SDN 网关性能

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适用于：Windows Server 2022，Windows Server 2019，Azure Stack HCI 版本 22H2 和 21H2

在 Windows Server 2016 中，客户顾虑的问题之一是 SDN 网关无法满足现代网络的吞吐量要求。 IPsec 和 GRE 隧道的网络吞吐量存在限制，IPsec 连接的单连接吞吐量约为 300 Mbps，GRE 连接的吞吐量约为 2.5 Gbps。

从 Windows Server 2019 开始，我们已显著提升 SDN 网关性能，IPsec 和 GRE 连接速度已分别大幅攀升至 1.8 Gbps 和 15 Gbps。 同时，每字节的 CPU 周期大大减少，从而提供了超高性能吞吐量，并且 CPU 占用率也大大降低。

利用网关获得高性能

对于 GRE 连接，在网关 VM 上部署/升级到 Windows Server 2019 版本后，你应该会自动看到改进的性能。 不需要手动执行任何步骤。

对于 IPsec 连接，默认情况下，在为虚拟网络创建连接时，你会获得 Windows Server 2016 数据路径和性能数据。 若要启用 Windows Server 2019 数据路径，请执行以下操作：

  1. 在 SDN 网关 VM 上，转到“服务”控制台 (services.msc)。
  2. 找到名为“Azure 网关服务”的服务，并将启动类型设置为“自动”。
  3. 重启网关 VM。 此网关上的活动连接将故障转移到冗余的网关 VM。
  4. 对其余的网关 VM 重复上述步骤。

若要运行高性能 IPsec 连接，需要满足以下要求：

  • 须在本地网关上启用网络地址转换遍历 (NAT-T)。 启用高性能 IPsec 连接时，SDN 网关会配置 NAT 规则，因此还需要在本地网关上启用 NAT-T。
  • 本地网关须在端口 500 和 4500 上允许用户数据报协议 (UDP) 数据包，以及协议 50 和 51。

提示

为了获得最佳性能，请确保 IPsec 连接的 quickMode 设置中的 cipherTransformationConstant 和 authenticationTransformConstant 使用 GCMAES256 密码套件。

为了获得最佳性能，网关主机硬件必须支持 AES-NI 和 PCLMULQDQ CPU 指令集。 Westmere (32nm) 及更高版本的所有 Intel CPU 上都提供了这些指令集，但已禁用了 AES-NI 的型号除外。 你可以查看硬件供应商文档，了解 CPU 是否支持 AES-NI 和 PCLMULQDQ CPU 指令集。

下面是具有最佳安全算法的 IPsec 连接的 REST 示例：

# NOTE: The virtual gateway must be created before creating the IPsec connection. More details here.
# Create a new object for Tenant Network IPsec Connection
$nwConnectionProperties = New-Object Microsoft.Windows.NetworkController.NetworkConnectionProperties

# Update the common object properties
$nwConnectionProperties.ConnectionType = "IPSec"
$nwConnectionProperties.OutboundKiloBitsPerSecond = 2000000
$nwConnectionProperties.InboundKiloBitsPerSecond = 2000000

# Update specific properties depending on the Connection Type
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration = New-Object Microsoft.Windows.NetworkController.IpSecConfiguration
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.AuthenticationMethod = "PSK"
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.SharedSecret = "111_aaa"

$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.QuickMode = New-Object Microsoft.Windows.NetworkController.QuickMode
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.QuickMode.PerfectForwardSecrecy = "PFS2048"
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.QuickMode.AuthenticationTransformationConstant = "GCMAES256"
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.QuickMode.CipherTransformationConstant = "GCMAES256"
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.QuickMode.SALifeTimeSeconds = 3600
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.QuickMode.IdleDisconnectSeconds = 500
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.QuickMode.SALifeTimeKiloBytes = 2000

$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.MainMode = New-Object Microsoft.Windows.NetworkController.MainMode
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.MainMode.DiffieHellmanGroup = "Group2"
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.MainMode.IntegrityAlgorithm = "SHA256"
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.MainMode.EncryptionAlgorithm = "AES256"
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.MainMode.SALifeTimeSeconds = 28800
$nwConnectionProperties.IpSecConfiguration.MainMode.SALifeTimeKiloBytes = 2000

# L3 specific configuration (leave blank for IPSec)
$nwConnectionProperties.IPAddresses = @()
$nwConnectionProperties.PeerIPAddresses = @()

# Update the IPv4 Routes that are reachable over the site-to-site VPN Tunnel
$nwConnectionProperties.Routes = @()
$ipv4Route = New-Object Microsoft.Windows.NetworkController.RouteInfo
$ipv4Route.DestinationPrefix = "<<On premise subnet that must be reachable over the VPN tunnel. Ex: 10.0.0.0/24>>"
$ipv4Route.metric = 10
$nwConnectionProperties.Routes += $ipv4Route

# Tunnel Destination (Remote Endpoint) Address
$nwConnectionProperties.DestinationIPAddress = "<<Public IP address of the On-Premise VPN gateway. Ex: 192.168.3.4>>"

# Add the new Network Connection for the tenant. Note that the virtual gateway must be created before creating the IPsec connection. $uri is the REST URI of your deployment and must be in the form of “https://<REST URI>”
New-NetworkControllerVirtualGatewayNetworkConnection -ConnectionUri $uri -VirtualGatewayId $virtualGW.ResourceId -ResourceId "Contoso_IPSecGW" -Properties $nwConnectionProperties -Force

测试结果

我们已在测试实验室中对 SDN 网关进行了广泛的性能测试。 在测试中，我们比较了使用 Windows Server 2019 时在 SDN 场景下与非 SDN 场景下的网关网络性能。 可以在此处的博客文章中找到捕获的结果和测试设置详细信息。