在現(xiàn)代 IT 基礎(chǔ)設(shè)施中，網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性至關(guān)重要。對(duì)于許多企業(yè)和個(gè)人用戶來說，確保網(wǎng)絡(luò)的高可用性和冗余性是首要任務(wù)之一。Linux 提供了一個(gè)強(qiáng)大的解決方案——網(wǎng)絡(luò)卡綁定(Network Interface Card Bonding，簡稱 NIC Bonding)。本文將深入探討什么是網(wǎng)絡(luò)卡綁定、它的工作原理、常見的綁定模式以及如何在 Linux 系統(tǒng)中配置和管理網(wǎng)絡(luò)卡綁定。

什么是網(wǎng)絡(luò)卡綁定？

網(wǎng)絡(luò)卡綁定是一種技術(shù)，通過將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口聚合在一起，創(chuàng)建一個(gè)邏輯上的網(wǎng)絡(luò)接口，以提高網(wǎng)絡(luò)帶寬和提供冗余性。簡而言之，網(wǎng)絡(luò)卡綁定可以讓多張網(wǎng)卡同時(shí)工作，從而提高數(shù)據(jù)傳輸速率，并在某一張網(wǎng)卡出現(xiàn)故障時(shí)提供故障轉(zhuǎn)移能力。

網(wǎng)絡(luò)卡綁定的工作原理

網(wǎng)絡(luò)卡綁定的核心思想是將多張物理網(wǎng)卡虛擬化成一個(gè)單一的邏輯接口。這樣一來，多個(gè)網(wǎng)卡就可以共同處理流量，提高整體的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。同時(shí)，當(dāng)一張網(wǎng)卡失效時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)將流量切換到其他可用的網(wǎng)卡，從而實(shí)現(xiàn)冗余和高可用性。

常見的綁定模式

網(wǎng)卡綁定模式一共有七種(0到6)，即bond0、bond1、bond2、bond3、bond4、bond5和bond6，其中常用的有三種：

• mode=0：平衡負(fù)載模式，具備自動(dòng)備援功能，但需要交換機(jī)的支持和配置。
• mode=1：自動(dòng)備援模式，當(dāng)一條線路斷開時(shí)，其他線路會(huì)自動(dòng)接管。
• mode=6：平衡負(fù)載模式，具備自動(dòng)備援功能，不需要交換機(jī)的支持和配置。

1.mode=0(平衡負(fù)載模式，Balance-rr)

這種模式通過輪詢(round-robin)的方式在所有綁定的網(wǎng)絡(luò)接口之間分配網(wǎng)絡(luò)流量。它確保每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口都會(huì)輪流發(fā)送和接收數(shù)據(jù)包，以達(dá)到負(fù)載均衡的效果。

特點(diǎn)：

• 負(fù)載均衡：通過輪詢方式分配流量，可以實(shí)現(xiàn)所有綁定接口的負(fù)載均衡。
• 冗余備援：如果其中一個(gè)接口出現(xiàn)故障，流量會(huì)自動(dòng)切換到其他正常的接口，以確保網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性。
• 性能提升：在支持的環(huán)境中，可以顯著提升網(wǎng)絡(luò)帶寬和性能，因?yàn)榱髁客瑫r(shí)在多個(gè)接口上傳輸。

要求：

• 交換機(jī)支持：該模式需要連接的交換機(jī)支持EtherChannel(如Cisco的)或類似的技術(shù)，并且需要在交換機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)的配置以實(shí)現(xiàn)鏈路聚合。
• 配置復(fù)雜度：由于需要交換機(jī)的支持和配置，設(shè)置較為復(fù)雜。

適用場景：

• 需要高帶寬和高可用性的環(huán)境，如服務(wù)器群集、數(shù)據(jù)中心等。
• 環(huán)境中具備支持鏈路聚合技術(shù)的高級(jí)交換機(jī)設(shè)備。

2.mode=1(自動(dòng)備援模式，Active-backup)

在這種模式下，只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口處于活動(dòng)狀態(tài)，其他接口處于備援狀態(tài)。如果活動(dòng)接口出現(xiàn)故障，備援接口會(huì)自動(dòng)接管，確保網(wǎng)絡(luò)連接的連續(xù)性。

特點(diǎn)：

• 高可用性：通過自動(dòng)備援機(jī)制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接的高可用性。如果活動(dòng)接口發(fā)生故障，備援接口會(huì)立即接管，最小化網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)間。
• 單鏈路流量：只有一個(gè)接口在任何時(shí)間點(diǎn)處于活動(dòng)狀態(tài)，因此總帶寬受限于單個(gè)接口的帶寬。
• 無交換機(jī)需求：不需要交換機(jī)的特殊支持或配置，適用于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

要求：

• 簡易配置：無需復(fù)雜的交換機(jī)配置，只需在主機(jī)上進(jìn)行綁定配置即可。

適用場景：

• 對(duì)帶寬要求不高，但需要高可靠性的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，如服務(wù)器的管理接口或關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)連接。
• 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中沒有支持鏈路聚合的高級(jí)交換機(jī)設(shè)備。

3.mode=2(XOR模式，Balance-xor)

在這種模式下，基于傳輸?shù)牧髁啃畔?例如源和目標(biāo)的MAC地址、IP地址等)進(jìn)行流量分配。通過對(duì)這些信息進(jìn)行異或(XOR)運(yùn)算，確定每個(gè)數(shù)據(jù)包應(yīng)該使用的物理接口。

特點(diǎn)：

• 負(fù)載均衡：能在不同的接口之間有效地分配流量，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。
• 冗余備援：如果某個(gè)接口出現(xiàn)故障，其他接口可以接管其流量，以確保網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性和可靠性。
• 性能優(yōu)化：通過基于流的分配方式，可以實(shí)現(xiàn)更高效的網(wǎng)絡(luò)流量管理，特別是在多個(gè)連接同時(shí)進(jìn)行時(shí)。

要求：

• 交換機(jī)配置：需要連接的交換機(jī)支持鏈路聚合技術(shù)(如EtherChannel或LACP)，并且需要在交換機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)的配置以支持XOR模式。
• 配置復(fù)雜度：由于需要在交換機(jī)上進(jìn)行配置，相比于不需要交換機(jī)支持的模式，配置相對(duì)復(fù)雜。

適用場景：

• 多個(gè)客戶端和服務(wù)器之間有大量并發(fā)連接的場景，如Web服務(wù)器群集。
• 需要在不同連接之間進(jìn)行負(fù)載均衡的高帶寬環(huán)境。

工作原理：

• XOR模式通過對(duì)數(shù)據(jù)包的源和目標(biāo)地址信息進(jìn)行異或運(yùn)算，將計(jì)算結(jié)果用于選擇出一個(gè)物理接口來發(fā)送該數(shù)據(jù)包。
• 這種方式確保了同一對(duì)源和目標(biāo)地址的流量始終通過同一個(gè)接口傳輸，從而避免了數(shù)據(jù)包的亂序問題。

4.mode=3(廣播模式，Broadcast)

在這種模式下，所有傳出的數(shù)據(jù)包都會(huì)通過所有的網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行廣播(即所有接口都會(huì)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包)。這種方式確保數(shù)據(jù)包會(huì)通過所有可能的路徑傳輸?shù)侥康牡?，從而提高了?shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

特點(diǎn)：

• 數(shù)據(jù)冗余：每個(gè)數(shù)據(jù)包都會(huì)通過所有綁定的接口進(jìn)行發(fā)送，因此在任何一個(gè)接口出現(xiàn)故障時(shí)，其他接口仍能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)包，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/li>
• 無負(fù)載均衡：這種模式下沒有負(fù)載均衡功能，因?yàn)樗械慕涌诙紩?huì)同時(shí)發(fā)送相同的數(shù)據(jù)包，不能提高帶寬。
• 高可靠性：適合需要確保數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地的場景，因?yàn)榧词挂粋€(gè)接口失敗，數(shù)據(jù)包仍能通過其他接口傳輸。

要求：

• 支持多播/廣播：連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要支持多播或廣播傳輸。
• 配置相對(duì)簡單：不需要像mode=0那樣復(fù)雜的交換機(jī)配置。

適用場景：

• 需要極高可靠性的環(huán)境，如需要確保數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地的實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)、金融交易系統(tǒng)等。
• 對(duì)帶寬要求不高，但對(duì)數(shù)據(jù)傳輸成功率要求很高的場景。

5.mode=4(IEEE 802.3ad 動(dòng)態(tài)鏈路聚合)

mode=4 采用IEEE 802.3ad標(biāo)準(zhǔn)，通過動(dòng)態(tài)鏈路聚合協(xié)議(LACP, Link Aggregation Control Protocol)實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的捆綁。這種模式允許多個(gè)網(wǎng)卡協(xié)同工作，以提高帶寬和提供冗余。

特點(diǎn)：

• 負(fù)載均衡：基于LACP協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的負(fù)載均衡，提升總的網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
• 冗余備援：當(dāng)某個(gè)鏈路失效時(shí)，流量會(huì)自動(dòng)切換到其他正常的鏈路上，保證網(wǎng)絡(luò)的高可用性。
• 動(dòng)態(tài)配置：LACP協(xié)議允許動(dòng)態(tài)配置和管理鏈路聚合，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整鏈路數(shù)量。
• 帶寬聚合：多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口的帶寬可以聚合在一起，形成一個(gè)更大的虛擬帶寬。

要求：

• 交換機(jī)支持：需要連接的交換機(jī)支持IEEE 802.3ad標(biāo)準(zhǔn)的LACP協(xié)議，并需要在交換機(jī)上進(jìn)行相應(yīng)配置。
• 配置復(fù)雜度：由于需要配置交換機(jī)的LACP功能，設(shè)置相對(duì)復(fù)雜。

適用場景：

• 數(shù)據(jù)中心、高性能計(jì)算環(huán)境等需要高帶寬和高可靠性的場景。
• 企業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，尤其是需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)帶寬和負(fù)載的環(huán)境。

6.mode=5(適配器傳輸負(fù)載均衡，Balance-tlb)

這種模式通過根據(jù)每個(gè)接口的當(dāng)前負(fù)載來動(dòng)態(tài)調(diào)整出站流量，從而在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口之間實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。傳入流量由當(dāng)前的主接口處理。

特點(diǎn)：

• 傳輸負(fù)載均衡：通過監(jiān)測每個(gè)接口的負(fù)載情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整流量的分配，使出站流量在接口之間平衡。
• 自動(dòng)備援：如果一個(gè)接口失效，流量會(huì)自動(dòng)切換到其他接口，確保網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性。
• 無需交換機(jī)支持：這種模式不需要交換機(jī)支持鏈路聚合技術(shù)，因此配置簡單。

要求：

• 單向負(fù)載均衡：僅對(duì)出站流量進(jìn)行負(fù)載均衡，入站流量仍由主接口處理。
• 動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)整：需要系統(tǒng)支持動(dòng)態(tài)監(jiān)測和調(diào)整接口負(fù)載。

適用場景：

• 適用于不具備高級(jí)交換機(jī)支持的環(huán)境。
• 需要在多接口之間分配出站流量的場景，如網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。

7.mode=6(平衡負(fù)載模式，Balance-alb)

mode=6是一種平衡負(fù)載模式，也稱為Adaptive Load Balancing(ALB)，它在mode=0的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，主要針對(duì)了mode=0中的一個(gè)問題，即MAC地址風(fēng)暴。MAC地址風(fēng)暴是指當(dāng)mode=0中的一個(gè)網(wǎng)卡失效后，其MAC地址會(huì)切換到另一個(gè)網(wǎng)卡，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都要重新學(xué)習(xí)新的MAC地址，造成網(wǎng)絡(luò)的短暫阻塞。mode=6通過動(dòng)態(tài)修改網(wǎng)卡的MAC地址，解決了這個(gè)問題。

特點(diǎn)：

• 負(fù)載均衡：類似于mode=0，通過輪詢方式在所有綁定的網(wǎng)絡(luò)接口之間分配網(wǎng)絡(luò)流量，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。
• 冗余備援：當(dāng)一個(gè)接口失效時(shí)，其它正常的接口會(huì)接管其MAC地址和IP地址，無需交換機(jī)的支持。
• MAC地址動(dòng)態(tài)修改：為避免MAC地址風(fēng)暴，mode=6會(huì)動(dòng)態(tài)地修改網(wǎng)卡的MAC地址，減少網(wǎng)絡(luò)中斷。

要求：

• 不需要交換機(jī)支持：相比于mode=0，mode=6不需要交換機(jī)的支持和配置，減少了部署的復(fù)雜度。
• 兼容性：需要確保網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)動(dòng)態(tài)MAC地址更改的兼容性。

適用場景：

• 需要高可用性和負(fù)載均衡，并且不想依賴于交換機(jī)配置的環(huán)境。
• 對(duì)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)間有嚴(yán)格要求的場景，如在線交易系統(tǒng)、云服務(wù)等。

8.小結(jié)

為方便大家的理解把上述總結(jié)如下表：

配置示例

在ubuntu系統(tǒng)中，可以通過以編輯/etc/netplan/01-network-manager-all.yaml下的文件配置不同網(wǎng)卡的bond模式，下面以mode=4為例進(jìn)行闡述：

network:
  version: 2
  ethernets:
    eth0:
      dhcp4: no
      optional: true
    eth1:
      dhcp4: no
      optional: true
  bonds:
    bond4:  
      dhcp4: no
      addresses:
        - 192.168.1.103/24
      nameservers:
        addresses:
          - 192.168.1.1
          - 114.114.114.114
      routes:
          - to: default
            via: 192.168.1.1
      interfaces:
        - eth0
        - eth1
      parameters:
        mode: 802.3ad  #這里是指定bond的模式
        mii-monitor-interval: 100
        lacp-rate: fast
        transmit-hash-policy: layer2

修改上述的配置文件，重啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，通過執(zhí)行如下命令查看是否生效：

詳細(xì)信息查看/proc/net/bonding/bond4這個(gè)文件，如下圖：

在交換機(jī)上，需要啟用LACP并將相應(yīng)端口加入LACP組。例如，在Cisco交換機(jī)上，可以通過以下命令進(jìn)行配置：

Switch(config)# interface range GigabitEthernet0/1 - 2
Switch(config-if-range)# channel-group 1 mode active
Switch(config-if-range)# exit
Switch(config)# interface Port-channel 1
Switch(config-if)# switchport mode trunk

這種配置將eth0和eth1接口綁定為bond0，并將其設(shè)置為mode=4模式。交換機(jī)上的配置示例展示了如何啟用LACP并將端口加入聚合組。需要注意的是，具體配置可能因系統(tǒng)和設(shè)備而異。

總結(jié)網(wǎng)絡(luò)卡綁定是提高 Linux 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性的重要技術(shù)。通過將多張網(wǎng)卡綁定在一起，用戶可以實(shí)現(xiàn)更高的帶寬、更好的負(fù)載均衡和更強(qiáng)的冗余性。不同的綁定模式適用于不同的應(yīng)用場景，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的模式進(jìn)行配置。掌握網(wǎng)絡(luò)卡綁定技術(shù)，不僅能提升系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能，還能為關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用提供更高的穩(wěn)定性和可靠性。