了解 Linux 网络卡绑定，提高网络性能与冗余性

在现代 IT 基础设施中，网络性能和可靠性至关重要。对于许多企业和个人用户来说，确保网络的高可用性和冗余性是首要任务之一。Linux
提供了一个强大的解决方案——网络卡绑定(Network Interface Card Bonding，简称 NIC
Bonding)。本文将深入探讨什么是网络卡绑定、它的工作原理、常见的绑定模式以及如何在 Linux 系统中配置和管理网络卡绑定。

什么是网络卡绑定？

网络卡绑定是一种技术，通过将多个网络接口聚合在一起，创建一个逻辑上的网络接口，以提高网络带宽和提供冗余性。简而言之，网络卡绑定可以让多张网卡同时工作，从而提高数据传输速率，并在某一张网卡出现故障时提供故障转移能力。

网络卡绑定的工作原理

网络卡绑定的核心思想是将多张物理网卡虚拟化成一个单一的逻辑接口。这样一来，多个网卡就可以共同处理流量，提高整体的网络吞吐量。同时，当一张网卡失效时，系统可以自动将流量切换到其他可用的网卡，从而实现冗余和高可用性。

常见的绑定模式

网卡绑定模式一共有七种(0到6)，即bond0、bond1、bond2、bond3、bond4、bond5和bond6，其中常用的有三种：

• mode=0：平衡负载模式，具备自动备援功能，但需要交换机的支持和配置。
• mode=1：自动备援模式，当一条线路断开时，其他线路会自动接管。
• mode=6：平衡负载模式，具备自动备援功能，不需要交换机的支持和配置。

1.mode=0(平衡负载模式，Balance-rr)

这种模式通过轮询(round-robin)的方式在所有绑定的网络接口之间分配网络流量。它确保每个网络接口都会轮流发送和接收数据包，以达到负载均衡的效果。

特点：

• 负载均衡：通过轮询方式分配流量，可以实现所有绑定接口的负载均衡。
• 冗余备援：如果其中一个接口出现故障，流量会自动切换到其他正常的接口，以确保网络连接的可靠性。
• 性能提升：在支持的环境中，可以显著提升网络带宽和性能，因为流量同时在多个接口上传输。

要求：

• 交换机支持：该模式需要连接的交换机支持EtherChannel(如Cisco的)或类似的技术，并且需要在交换机上进行相应的配置以实现链路聚合。
• 配置复杂度：由于需要交换机的支持和配置，设置较为复杂。

适用场景：

• 需要高带宽和高可用性的环境，如服务器群集、数据中心等。
• 环境中具备支持链路聚合技术的高级交换机设备。

2.mode=1(自动备援模式，Active-backup)

在这种模式下，只有一个网络接口处于活动状态，其他接口处于备援状态。如果活动接口出现故障，备援接口会自动接管，确保网络连接的连续性。

特点：

• 高可用性：通过自动备援机制，实现网络连接的高可用性。如果活动接口发生故障，备援接口会立即接管，最小化网络中断时间。
• 单链路流量：只有一个接口在任何时间点处于活动状态，因此总带宽受限于单个接口的带宽。
• 无交换机需求：不需要交换机的特殊支持或配置，适用于大多数网络环境。

要求：

• 简易配置：无需复杂的交换机配置，只需在主机上进行绑定配置即可。

适用场景：

• 对带宽要求不高，但需要高可靠性的网络环境，如服务器的管理接口或关键业务应用的网络连接。
• 网络环境中没有支持链路聚合的高级交换机设备。

3.mode=2(XOR模式，Balance-xor)

在这种模式下，基于传输的流量信息(例如源和目标的MAC地址、IP地址等)进行流量分配。通过对这些信息进行异或(XOR)运算，确定每个数据包应该使用的物理接口。

特点：

• 负载均衡：能在不同的接口之间有效地分配流量，实现负载均衡。
• 冗余备援：如果某个接口出现故障，其他接口可以接管其流量，以确保网络连接的稳定性和可靠性。
• 性能优化：通过基于流的分配方式，可以实现更高效的网络流量管理，特别是在多个连接同时进行时。

要求：

• 交换机配置：需要连接的交换机支持链路聚合技术(如EtherChannel或LACP)，并且需要在交换机上进行相应的配置以支持XOR模式。
• 配置复杂度：由于需要在交换机上进行配置，相比于不需要交换机支持的模式，配置相对复杂。

适用场景：

• 多个客户端和服务器之间有大量并发连接的场景，如Web服务器群集。
• 需要在不同连接之间进行负载均衡的高带宽环境。

工作原理：

• XOR模式通过对数据包的源和目标地址信息进行异或运算，将计算结果用于选择出一个物理接口来发送该数据包。
• 这种方式确保了同一对源和目标地址的流量始终通过同一个接口传输，从而避免了数据包的乱序问题。

4.mode=3(广播模式，Broadcast)

在这种模式下，所有传出的数据包都会通过所有的网络接口进行广播(即所有接口都会发送相同的数据包)。这种方式确保数据包会通过所有可能的路径传输到目的地，从而提高了数据传输的可靠性。

特点：

• 数据冗余：每个数据包都会通过所有绑定的接口进行发送，因此在任何一个接口出现故障时，其他接口仍能继续发送数据包，保证了数据传输的可靠性。
• 无负载均衡：这种模式下没有负载均衡功能，因为所有的接口都会同时发送相同的数据包，不能提高带宽。
• 高可靠性：适合需要确保数据包到达目的地的场景，因为即使一个接口失败，数据包仍能通过其他接口传输。

要求：

• 支持多播/广播：连接的网络设备和网络结构需要支持多播或广播传输。
• 配置相对简单：不需要像mode=0那样复杂的交换机配置。

适用场景：

• 需要极高可靠性的环境，如需要确保数据包到达目的地的实时通信系统、金融交易系统等。
• 对带宽要求不高，但对数据传输成功率要求很高的场景。

5.mode=4(IEEE 802.3ad 动态链路聚合)

mode=4 采用IEEE 802.3ad标准，通过动态链路聚合协议(LACP, Link Aggregation Control
Protocol)实现多个网络接口的捆绑。这种模式允许多个网卡协同工作，以提高带宽和提供冗余。

特点：

• 负载均衡：基于LACP协议，可以实现多个网络接口的负载均衡，提升总的网络吞吐量。
• 冗余备援：当某个链路失效时，流量会自动切换到其他正常的链路上，保证网络的高可用性。
• 动态配置：LACP协议允许动态配置和管理链路聚合，可以根据实际情况调整链路数量。
• 带宽聚合：多个网络接口的带宽可以聚合在一起，形成一个更大的虚拟带宽。

要求：

• 交换机支持：需要连接的交换机支持IEEE 802.3ad标准的LACP协议，并需要在交换机上进行相应配置。
• 配置复杂度：由于需要配置交换机的LACP功能，设置相对复杂。

适用场景：

• 数据中心、高性能计算环境等需要高带宽和高可靠性的场景。
• 企业级网络环境，尤其是需要动态调整网络带宽和负载的环境。

6.mode=5(适配器传输负载均衡，Balance-tlb)

这种模式通过根据每个接口的当前负载来动态调整出站流量，从而在多个网络接口之间实现负载均衡。传入流量由当前的主接口处理。

特点：

• 传输负载均衡：通过监测每个接口的负载情况，动态调整流量的分配，使出站流量在接口之间平衡。
• 自动备援：如果一个接口失效，流量会自动切换到其他接口，确保网络连接的可靠性。
• 无需交换机支持：这种模式不需要交换机支持链路聚合技术，因此配置简单。

要求：

• 单向负载均衡：仅对出站流量进行负载均衡，入站流量仍由主接口处理。
• 动态负载调整：需要系统支持动态监测和调整接口负载。

适用场景：

• 适用于不具备高级交换机支持的环境。
• 需要在多接口之间分配出站流量的场景，如网络服务器和数据传输应用。

7.mode=6(平衡负载模式，Balance-alb)

mode=6是一种平衡负载模式，也称为Adaptive Load
Balancing(ALB)，它在mode=0的基础上进行了改进，主要针对了mode=0中的一个问题，即MAC地址风暴。MAC地址风暴是指当mode=0中的一个网卡失效后，其MAC地址会切换到另一个网卡，导致网络中的所有设备都要重新学习新的MAC地址，造成网络的短暂阻塞。mode=6通过动态修改网卡的MAC地址，解决了这个问题。

特点：

• 负载均衡：类似于mode=0，通过轮询方式在所有绑定的网络接口之间分配网络流量，实现负载均衡。
• 冗余备援：当一个接口失效时，其它正常的接口会接管其MAC地址和IP地址，无需交换机的支持。
• MAC地址动态修改：为避免MAC地址风暴，mode=6会动态地修改网卡的MAC地址，减少网络中断。

要求：

• 不需要交换机支持：相比于mode=0，mode=6不需要交换机的支持和配置，减少了部署的复杂度。
• 兼容性：需要确保网络设备对动态MAC地址更改的兼容性。

适用场景：

• 需要高可用性和负载均衡，并且不想依赖于交换机配置的环境。
• 对网络中断时间有严格要求的场景，如在线交易系统、云服务等。

8.小结

为方便大家的理解把上述总结如下表：

配置示例

在ubuntu系统中，可以通过以编辑/etc/netplan/01-network-manager-all.yaml下的文件配置不同网卡的bond模式，下面以mode=4为例进行阐述：

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  #这里是指定bond的模式
        mii-monitor-interval: 100
        lacp-rate: fast
        transmit-hash-policy: layer2

修改上述的配置文件，重启网络服务，通过执行如下命令查看是否生效：

详细信息查看/proc/net/bonding/bond4这个文件，如下图：

在交换机上，需要启用LACP并将相应端口加入LACP组。例如，在Cisco交换机上，可以通过以下命令进行配置：

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

这种配置将eth0和eth1接口绑定为bond0，并将其设置为mode=4模式。交换机上的配置示例展示了如何启用LACP并将端口加入聚合组。需要注意的是，具体配置可能因系统和设备而异。

总结网络卡绑定是提高 Linux
系统网络性能和可靠性的重要技术。通过将多张网卡绑定在一起，用户可以实现更高的带宽、更好的负载均衡和更强的冗余性。不同的绑定模式适用于不同的应用场景，用户可以根据实际需求选择合适的模式进行配置。掌握网络卡绑定技术，不仅能提升系统的网络性能，还能为关键业务应用提供更高的稳定性和可靠性。