Hash基本原理
为了提升业务弹性扩容能力和可靠性，数据中心通常会采用CLOS架构的网络结构。这种结构当中存在二层LACP等价路径、三层ECMP等价路径。
而Hash一般称为哈希散列，是通过交换机或路由器的芯片内置算法将一段任意的输入（通常是一个非常大的集合）转化成一个固定长度输出（通常是一个小的集合）。在网络架构中，这种方法可以用来解决多个等价路径上的负载均衡问题，并由此提升数据中心内的资源利用率。
某款ASIC芯片的Hash流程简示：
ASIC提取报文字段值以及转发端口等信息，由Hash多项式计算出Hash值，再映射到等价路径下一跳。
虽然总体原理相同，但不同的厂商的不同设备均有着不同的Hash实现方法。下面我们就结合Hash的发展阶段，以新华三交换机操作系统为例，来为大家逐一介绍Hash的五种实现方法，以及更高级的智能Hash。
Hash的进化与五种实现方法
Hash一直随着网络应用的发展而进化，因此，Hash也在不同的阶段出现了五种不同的实现方法。那么下面就让我们来逐一解析。
01、逐包 Hash与逐流Hash？
逐包Hash转发，不考虑同一特征的流量转发路径的一致性，把所有报文都逐个Hash、转发，这样能够做到更均匀的负载分担。但是，在上下游网络组网结构不均衡、时延不均衡的环境中，逐包Hash的数据包会经过不同路径到达目的地，不同路径的时延抖动差异较大，会造成接收方的报文到达乱序，从而影响通信的效率。
而逐流Hash会把同一条流特征的流量（例如五元组：源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口、传输层协议类型），分发到固定一条路径，避免了乱序问题；如果设备Hash转发的N条流的带宽占比没有失衡，则逐流Hash总体是平均的负载分担；但是在大象流和老鼠流的场景，大象流具有少量的流数量却占用大量的带宽，Hash不均衡。
02、内层Hash
对于GRE、VxLAN等封装报文的Hash，封装的外层字段的信息是固定的，例如SIP/DIP就是隧道的起始设备/终结设备的Loopback IP，不变化，不利于Hash；所以需要设备具有刺探到内层字段（封装之前的原始报文）的能力，通过内层字段进行Hash，保证Hash的均衡性。
03、Hash极化
多组流量经过两次或两次以上的Hash，会出现后续转发设备Hash极化、流量只走一半链路的极化现象，这种现象往往出现在第一次Hash和第二次Hash的设备极为类似（例如同一芯片型号、同样的Hash算法）的情况下。
如下图，第一次Hash时，A设备通过Hash值得mod 2动作把流量分成了两类：Hash值分为为奇数、偶数。到了第二次Hash时，B设备处理的流量的Hash值全部都为奇数，所以全部流量都走左侧链路，留下右侧链路空置。同样，C设备也出现极化，把所有流量都Hash到了右侧链路，留下左侧链路空置。
对于Hash极化现象，通常的处理办法是调整Algorithm算法ash因子，只需微调便可避免第一次和第二次的Hash结果雷同。
04、对称Hash
对于网络设备，对称Hash指的是：对于同一个业务的来回双向流量，予以分配同宿同源的转发端口。
在某些场景下，例如交换机旁挂两台FW对流量进行安全防护，交换机根据五元组Hash分发流量给两台FW，在两台FW各自为自己负责的流量（占总流量的一半）建立了session；而返程流量到达交换机时将被再次Hash分发，如若返程Hash分发与去程Hash分发不一致（不对称），则FW上会重复建立session，不仅浪费了FW的资源，而且对流量的安全防护做得不够准确。所以在该场景下，需要启用“对称Hash”以保证双向流量走相同的链路。
05、Hash的弹性自适应能力
在某些场景例如LVS集群场景，可能存在128台服务器与交换机建立等价路由（通过OSPF/BGP协议），业务流量从交换机分发到128台服务器，各台服务器维护了各自流量的session信息，需要稳定的Hash，避免Hash路径频繁变更导致session频繁切换服务器。
采用普通Hash算法时，当等价路径的其中一条或者多条路径失效时，会对所有流量进行重新Hash计算、流量分发，会导致LVS集群业务session全部重建，业务受影响极大，效果见下图。
采用弹性自适应Hash算法时，当等价路径的其中一条或者多条路径失效时，只将失效路径上的业务流量将被重新Hash分发给剩余可用路径，而可用路径上转发的业务流量不做变更，以保持业务的连续性。
等价路由增强模式：Enhanced模式下，每个等价组具有128个下一跳，用实际的下一跳轮流填写这128个寄存器字段，某个下一跳失效后，它的位置被其他下一跳轮流替代；效果见下图，链路1失效后，它的位置由链路2/3/4轮流填补上。
面向未来的智能Hash
智能Hash实现的关键在于DLB（Dynamic load balance，动态负载均衡）。DLB突破传统静态Hash机理的限制，通过引入时间戳、实时负载度量（端口带宽负载、队列大小）因子，在时间、带宽空间两个维度优化了负载均衡效果，提供了动态、智能的Hash机制。
超过flowset-inactive-time老化时间周期，如若未有流量维持该Flowset有效，则该Flowset记录被老化，即使后续再有该Flowset相同特征的流量到来，设备认为是一个新的流，创建新的Flowset，重新到负载较轻的路径。
