP address-Multicast MAC Address. Ad esempio i router Cisco non accettano tale mappatura e per far si che tutto funzioni è necessario aggiungere delle entry statiche a mano. Sul sito di Cisco è possibile reperire alcune indicazioni, ad esempio per quanto riguarda gli switch Catalyst: Catalyst Switches for Microsoft Network Load Balancing Configuration Example.

In conclusione, entrambe le modalità presentano vantaggi e svantaggi, ma la modalità di default Unicast è quella probabilmente più immediata da implementare. Chi volesse invece sfruttare IGMP per eliminare il flooding dovrà scegliere Multicast, tenendo a mente che alcuni apparati non accettano ARP reply per Unicast IP address che contengano un Multicast Mac Address e necessitano una configurazione manuale.

Alessandro Pasero
Senior Support Engineer
Microsoft Enterprise Platforms Support