VSAN 6.2 双活设计

• 支持信息：
• 计算及网络资源需求：
• 最大及最小限制：
• 设计
  • 仲裁主机设计：
  • 网络架构设计：
  • 带宽设计：
  • 数据站点和仲裁站点间带宽：
  • 案例1：
  • 案例2：

参考文章：VMware灾备与双活、VSAN 延展集群带宽设计、VMware HOL 1627实验手册、Virtual san 6.2 Stretched Cluster。 VSAN ROBO Edition

如果发现文中有错误的部分欢迎留言或者发邮件([email protected])告知，文中关于网络描述较少，对网络部分不懂的也可以留言。

VSAN通过策略将每 VM 的数据复制多份(FTT=1为例)写在不同的主机上实现冗余，当一个磁盘或者一台主机挂掉后，数据不会丢失，类似于RAID1。本文简单介绍下VSAN的双活机制，延展集群（Stretched Cluster），它可以将不同地点的 ESXi 主机放置到不同的故障域(Fault Domain)中，确保一个VM的多个副本可以保存在不同地理位置的主机上，实现VSAN双活。

VSAN 延展集群逻辑结构如下：共需要三个站点：

主站点和次站点（数据站点）运行VM并存放VM的数据，仲裁站点不保存VM数据。

主次两个站点的主机必须属于同一个VSAN集群，需要被同一个vCenter管理。

三个站点的主机分别属于三个Fault Domain中，FTT为1，一个 VM 的数据会被写入主、次两个节点保证数据冗余。

支持信息：

1. vSphere版本 6.0U1 及以上版本（ESXi及vCenter均在此版本以上）。vsphere 6.0U1版本对应的VSAN 版本为6.1。

2. 同时支持混合阵列以及全闪阵列

3. 除了主站点，备份站点的ESXi主机外，还需要一个仲裁站点，仲裁 站点可以是物理服务器上的ESXi，也可以是一个witness appliance(OVA)。当使用witness appliance时，不会占用vSphere许可

4. 仲裁站点如果使用ESXi主机，ESXi主机需要消耗vSphere许可，但是此主机可以用来存放虚拟机

5. 仲裁主机不能加入VSAN群集，在创建 VSAN stretched Cluster时会要求管理员选择仲裁主机

6. vSphere License需要为Enterprise版本

   
   

计算及网络资源需求：

1. VMware建议使用大二层加三层路由网络部署VSAN延展集群；两个数据站点间使用大二层网络；数据站点和仲裁站点间使用三层路由连接。
2. 数据站点与数据站点之间延迟（RTT往返时间）必须小于 5ms，即单向传输延迟小于2.5ms。
3. 数据站点与数据站点之间带宽需要根据需求来确定，VMware 推荐10G以上。对于分支机构部署的情况，10台以内虚拟机可以使用1G的网络连接。
4. 数据站点和仲裁站点之间延迟（RTT往返时间）必须小于 200ms，即单向传输延迟小于100ms。在典型的双节点部署（分支结构/远程办公ROBO）场景中，RTT最大支持500ms
5. 仲裁主机计算资源和ESXi最小资源需求一致，仲裁 主机必须和VSAN数据节点运行同样的ESXi版本
6. VSAN 网络的 MTU 需要保持一致

最大及最小限制：

1. 每主机最大虚拟机数：混合/150/主机、全闪/200/主机。VMware建议每个站点预留50%的资源以保证另一个站点全部故障后，所有虚拟机可以恢复。
2. 延展群集至少需要三台主机，主站点一台ESXi，备份站点一台ESXi，仲裁节点一台主机。此种配置方式叫1+1+1，通常在前面提到的ROBO场景中用到。
3. 延展群集最大支持31台主机，主站点15台ESXi，备份站点15台ESXi，一个仲裁主机。
4. 每个延展集群有且只能有一个witness host
5. FTT 最大为1
6. Fault Domain最大为3，默认第一个Fault domain为主站点，第二个为次站点，第三个为仲裁 站点

设计

仲裁主机设计：

1、仲裁 主机的作用是保存VM的仲裁组件(witness components)。单个物理磁盘最大支持21000个组件，单个witness主机支持45000个组件。每个仲裁组件大概16MB，所以支持21000个组件大概需要350G的磁盘，支持45000个组件需要3*350G的磁盘。

2、如果使用witness appliance，会在安装向导中会有磁盘相关配置。 3、VMware建议45000个仲裁组件时，使用10G的SSD缓存盘（可以用HDD，将其标记为闪存用）；witness appliance也可以不使用SSD，但需要将一个虚拟磁盘标记为SSD。

以下为官方文档中对于witness host的配置需求：

小型环境 (10 个虚拟机以内)

2 vCPUs, 8 GB vRAM 8 GB ESXi 启动盘, 一块 10 GB SSD, 一块 15 GB HDD 最大支持 750 个 witness components

普通环境 ( 500 个虚拟机 )

2 vCPUs, 16 GB vRAM 8 GB ESXi 启动盘, 一块 10 GB SSD, 一块 350 GB HDD 最大支持 22000 个 witness components

大型环境 (多于 500 个虚拟机)

2 vCPUs, 32 GB vRAM 8 GB ESXi 启动盘, 一块 10 GB SSD, 三块 350 GB HDD 最大支持 45000 个 witness components

网络架构设计：

网络连通：

管理网络需要在三个站点间互通(ESXi managemet network)；可以使用二层网络或三层路由网络。

VM业务网络需要在两个数据站点之间互通(需要NSX或者物理网络的大二层结构)；建议使用大二层，使用三层需要在灾难发生时手动改虚拟机IP地址。

vMotion需要在两个数据站点间互通（vMotion vmkernel）；可以使用二层网络或三层路由网络。

VSAN 网络需要在三个站点间互通（VSAN vmkernel）；建议使用大二层。

在某些情况下出于安全考虑，VSAN网络需要和ESXi管理网络物理隔离（ESXi管理使用vmk0，NIC0；VSAN使用vmk1，NIC1），而默认系统只有一个TCP/IP栈，这样只能设置一个默认路由，其结果会导致两个不同网段的站点间VSAN网络可能不通（因为VSAN网络的网关也指向了管理网络，VSAN和管理网络又是物理隔离）。

解决上述问题有两种办法，一种是使用大二层网络结构

但是三个站点间都是大二层又一个坏处，就是当 Switch1 和 Switch2 之间网络中断后，Site1 会通过 Site3 将数据发给 Site2。

解决此问题的方法就是：只在两个数据站点间部署大二层，数据站点和仲裁站点间跑三层路由。

另一种解决方法是手动修改ESXi的路由，让VSAN集群中所有主机可以相互通信（使用esxcli network ip route 或esxcfg-route命令修改路由，或者在vcenter的TCP/IP stack中可以修改 ）

更多网络相关设置，请查看VMware-Virtual-SAN-6.2-Stretched-Cluster-Guide

带宽设计：

通常读操作是本地进行，因此我们先只考虑占用站点间写操作。

数据站点间带宽计算公式为：

B(带宽) = Wb *md * mr （写带宽 (Wb) * 数据乘数 (md) * 再同步乘数 (mr)

其中，数据乘数 md 由 VSAN 元数据及相关操作所占用的带宽计算出。VMware建议将md设置为1.4。

再同步乘数mr用来计算数据站点之间再同步事件的开销。VMware建议将mr设置为1.25（也即额外增加25%)。

再同步乘数和数据乘数其实都是跨站点写数据的额外开销。这两个数值使用VSAN推荐值即可。

案例1：

一个 6 节点的 VSAN环境（3+3+1）:

• 负载为 35000 IOPS
• 写 IOPS 为 10000
• 写入操作块大小为 4KB

( 以上需求需要40MB/s，或者 320Mbps 带宽)

使用公式计算：B = 320 Mbps * 1.4 * 1.25 = 560 Mbps。

因此站点间需要至少 560Mbps的带宽。

案例2：

一个 20 节点的 VSAN环境（10+10+1），VDI场景:

• 负载为 100000 IOPS
• 70% 为读操作，30%为写操作，因此写 IOPS 为 70000
• 写入操作块大小为 4KB

( 以上需求需要280MB/s，或者 2.24Gbps 带宽)

使用公式计算：B = 280 Mbps * 1.4 * 1.25 = 3920 Mbps。

因此站点间需要至少 3920Mbps（即3.92Gbps）的带宽。

从上述两个案例可以看出，实际设计需要去统计客户业务 I/O 需求，不过 VMware 觉得 10G 网络基本满足大部分场景。

当本地读不可用时，例如本地一个磁盘故障了，上面运行的虚拟机则需要从另一个站点读取数据(vsan延展集群FTT=1，一个VM数据只写两份到两个数据站点)，假设有5个VM，共1000 IOPS(4K)，则需要40MBps带宽，即320Mbps带宽。（此处原文并不准确。原文提到读操作需要的带宽要和写操作相加，但是网络是双工的，写操作是主站点往次站点写，但是读操作应该是次站点往主站点发，因此320Mbps这个不需要考虑，通常租用线路上下行带宽一样，而写操作带宽远远大于上述读操作的带宽）

数据站点和仲裁站点间带宽：

仲裁站点不保存虚拟机数据，只保存component metadata，带宽需求小很多。

VSAN 上虚拟机的数据由多个对象(object)组成，因此会产生多个组件(component)，组件数的计算方式如下：

每VM组件数=(FTT+1) x 条带数 x VM对象数

VM 对象可能包含以下几种：

• VM namespace(VM目录)
• VMDK 文件

• vmSwap 交换文件（如果VM是开机的）

• 快照

仲裁站点与数据站点之间的带宽计算公式如下：

带宽 = 1138 B * 组件数 / 5s

1138 B 是当主站点离线以后，仲裁站点需要向backup agent发送数据(Payload)，以及表示主站点已经down的元数据之和。当主站点离线以后，仲裁站点与数据站点之间的带宽应足以让集群在5秒内完成所有权的变更。

案例1：

虚拟机信息如下：

• 3 个对象 {VM namespace、vmdk (255GB以下)、vmSwap)
• FTT=1
• 条带数为1

共 166 个VM，共包含 996 个元素。按照 1000 个对象计算（Byte需要乘以8变成bit）：

带宽 = 1138 B * 8 * 1000 / 5s = 1820800 bps = 1.82 Mbps

Vmware 建议再加上 10% 的预留带宽，因此：

带宽 + 10% = 1.82 Mbps + 182 Kbps = 2.00 Mbps

案例2：

虚拟机信息如下：

• 3 个对象 {VM namespace、 vmdk (255GB以下)、 vmSwap)
• FTT=1
• 条带数为2

共 1500个VM，共包含 18000 个元素：

带宽 = 1138 B * 8 * 18000 / 5s = 32774400 bps = 32.78 Mbps

带宽 + 10% = 32.78 Mbps + 3.28 Mbps = 36.05 Mbps