適用于能源中的 Azure HPC 網路拓撲和連線能力
本文中的指引可協助您檢查與 Microsoft Azure 的網路和連線能力相關的設計考慮和最佳做法，以及高效能運算 （HPC） 部署。 下列建議是以 Azure 登陸區域文章 中針對網路拓撲和連線 能力所定義的考慮和建議為基礎。
IP 定址、虛擬網路和子網
請務必規劃 Azure 中的 IP 位址，以確保：
- IP 位址空間不會在內部部署位置和 Azure 區域之間重迭。
- 未來虛擬網路 （VNet） 對等互連現有或已規劃的 VNet 是可行的。
- VNet 包含正確的位址空間。
- 預先規劃子網組態。
- 未來擴充或其他服務會考慮足夠的過度定址。
設計考量
請考慮建立個別的子網，以在環境的功能元件之間指派 IP 位址。 例如，專用 HPC VNet 可能包含下列子網：
- 計算
- 儲存體
- 基礎結構
- 視覺效果
- 登入
- Azure NetApp Files
- Azure HPC Cache
Azure NetApp Files、Azure HPC Cache 和未來的儲存體供應專案等服務需要專用的委派子網才能正常運作。 如果考慮其中任何一項服務，請確定已規劃適當的定址空間。
內部部署和 Azure 資源的 DNS 和名稱解析
網域名稱系統 （DNS） 是整體 Azure 登陸區域架構中的重要設計主題。 有些組織可能會想要使用其在 DNS 中的現有投資，而有些組織可能會將雲端採用視為將其內部 DNS 基礎結構現代化並使用原生 Azure 功能的機會。
DNS 設計考慮 ：當虛擬機器的 DNS 或虛擬名稱在移轉期間未變更時，請遵循這些建議。
- 背景 DNS 和虛擬名稱會連接 HPC 環境中的許多系統介面，而客戶有時只會知道開發人員在一段時間內定義的介面。 當虛擬或 DNS 名稱在移轉後變更時，各種系統之間會發生連線挑戰，因此您應該保留 DNS 別名，以避免這些類型的困難。
- 使用不同的 DNS 區域來區分環境，例如沙箱、開發、生產前和生產環境。 例外狀況是使用自己的 VNet 進行 HPC 部署，這可能不需要私人 DNS 區域。
- 使用 HPC 快取時，需要 DNS 支援，以便存取儲存體和其他資源。
高效能網路服務
加速網路 ：許多 HPC 工作負載，例如地震處理、處理儲存在共用檔案系統中的大量資料，例如 Azure Blob、Azure NetApp Files、Lustre ClusterStor，以及其他透過網路存取的自訂儲存體解決方案。 高效能網路對於減少資料傳輸的時間至關重要。
加速網路 提供 VM 與 Azure 服務之間的高輸送量、低延遲連線。 其他優點包括減少抖動和最少的 CPU 使用率。
InfiniBand ：依賴訊息傳遞介面 （MPI） 程式庫的平行 HPC 應用程式可能需要在許多 VM 之間傳輸大量的資料。 支援 RDMA 的 H 系列 和 N 系列 VM 上提供的 InfiniBand 互連提供低延遲、高頻寬連線，以最大化 HPC 和深度學習應用程式的效能和延展性。
MPI 作業的一些範例包括分子動態、計算流體力學、石油和天然氣儲層模擬，以及新興的分散式機器學習工作負載。
InfiniBand 連線只能在配置於相同 放置群組 內的 VM 之間。
Azure ExpressRoute ：針對水庫模擬和模型化的混合式設定等高載應用程式，其中內部部署資料集會共用，而 Azure 計算會變成延伸模組，ExpressRoute 會透過私人連線將內部部署環境連線到 Microsoft 雲端。 ExpressRoute 提供企業級的復原和可用性，以及全域 ExpressRoute 合作夥伴生態系統的優點。 如需如何使用 ExpressRoute 將網路連線到 Microsoft 的資訊，請參閱 ExpressRoute 連線模型 。
ExpressRoute 連線不會經過公用網際網路，而且比一般網際網路連線更可靠、更快、延遲更低。 針對點對站 VPN 和站對站 VPN，您可以使用這些 VPN 選項和 Azure ExpressRoute 的任何組合，將內部部署裝置或網路連線到虛擬網路。
定義 Azure 網路拓撲
企業級登陸區域支援兩個網路拓撲：一個以 Azure 虛擬 WAN 為基礎，另一個是以中樞和輪輻架構為基礎的傳統網路拓撲。 本節建議這兩個部署模型的 HPC 組態和作法。
Azure 虛擬 WAN ：如果您的組織計畫： 根據虛擬 WAN 使用網路拓撲：
- 跨數個 Azure 區域部署資源，並將全域位置連線到 Azure 和內部部署。
- 完全整合軟體定義的 WAN 部署與 Azure。
- 跨連線到一個虛擬 WAN 中樞的所有 VNet 部署最多 2,000 個 VM 工作負載。
組織會使用 Azure 虛擬 WAN 來滿足大規模的互連需求。 Microsoft 會管理這項服務，有助於降低整體網路複雜性，並將組織網路現代化。
中樞和輪輻架構 ：如果您的組織，請使用以中樞和輪輻架構 為基礎的 傳統 Azure 網路拓撲：
- 計畫只在選取 [Azure 區域] 中部署資源。
- 不需要全域互連的網路。
- 每個區域的遠端或分支位置很少，且需要少於 30 個 IP 安全性 （IPsec） 通道。
- 需要完整控制和細微性，才能手動設定您的 Azure 網路。
本機和全域 VNet 對等互連提供連線能力，是確保跨多個 Azure 區域進行 HPC 部署登陸區域之間連線的慣用方法。
輸入和輸出網際網路連線能力
由於 azure 原生網路安全性服務，例如 Azure 防火牆、azure 應用程式閘道 上的 Azure Web 應用程式防火牆，且 Azure Front Door 是完全受控的服務，因此您不會產生與基礎結構部署相關聯的作業和管理成本，而基礎結構部署可能會大規模變得複雜。
HPC 實作的設計建議：
- 對於全球使用量的客戶，Azure Front Door 會使用 Azure Web 應用程式防火牆 原則來協助 HPC 部署，以跨 Azure 區域傳遞及保護全域 HTTP/S 應用程式。
- 當您使用此服務並應用程式閘道來保護 HTTP/S 應用程式時，請利用 Azure Front Door 中的Web 應用程式防火牆原則。 鎖定應用程式閘道，只接收來自 Azure Front Door 的流量。
網路加密需求
HPC 實作的設計考慮：
- 當 Azure ExpressRoute 用來設定私人對等互連時，流量目前不會加密。
- 透過 ExpressRoute 進行 HPC 部署的流量不需要加密。 IPsec 通道預設會加密網際網路流量，加密或解密可能會對流量的效能造成負面影響。
在內部部署與 Azure 之間，以及跨 Azure 區域加密網路的主要建議：
- 判斷是否應加密 HPC 流量。 探索網路拓撲和連線能力，以瞭解企業級登陸區域中的網路加密選項。
- 規劃 Azure 中的 IP 位址，以確保：
- IP 位址空間不會在內部部署位置和 Azure 區域之間重迭。
- VNet 包含正確的位址空間。
- 預先規劃子網組態。
輸送量延遲頻寬網路需求
雲端中的 HPC 和混合式雲端部署模型都有自己的延遲和輸送量需求，取決於與雲端環境相比，在內部部署中提交和執行能源工作負載的方式。 使用者可以從內部部署或雲端，以許多部署模式提交 HPC 作業。
- 單一作業
- 如果使用遠端視覺效果桌面，內部部署至 Azure 連線考慮
- 高載作業
- 排程器設定在雲端中提交作業的網路考慮
- Azure Batch 網路考慮
- 內部部署和雲端中的平行工作流程
- 混合
- HPC 快取
- 雲端原生
- Azure Kubernetes Service 容器
- 函式
MPI 環境是專用的，因為它們具有獨特的需求，而且需要節點之間的低延遲通訊。 節點是透過高速互連連線，無法與其他工作負載共用。 MPI 應用程式會使用虛擬化環境中的傳遞模式，使用整個高效能互連。 MPI 節點儲存體通常是像 Lustre 這樣的平行檔案系統，也可以透過高速互連存取。
下一步
下列文章提供能源 HPC 環境雲端採用旅程中每個步驟的指引。