在Linux下实现双网卡的绑定

一、原理

        Linux双网卡绑定实现就是使用两块网卡虚拟成为一块网卡，这个聚合起来的设备看起来是一个单独的以太网接口设备，通俗点讲就是两块网卡具有相同的IP地址而并行链接聚合成一个逻辑链路工作。其实这项技术在Sun和Cisco中早已存在，被称为Trunking和Etherchannel技术，在Linux的2.4.x的内核中也采用这这种技术，被称为bonding。 bonding技术的最早应用是在集群——beowulf上，为了提高集群节点间的数据传输而设计的。下面我们讨论一下bonding 的原理,什么是bonding需要从网卡的混杂(promisc)模式说起。我们知道，在正常情况下，网卡只接收目的硬件地址(MAC Address)是自身Mac的以太网帧，对于别的数据帧都滤掉，以减轻驱动程序的负担。但是网卡也支持另外一种被称为混杂promisc的模式，可以接收网络上所有的帧，比如说tcpdump，就是运行在这个模式下。bonding也运行在这个模式下，而且修改了驱动程序中的mac地址，将两块网卡的Mac地址改成相同，可以接收特定mac的数据帧。然后把相应的数据帧传送给bond驱动程序处理。

二、拓扑

服务器的状态地位极其重要，我们需要从各个方面保证其运转正常。从链路状态看，我们可以采用bonding技术保证链路的运转正常。

三、配置

1.编辑虚拟网络接口配置文件,指定网卡IP

root@localhost ~]# cd  /etc/sysconfig/network-scripts/

[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-eth0

# Advanced Micro Devices [AMD] 79c970 [PCnet32 LANCE]
DEVICE=eth0
BOOTPROTO=dhcp
ONBOOT=yes

[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-eth1

DEVICE=eth1
BOOTPROTO=dhcp
ONBOOT=yes

[root@localhost network-scripts]# cp ifcfg-eth0 ifcfg-bond0

2.编辑

[root@localhost network-scripts]# vim ifcfg-bond0

# Advanced Micro Devices [AMD] 79c970 [PCnet32 LANCE]
DEVICE=bond0
BOOTPROTO=none
IPADDR=192.168.145.100
NETMASK=255.255.255.0
ONBOOT=yes

3 编辑 [root@localhost network-scripts]# vim /etc/modprobe.conf
编辑 /etc/modprobe.conf 文件，加入如下一行内容，以使系统在启动时加载bonding模块，对外虚拟网络接口设备为 bond0

alias eth0 pcnet32
alias scsi_hostadapter mptbase
alias scsi_hostadapter1 mptspi
alias scsi_hostadapter2 ata_piix
alias snd-card-0 snd-ens1371
alias bond0 bonding
options bond0 miimon=100 mode=1
options snd-card-0 index=0
options snd-ens1371 index=0
remove snd-ens1371 { /usr/sbin/alsactl store 0 >/dev/null 2>&1 || : ; }; /sbin/modprobe -r --ignore-remove snd-ens1371
alias eth1 pcnet32

说明：miimon是用来进行链路监测的。 比如:miimon=100，那么系统每100ms监测一次链路连接状态，如果有一条线路不通就转入另一条线路；
mode的值表示工作模式，他共有0,1,2,3,4,5,6 七种模式，常用的为0,1两种。
mode=0表示load balancing (round-robin)为负载均衡方式，两块网卡都工作。
mode=1表示fault-tolerance (active-backup)提供冗余功能，工作方式是主备的工作方式,也就是说默认情况下只有一块网卡工作,另一块做备份.
bonding只能提供链路监测，即从主机到交换机的链路是否接通。如果只是交换机对外的链路down掉了，而交换机本身并没有故障，
那么bonding会认为链路没有问题而继续使用

4.编辑开机脚本 [root@localhost network-scripts]#  vim /etc/rc.d/rc.local

#!/bin/sh
#
# This script will be executed *after* all the other init scripts.
# You can put your own initialization stuff in here if you don't
# want to do the full Sys V style init stuff.

touch /var/lock/subsys/local
ifenslave bond0 eth0 eth1 
~                            

将两个网卡捆绑到bond0

到这时已经配置完毕重新启动机器.

下面我们讨论以下mode分别为0，1，时的情况 mode=1工作在主备模式下,这时eth1作为备份网卡是no arp的

[root@localhost ~]# ifconfig 验证网卡的配置信息

bond0     Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:1B:E2:73 
          inet addr:192.168.145.100  Bcast:192.168.145.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::20c:29ff:fe1b:e273/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MASTER MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:59 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:91 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0
          RX bytes:7754 (7.5 KiB)  TX bytes:12844 (12.5 KiB)

eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:1B:E2:73 
          UP BROADCAST RUNNING SLAVE MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:48 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:82 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:6911 (6.7 KiB)  TX bytes:10638 (10.3 KiB)
          Interrupt:67 Base address:0x2000

eth1      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:1B:E2:73 
          UP BROADCAST RUNNING SLAVE MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:15 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:18 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:1083 (1.0 KiB)  TX bytes:3608 (3.5 KiB)
          Interrupt:67 Base address:0x2080

lo        Link encap:Local Loopback 
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
          RX packets:16 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:16 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0
          RX bytes:1372 (1.3 KiB)  TX bytes:1372 (1.3 KiB)

[root@localhost ~]#

那也就是说在主备模式下,当一个网络接口失效时,不回出现网络中断,
系统会按照cat /etc/rc.d/rc.local里指定网卡的顺序工作,机器仍能对外服务,起到了失效保护的功能.

测试

查看bond0状态

[root@localhost ~]# cat /proc/net/bonding/bond0

Ethernet Channel Bonding Driver: v3.4.0 (October 7, 2008)

Bonding Mode: fault-tolerance (active-backup)
Primary Slave: None
Currently Active Slave: eth0
MII Status: up
MII Polling Interval (ms): 100
Up Delay (ms): 0
Down Delay (ms): 0

Slave Interface: eth0
MII Status: up
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:1b:e2:73

Slave Interface: eth1
MII Status: up
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:1b:e2:7d
[root@localhost ~]#

当我们模拟eth0网卡出现故障时。

Xshell:\> ping 192.168.145.100 -t

正在 Ping 192.168.145.100 具有 32 字节的数据:
 

来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间=1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
请求超时。
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间=2ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64
来自 192.168.145.100 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=64

[root@localhost ~]#  cat /proc/net/bonding/bond0
Ethernet Channel Bonding Driver: v3.4.0 (October 7, 2008)

Bonding Mode: fault-tolerance (active-backup)
Primary Slave: None
Currently Active Slave: eth1
MII Status: up
MII Polling Interval (ms): 100
Up Delay (ms): 0
Down Delay (ms): 0

Slave Interface: eth0
MII Status: down
Link Failure Count: 1
Permanent HW addr: 00:0c:29:1b:e2:73

Slave Interface: eth1
MII Status: up
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:1b:e2:7d
[root@localhost ~]#

在mode=0 负载均衡工作模式,他能提供两倍的带宽,下我们来看一下网卡的配置信息

[root@localhost ~]# ifconfig
bond0     Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:1B:E2:73 
          inet addr:192.168.145.100  Bcast:192.168.145.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::20c:29ff:fe1b:e273/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MASTER MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:60 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:83 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0
          RX bytes:7600 (7.4 KiB)  TX bytes:11746 (11.4 KiB)

eth0      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:1B:E2:73 
          UP BROADCAST RUNNING SLAVE MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:52 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:45 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:7035 (6.8 KiB)  TX bytes:6000 (5.8 KiB)
          Interrupt:67 Base address:0x2000

eth1      Link encap:Ethernet  HWaddr 00:0C:29:1B:E2:73 
          UP BROADCAST RUNNING SLAVE MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:11 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:51 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:745 (745.0 b)  TX bytes:7748 (7.5 KiB)
          Interrupt:67 Base address:0x2080

lo        Link encap:Local Loopback 
          inet addr:127.0.0.1  Mask:255.0.0.0
          inet6 addr: ::1/128 Scope:Host
          UP LOOPBACK RUNNING  MTU:16436  Metric:1
          RX packets:16 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:16 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:0
          RX bytes:1372 (1.3 KiB)  TX bytes:1372 (1.3 KiB)

[root@localhost ~]#

在这种情况下出现一块网卡失效,仅仅会是服务器出口带宽下降,也不会影响网络使用.
通过查看bond0的工作状态查询能详细的掌握bonding的工作状态

root@localhost ~]# cat /proc/net/bonding/bond0
Ethernet Channel Bonding Driver: v3.4.0 (October 7, 2008)

Bonding Mode: load balancing (round-robin)
MII Status: up
MII Polling Interval (ms): 100
Up Delay (ms): 0
Down Delay (ms): 0

Slave Interface: eth0
MII Status: up
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:1b:e2:73

Slave Interface: eth1
MII Status: up
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 00:0c:29:1b:e2:7d
[root@localhost ~]#

需要说明的是如果想做成负载均衡,仅仅设置这里options bond0 miimon=100 mode=0是不够的,还需要设置交换机的端口.
从原理分析一下（bond运行在mode 0下）：
mode 0下bond所绑定的网卡的IP都被修改成一样的mac地址，如果这些网卡都被接在同一个交换机，那么交换机的arp表里这个mac地址对应的端口就有多个，那么交换机接受到发往这个mac地址的包应该往哪个端口转发呢？正常情况下mac地址是全球唯一的，一个mac地址对应多个端口肯定使交换机迷惑了。
所以mode0下的bond如果连接到交换机，交换机这几个端口应该采取聚合方式（cisco称为ethernetchannel，foundry称为portgroup），因为交换机做了聚合后，聚合下的几个端口也被捆绑成一个mac地址

七种bond模式说明：

 

第一种模式：mod=0 ，即：(balance-rr) Round-robin policy（平衡轮循环策略） 特点：传输数据包顺序是依次传输（即：第1个包走eth0，下一个包就走eth1….一直循环下去，直到最后一个传输完毕），此模式提供负载平衡和容错能 力；但是我们知道如果一个连接或者会话的数据包从不同的接口发出的话，中途再经过不同的链路，在客户端很有可能会出现数据包无序到达的问题，而无序到达的数据包需要重新要求被发送，这样网络的吞吐量就会下降

第二种模式：mod=1，即： (active-backup) Active-backup policy（主-备份策略） 特点：只有一个设备处于活动状态，当一个宕掉另一个马上由备份转换为主设备。mac地址是外部可见得，从外面看来，bond的MAC地址是唯一的，以避免switch(交换机)发生混乱。此模式只提供了容错能力；由此可见此算法的优点是可以提供高网络连接的可用性，但是它的资源利用率较低，只有一个接口处于工作状态，在有 N 个网络接口的情况下，资源利用率为1/N

第三种模式：mod=2，即：(balance-xor) XOR policy（平衡策略） 特点：基于指定的传输HASH策略传输数据包。缺省的策略是：(源MAC地址 XOR 目标MAC地址) % slave数量。其他的传输策略可以通过xmit_hash_policy选项指定，此模式提供负载平衡和容错能力

第四种模式：mod=3，即：broadcast（广播策略） 特点：在每个slave接口上传输每个数据包，此模式提供了容错能力

第五种模式：mod=4，即：(802.3ad) IEEE 802.3ad Dynamic link aggregation（IEEE 802.3ad 动态链接聚合） 特点：创建一个聚合组，它们共享同样的速率和双工设定。根据802.3ad规范将多个slave工作在同一个激活的聚合体下。 外出流量的slave选举是基于传输hash策略，该策略可以通过xmit_hash_policy选项从缺省的XOR策略改变到其他策略。需要注意的是，并不是所有的传输策略都是802.3ad适应的，尤其考虑到在802.3ad标准43.2.4章节提及的包乱序问题。不同的实现可能会有不同的适应 性。 必要条件： 条件1：ethtool支持获取每个slave的速率和双工设定 条件2：switch(交换机)支持IEEE 802.3ad Dynamic link aggregation 条件3：大多数switch(交换机)需要经过特定配置才能支持802.3ad模式

第六种模式：mod=5，即：(balance-tlb) Adaptive transmit load balancing（适配器传输负载均衡） 特点：不需要任何特别的switch(交换机)支持的通道bonding。在每个slave上根据当前的负载（根据速度计算）分配外出流量。如果正在接受数据的slave出故障了，另一个slave接管失败的slave的MAC地址。 该模式的必要条件：ethtool支持获取每个slave的速率

第七种模式：mod=6，即：(balance-alb) Adaptive load balancing（适配器适应性负载均衡） 特点：该模式包含了balance-tlb模式，同时加上针对IPV4流量的接收负载均衡(receive load balance, rlb)，而且不需要任何switch(交换机)的支持 。接收负载均衡是通过ARP协商实现的。bonding驱动截获本机发送的ARP应答，并把源硬件地址改写为bond中某个slave的唯一硬件地址，从而使得不同的对端使用不同的硬件地址进行通信。 来自 服务器端的接收流量也会被均衡。当本机发送ARP请求时，bonding驱动把对端的IP信息从ARP包中复制并保存下来。当ARP应答从对端到达 时，bonding驱动把它的硬件地址提取出来，并发起一个ARP应答给bond中的某个slave。使用ARP协商进行负载均衡的一个问题是：每次广播 ARP请求时都会使用bond的硬件地址，因此对端学习到这个硬件地址后，接收流量将会全部流向当前的slave。这个问题可以通过给所有的对端发送更新（ARP应答）来解决，应答中包含他们独一无二的硬件地址，从而导致流量重新分布。当新的slave加入到bond中时，或者某个未激活的slave重新 激活时，接收流量也要重新分布。接收的负载被顺序地分布（round robin）在bond中最高速的slave上 当某个链路被重新接上，或者一个新的slave加入到bond中，接收流量在所有当前激活的slave中全部重新分配，通过使用指定的MAC地址给每个 client发起ARP应答。下面介绍的updelay参数必须被设置为某个大于等于switch(交换机)转发延时的值，从而保证发往对端的ARP应答 不会被switch(交换机)阻截。 必要条件： 条件1：ethtool支持获取每个slave的速率； 条件2：底层驱动支持设置某个设备的硬件地址，从而使得总是有个slave(curr_active_slave)使用bond的硬件地址，同时保证每个 bond 中的slave都有一个唯一的硬件地址。如果curr_active_slave出故障，它的硬件地址将会被新选出来的 curr_active_slave接管 其实mod=6与mod=0的区别：mod=6，先把eth0流量占满，再占eth1，….ethX；而mod=0的话，会发现2个口的流量都很稳定，基本一样的带宽。而mod=6，会发现第一个口流量很高，第2个口只占了小部分流量

bonding模块的所有工作模式可以分为两类：多主型工作模式和主备型工作模式，balance-rr 和broadcast属于多主型工作模式而active-backup属于主备型工作模式。（balance-xor、自适应传输负载均衡模式（balance-tlb）和自适应负载均衡模式（balance-alb）也属于多主型工作模式，IEEE 802.3ad动态链路聚合模式（802.3ad）属于主备型工作模式

注：这里要注意一点，每一次在修改 bond0 的 mode 后，都需要重新启动计算机，才能使修改生效。 Linux下通过网卡邦定技术既增加了服务器的可靠性,又增加了可用网络带宽,为用户提供不间断的关键服务。