网卡的绑定7种模式

分析之前先说明ARP协议

1、ARP协议

ARP协议全称是Address Resolution Protocol，地址解析协议。主要用来提供IP地址和物理地址之间的映射。物理地址是在数据链路层使用，数据链路层根据48位的物理地址来确定端口。明确ARP协议只适用于局域网。MAC是物理地址的一种，还有其他的物理地址，如：

2、网卡的几种模式：

广播模式：接收目的mac广播的数据帧

多播模式：接收目的mac地址位多播的数据帧

直接模式：只能接收目的mac为本机网卡地址的数据帧

混杂模式：网卡不考虑目的物理地址，接收所有数据帧。一般网络监听的程序会把网卡设置为该模式。

3、ARP工作过程

(由IP地址获取物理地址的过程)

1.主机A在局域网内广播ARP请求，请求中包含目的主机B的IP地址，此时目的mac地址广播地址ff:ff:ff:ff:ff:ff:ff:ff

2.局域网内所有主机都会接收到该请求的数据帧，通过数据链路层解析到网络层。因为包中包含目的IP，所以只有B主机会发送ARP应答包，里面包含IP地址和对应的物理地址

3.主机收到ARP应答后，就可以发送数据帧。

同时每个主机会有一个ARP高速缓存，避免每次发包时都需要发送ARP请求。默认老化时间是20分钟，可以用arp —a查看高速缓存中的内容。

4、交换机工作过程

交换机主要是通过MAC地址表来转发数据帧，mac地址表中保存着mac地址与交换机接口的对应关系。

1.学习：如果交换机MAC地址表为空，那么当接收到一个数据帧后，会先检查帧中的源MAC地址，同时在mac地址表中记录源MAC地址和接收该帧的入口的映射。

2.广播：学习完后，检查目的mac看是否有对应的出口，如果没有，就除入口外广播该数据帧。

3.单播：如果检查到目的mac在mac表中有记录也直接把帧从对应的接口发送出去

4.更新：交换机存储的mac表也有老化时间位300s

５、网卡绑定的目的：

1.提高网卡的吞吐量，比如3块网卡并发传输能达到375MB/s的吞吐量。

2.增强网络的高可用，同时也能实现负载均衡。

多网卡绑定实际上需要提供一个额外的软件的bond驱动程序实现。通过驱动程序可以将多块网卡屏蔽。对TCP/IP协议层只存在一个Bond网卡，在Bond程序中实现网络流量的负载均衡，即将一个网络请求重定位到不同的网卡上，来提高总体网络的可用性。

6、网卡的绑定模式(总共有7种模式)：

第一种：

　　mode=0 (balance-rr)Round-robin policy

　　 平衡轮询策略，具有负载平衡和容错功能

　　 bond的网卡MAC为当前活动的网卡的MAC地址，需要交换机设置聚合模式，将多个网卡绑定为一条链路。

第二种：

　　mode=1 (active-backup)Active-backup policy

　　 主备策略，具有容错功能、资源利用率为1/N， 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。

　　 负载平衡实现的原因是：每个目的MAC选择相同的slave发送

第三种：

　　mode=2 (balance-xor)XOR police

　　异或平衡策略，具有负载平衡和容错功能

　　每个slave接口传输每个数据包

第四种：

　　mode=3(broadcast)

　　 广播策略，具有容错能力

第五种：

　　mode=4　(802.3ad)IEEE 802.3ad Dynamic link aggregation

　（IEEE802.3ad 动态链接聚合）

第六种：

　　mode=5 (balance-tlb)Adaptive transmit load balancing

　　适配器传输负载均衡，

　　 并行发送，无法并行接收，解决了数据发送的瓶颈。

第七种：

　　mode6(balance-alb)Adaptive load balancing

　　 适配器负载均衡模式

　　 并行发送，并行接收数据包

具体模式讲解

mode=0 (balance-rr)Round-robin policy

平衡轮询策略，具有负载平衡和容错功能

bond的网卡IP都映射为相同的MAC地址

(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

mode0下bond所绑定的网卡的IP都被修改成相同的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.我们的解决办法是,两个网卡接入不同的交换机即可。

mode=1 (active-backup)Active-backup policy

主备策略，具有容错功能、资源利用率为1/N

bond的网卡MAC为当前活动的网卡的MAC地址

(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

mode=2 (balance-xor)XOR policy

异或平衡策略，具有负载平衡和容错功能

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

负载平衡实现的原因是：每个目的MAC选择相同的slave发送

mode=3(broadcast)

广播策略，具有容错能力

每个slave接口传输每个数据包

mode=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。

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IEEE802.3ad 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

mode=5 (balance-tlb)Adaptive transmit load balancing

适配器传输负载均衡

server并行发送，无法并行接收，解决了数据发送的瓶颈。

软件方法实现对传输进行绑定。bond响应ARP应答是选择一个slave的MAC地址作为bond自身的MAC地址。client发送的数据都发往选定的MAC地址，但server回复时可以选择并行发送数据，无法并行接收。

在这种模型中，Client向Server发送ARP请求，Server将Bond适配器的MAC地址告诉给Client。Bond适配器驱动程序会选择一个Slave-NIC的MAC地址作为自己的MAC地址。例如，Client-B向Server发送ARP请求，Server会将MAC-C地址告诉给Client-B。因此，Client端发送的数据报文会全部被MAC-C地址所在的NIC接收。换句话说，所有Client了解到Server的MAC地址都是MAC-C，Client看不到Server端其他NIC的MAC地址。在Server端发送数据报文的时候，Server端封装的Source-Address都是Bond适配器配置的MAC地址，目的地址是Client NIC所在的MAC地址。在数据发送的时候，Bond驱动程序会根据一定算法将发送报文均匀分配到所有NIC上，由于NIC驱动不会更改以太网报文中的内容，通过这种方式，Bond驱动可以充分利用所有网卡的物理带宽。这种方法实现简单，Bond驱动程序不需要截获传输报文的任何数据，只需要选择网卡进行数据传输即可。由于Client只知道一个网卡的物理地址，所以无法实现多网卡的并发数据接收，只能实现并发数据发送。对于只关注数据发送吞吐量的应用，这种解决方案还是非常有效的。

mode6(balance-alb)Adaptive load balancing

适配器负载均衡模式

发送负载通过mode5的方式实现

接收负载通过ARP协商实现，在Client向Server发送ARP请求的时候，Bond驱动程序会截取返回给Client的ARP应答报文，并且选取一个Slave-NIC的MAC地址，用这个MAC地址修改ARP应答报文。通过这种方式，Server将一块网卡分配给一个Client，每个Client分配得到不同NIC的MAC地址，从而Client可以通过不同的网卡实现数据传输。在多Client的情况下，实现Server端并发数据接收。

在Server端数据发送的时候，Bond驱动程序需要截取发送数据报文，并且修改以太网报文中的源MAC地址（bond_alb_xmit函数实现了Bond的数据发送功能），然后通过算法选择一块NIC发送数据，实现并发数据传输（数据报文发送并不固定在一块网卡上，上图的演示模型只是一个特例）。这种方案和上述方案最大的不同是Bond驱动程序需要截获ARP和正常的数据报文，并进行处理。从Client而言，每个Client的数据发送可以绑定到一个单独的NIC卡上。

参考：

http://mp.weixin.qq.com/s/n3Oqz86wcr8dLuNlihpLQQ

http://www.2cto.com/net/201212/179084.html