ExtremeXOS 網路架構大師班 - 路由 ECMP 深度解析

一、核心概念 (Concept)

一句話定義

當路由器發現前往同一個目的地有多條路徑，且這些路徑的成本 (Cost/Metric) 完全相同時，同時利用這些路徑來轉送封包，以達到負載平衡與備援的效果。

生活化比喻：高速公路收費站

想像你要從台北開車到高雄（封包傳輸）。如果在某個收費站（路由器）後方，有 4 個開放的閘道（Links） 都可以通往同一個出口。

ECMP 就像是聰明的交管人員，不會讓所有車都擠在第 1 車道，而是根據車牌號碼（Header Hash），平均將車輛引導到這 4 個閘道，讓整體車流更順暢。

二、運作原理 (Mechanism)

1. 技術細節：Hash Algorithm (雜湊演算法)

很多人誤以為 ECMP 是「輪流發送 (Round-Robin)」，即第1個封包走 A 路徑，第2個走 B 路徑。這是錯誤的觀念！ 在現代高速網路 (包含 ExtremeXOS) 中，為了避免封包順序錯亂 (Out-of-Order)，通常採用 Flow-based Load Balancing。

5-Tuple Hashing： 路由器會讀取封包的 5 個特徵值 (來源 IP, 目的 IP, 來源 Port, 目的 Port, 協定)。
計算結果： 將這些值丟入演算法計算，得出一個 Hash Key。
路徑選擇： 相同的 Hash Key 永遠走同一條路徑；不同的連線 (Flow) 才會被分配到不同路徑。

2. 關鍵參數與 ExtremeXOS 設定

通用標準：

Cost/Metric： 必須完全一致 (例如 OSPF Cost 都是 10)。
Maximum Paths： 大多數設備預設支援 4-8 條路徑，現代 Data Center 交換機可支援 64+。

ExtremeXOS 視角：

指令： enable iproute sharing
演算法： 預設多為 address-based (L3+L4)，可確保同一 Session 走同一條路。

3. 實戰驗證：如何確認路由同時 Active？

在 ExtremeXOS 輸入 show iproute <目的地>，若 ECMP 生效，您會看到多行相同的 Destination，但指向不同的 Gateway，且 Metric (Mtr) 必須相同。

admin@CoreSwitch# show iproute 192.168.100.0/24 -- ExtremeXOS Output --

Ori  Destination        Gateway         Mtr  Flags        VLAN       Duration
#s   192.168.100.0/24   10.1.1.2        10   UG---S-um--f Uplink_1   0d:4h:20m
#s   192.168.100.0/24   10.1.2.2        10   UG---S-um--f Uplink_2   0d:4h:20m
#s   192.168.100.0/24   10.1.3.2        10   UG---S-um--f Uplink_3   0d:4h:20m

相同的目的網段

不同的下一跳

相同的 Cost

UG Flags: Up & Gateway

三、架構視覺化 (Visuals)

圖表 A: ECMP 拓撲示意圖

graph TD Client[使用者電腦] -->|發送封包| CoreA[核心交換機 A] subgraph ECMPGroup [ECMP 路徑群組] direction LR CoreA -->|Path 1 Hash A| FW1[防火牆/路徑 1] CoreA -->|Path 2 Hash B| FW2[防火牆/路徑 2] CoreA -->|Path 3 Hash C| FW3[防火牆/路徑 3] end FW1 --> Server[應用伺服器] FW2 --> Server FW3 --> Server style CoreA fill:#f9f,stroke:#333,stroke-width:2px style ECMPGroup fill:#e1f5fe,stroke:#0288d1,stroke-dasharray: 5 5

圖說：核心交換機透過 Hashing 將流量分散至三條實體路徑

圖表 B: Hashing 決策流程 (Sequence Diagram)

sequenceDiagram participant Pkt as 進站封包 participant CPU as 轉送引擎(ASIC) participant Hash as Hash計算器 participant Table as 路由表(ECMP) participant Egress as 出口介面 Pkt->>CPU: 1. 抵達交換機 CPU->>Hash: 2. 提取 5-Tuple (Src/Dst IP+Port) Hash-->>CPU: 3. 回傳 Hash Index (例如: 2) CPU->>Table: 4. 查詢路由 (Next-Hop) Table-->>CPU: 5. 發現 ECMP 群組 (共 3 條路徑) Note right of CPU: 根據 Index 2 選擇
第 2 條路徑 CPU->>Egress: 6. 從 Port 2 送出

四、實務應用場景 (Use Case)

案例：企業資料中心 Spine-Leaf 架構

在現代化資料中心，我們不再使用傳統的 STP (Spanning Tree) 來阻擋備援路徑。相反地，我們在 Leaf Switch (存取層) 與 Spine Switch (骨幹層) 之間建立 Full Mesh 連線，並開啟 Layer 3 ECMP。

ExtremeXOS 設定情境：
Leaf Switch 設定指向所有 Spine Switch 的 Default Route (0.0.0.0/0)，由於 Metric 相同，流量會自動分散到所有 Uplink，頻寬利用率從 50% (STP Active/Standby) 提升至 100%。

優點 (Pros)

頻寬聚合： 將多條 10G 線路合併使用，無需購買昂貴的 40G/100G 介面。
高可用性： 若其中一條路徑斷線，Hashing 會自動重新計算，將流量導向剩餘路徑，使用者幾乎無感。
配置簡單： 相較於複雜的 MPLS TE，ECMP 只要路由 Metric 一樣即可生效。

缺點/限制 (Cons)

Hash 碰撞 (Polarization)： 若演算法不佳，可能導致流量分配不均（例如所有大流量剛好都被 Hash 到同一條路）。
除錯困難： 使用 traceroute 時，可能每次看到的路徑都不同，難以定位掉包發生在哪一條線路。

五、隨堂測驗 (Quiz)

身為未來的架構師，請測試看看你是否掌握了 ECMP 的精隨。