linux网络基础-网卡bonding技术

1.bonding

bonding(绑定)是一种linux系统下的网卡绑定技术，可以把服务器上n个物理网卡在系统内部抽象(绑定)成一个逻辑上的网卡，实现本地网卡的冗余，带宽扩容和负载均衡。在应用部署中是一种常用的技术。

bonding技术是linux系统内核层面实现的，它是一个内核模块(驱动)，使用它需要系统有这个模块。

modinfo bonding 命令查看下这个模块的信息。

2、bonding的七种模式

bonding技术提供了七种工作模式，在使用的时候需要指定一种，每种有各自的优缺点。

第一种模式： mod=0 ， 即： (balance-rr) Round-robin policy（平衡抡循环策略）

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。 这种模式需要接入交换机配置静态链路聚合配置。

V3 平台交换机侧的静态典型配置

[H3C] link-aggregation group 1 mode manual
[H3C] interface ethernet2/1/1
[H3C-Ethernet2/1/1] port link-aggregation group 1
[H3C-Ethernet2/1/1] interface ethernet2/1/2
[H3C-Ethernet2/1/2] port link-aggregation group 1
[H3C-Ethernet2/1/2] interface ethernet2/1/3
[H3C-Ethernet2/1/3] port link-aggregation group 1

V5/V7 交换机侧的静态典型配置

[DeviceA] interface Bridge-Aggregation 1 //默认静态
[DeviceA-Bridge-Aggregation1] quit
[DeviceA] interface GigabitEthernet 4/0/1
[DeviceA-GigabitEthernet4/0/1] port link-aggregation group 1
[DeviceA] interface GigabitEthernet 4/0/2
[DeviceA-GigabitEthernet4/0/2] port link-aggregation group 1

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。 交换机侧无需任何配置， 但是会存在 MAC 漂移的记录。

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。 交换机侧无需配置任何链路模式。

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。 交换机侧无需配置任何链路模式。

第五种模式： mod=4， 即： (802.3ad) IEEE 802.3ad Dynamic link aggregation（IEEE802.3ad 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。交换机侧需要动态链路聚合配置对接。

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

V3 交换机的动态聚合典型配置

[H3C] link-aggregation group 1 mode static
[H3C] interface ethernet2/1/1
[H3C-Ethernet2/1/1] port link-aggregation group 1
[H3C-Ethernet2/1/1] interface ethernet2/1/2
[H3C-Ethernet2/1/2] port link-aggregation group 1
[H3C-Ethernet2/1/2] interface ethernet2/1/3
[H3C-Ethernet2/1/3] port link-aggregation group 1

V5/V7 平台交换机的动态聚合典型配置

[DeviceA] interface Bridge-Aggregation 1
[DeviceA-Bridge-Aggregation1] link-aggregation mode dynamic
[DeviceA] interface GigabitEthernet 4/0/1
[DeviceA-GigabitEthernet4/0/1] port link-aggregation group 1
[DeviceA-GigabitEthernet4/0/1] quit
[DeviceA] interface GigabitEthernet 4/0/2
[DeviceA-GigabitEthernet4/0/2] port link-aggregation group 1

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。 交换机侧目前无需配置任何链路模式。

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。 交换机侧目前无需任何链路模式对接。

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。

 

3、在centos7上配置bonding
环境:
系统: Centos7
网卡: em1、em2
bond0：172.16.0.183
负载模式: mode6（adaptive load balancing）
服务器上两张物理网卡em1和em2, 通过绑定成一个逻辑网卡bond0，bonding模式选择mode6
注: ip地址配置在bond0上, 物理网卡不需要配置ip地址

1)关闭和停止NetworkManager服务

systemctl stop NetworkManager.service     # 停止NetworkManager服务
systemctl disable NetworkManager.service  # 禁止开机启动NetworkManager服务

ps: 一定要关闭，不关会对做bonding有干扰

2)加载bonding模块

modprobe --first-time bonding
没有提示说明加载成功, 如果出现modprobe: ERROR: could not insert 'bonding': Module already in kernel说明你已经加载了这个模块, 就不用管了
可以使用lsmod | grep bonding查看模块是否被加载
lsmod | grep bonding
bonding               136705  0 

3)创建基于bond0接口的配置文件

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-bond0
DEVICE=bond0
TYPE=Bond
IPADDR=172.16.0.183
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=172.16.0.1
DNS1=114.114.114.114
USERCTL=no
BOOTPROTO=none
ONBOOT=yes
BONDING_MASTER=yes
BONDING_OPTS="mode=6 miimon=100"
上面的BONDING_OPTS="mode=6 miimon=100" 表示这里配置的工作模式是mode6(adaptive load balancing), 
miimon表示监视网络链接的频度 (毫秒), 我们设置的是100毫秒, 根据你的需求也可以指定mode成其它的负载模式。

4)修改em1接口的配置文件

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-em1
DEVICE=em1
USERCTL=no
ONBOOT=yes
MASTER=bond0                  # 需要和上面的ifcfg-bond0配置文件中的DEVICE的值对应
SLAVE=yes
BOOTPROTO=none
5)修改em2接口的配置文件
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-em2
DEVICE=em2
USERCTL=no
ONBOOT=yes
MASTER=bond0                 # 需要和上的ifcfg-bond0配置文件中的DEVICE的值对应
SLAVE=yes
BOOTPROTO=none

5)重启网络服务

systemctl restart network
查看bond0的接口状态信息 ( 如果报错说明没做成功，很有可能是bond0接口没起来)

# cat /proc/net/bonding/bond0

Bonding Mode: adaptive load balancing   // 绑定模式: 当前是ald模式(mode 6), 也就是高可用和负载均衡模式
Primary Slave: None
Currently Active Slave: em1
MII Status: up                           // 接口状态: up(MII是Media Independent Interface简称, 接口的意思)
MII Polling Interval (ms): 100           // 接口轮询的时间隔(这里是100ms)
Up Delay (ms): 0
Down Delay (ms): 0

Slave Interface: em1                     // 备接口: em0
MII Status: up                           // 接口状态: up(MII是Media Independent Interface简称, 接口的意思)
Speed: 1000 Mbps                         // 端口的速率是1000 Mpbs
Duplex: full                             // 全双工
Link Failure Count: 0                    // 链接失败次数: 0 
Permanent HW addr: 84:2b:2b:6a:76:d4      // 永久的MAC地址
Slave queue ID: 0

Slave Interface: em1                     // 备接口: em1
MII Status: up                           // 接口状态: up(MII是Media Independent Interface简称, 接口的意思)
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full                             // 全双工
Link Failure Count: 0                    // 链接失败次数: 0
Permanent HW addr: 84:2b:2b:6a:76:d5     // 永久的MAC地址
Slave queue ID: 0

通过ifconfig命令查看下网络的接口信息

# ifconfig

bond0: flags=5187<UP,BROADCAST,RUNNING,MASTER,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 172.16.0.183  netmask 255.255.255.0  broadcast 172.16.0.255
        inet6 fe80::862b:2bff:fe6a:76d4  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 84:2b:2b:6a:76:d4  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 11183  bytes 1050708 (1.0 MiB)
        RX errors 0  dropped 5152  overruns 0  frame 0
        TX packets 5329  bytes 452979 (442.3 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

em1: flags=6211<UP,BROADCAST,RUNNING,SLAVE,MULTICAST>  mtu 1500
        ether 84:2b:2b:6a:76:d4  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 3505  bytes 335210 (327.3 KiB)
        RX errors 0  dropped 1  overruns 0  frame 0
        TX packets 2852  bytes 259910 (253.8 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

em2: flags=6211<UP,BROADCAST,RUNNING,SLAVE,MULTICAST>  mtu 1500
        ether 84:2b:2b:6a:76:d5  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 5356  bytes 495583 (483.9 KiB)
        RX errors 0  dropped 4390  overruns 0  frame 0
        TX packets 1546  bytes 110385 (107.7 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 0  (Local Loopback)
        RX packets 17  bytes 2196 (2.1 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 17  bytes 2196 (2.1 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

mode6这种负载模式除了故障恢复的时候有丢包之外,其它都挺好的，如果能够忽略这点的话可以用这种模式；
而mode1故障的切换和恢复都很快，基本没丢包和延时。但端口利用率比较低，因为这种主备的模式只有一张网卡在工作.

4、Centos6配置bonding
系统: Centos6
网卡: em1、em2
bond0：172.16.0.183
负载模式: mode1（adaptive load balancing） # 这里的负载模式为1，也就是主备模式.
1)关闭和停止NetworkManager服务
service NetworkManager stop
chkconfig NetworkManager off
ps: 如果有装的话关闭它，如果报错说明没有装这个，那就不用管
2)加载bonding模块
modprobe --first-time bonding

3)创建基于bond0接口的配置文件

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-bond0
DEVICE=bond0
TYPE=Bond
BOOTPROTO=none
ONBOOT=yes
IPADDR=172.16.0.183
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=172.16.0.1
DNS1=114.114.114.114
USERCTL=no
BONDING_OPTS="mode=1 miimon=100"

4)加载bond0接口到内核
vi /etc/modprobe.d/bonding.conf
alias bond0 bonding
options bonding mode=0 miimon=200---这个在bond的配置文件中写也是可以的
如果我们要设置多个bond口，比如物理网口eth0和eth1组成bond0，eth2和eth3组成bond1，
那么网口配置文件的设置方法相同，/etc/modprobe.d/bonding.conf的设定有两种方法
第一种,你可以看到，这种方式的话，多个bond口的模式就只能设成相同的了：
alias bond0 bonding
alias bond1 bonding
options bonding max_bonds=2 miimon=200 mode=1

第二种，这种方式，不同的bond口的mode可以设成不一样：
alias bond0 bonding
options bond0 miimon=100 mode=1
install bond1 /sbin/modprobe bonding -o bond1 miimon=200 mode=0

5)编辑em1、em2的接口文件

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-em1
DEVICE=em1
MASTER=bond0
SLAVE=yes
USERCTL=no
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=none
vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-em2
DEVICE=em2
MASTER=bond0
SLAVE=yes
USERCTL=no
ONBOOT=yes
BOOTPROTO=none

6)加载模块、重启网络与测试
modprobe bonding
service network restart
查看bondo接口的状态

cat /proc/net/bonding/bond0

Bonding Mode: fault-tolerance (active-backup)  # bond0接口当前的负载模式是主备模式
Primary Slave: None
Currently Active Slave: em2
MII Status: up
MII Polling Interval (ms): 100
Up Delay (ms): 0
Down Delay (ms): 0

Slave Interface: em1
MII Status: up
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full
Link Failure Count: 2
Permanent HW addr: 84:2b:2b:6a:76:d4
Slave queue ID: 0

Slave Interface: em2
MII Status: up
Speed: 1000 Mbps
Duplex: full
Link Failure Count: 0
Permanent HW addr: 84:2b:2b:6a:76:d5
Slave queue ID: 0

通过ifconfig命令查看下接口的状态，你会发现mode=1模式下所有的mac地址都是一致的，说明对外逻辑就是一个mac地址

ifconfig 
bond0: flags=5187<UP,BROADCAST,RUNNING,MASTER,MULTICAST>  mtu 1500
        inet6 fe80::862b:2bff:fe6a:76d4  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 84:2b:2b:6a:76:d4  txqueuelen 0  (Ethernet)
        RX packets 147436  bytes 14519215 (13.8 MiB)
        RX errors 0  dropped 70285  overruns 0  frame 0
        TX packets 10344  bytes 970333 (947.5 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

em1: flags=6211<UP,BROADCAST,RUNNING,SLAVE,MULTICAST>  mtu 1500
        ether 84:2b:2b:6a:76:d4  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 63702  bytes 6302768 (6.0 MiB)
        RX errors 0  dropped 64285  overruns 0  frame 0
        TX packets 344  bytes 35116 (34.2 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

em2: flags=6211<UP,BROADCAST,RUNNING,SLAVE,MULTICAST>  mtu 1500
        ether 84:2b:2b:6a:76:d4  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 65658  bytes 6508173 (6.2 MiB)
        RX errors 0  dropped 6001  overruns 0  frame 0
        TX packets 1708  bytes 187627 (183.2 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING>  mtu 65536
        inet 127.0.0.1  netmask 255.0.0.0
        inet6 ::1  prefixlen 128  scopeid 0x10<host>
        loop  txqueuelen 0  (Local Loopback)
        RX packets 31  bytes 3126 (3.0 KiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 31  bytes 3126 (3.0 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

备注：在CentOS系统上面默认没有ifconfig命令,可以通过yum安装 
yum install net-tools -y