宋偉奇等

【摘 要】分析當(dāng)前西部農(nóng)村地區(qū)遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀及寬帶合并的基本模型和思路，提出了一種基于Linux環(huán)境下，使用策略路由方式實現(xiàn)的帶寬合并方案，并簡述了其配置思路。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)網(wǎng) 帶寬合并 Linux 策略路由 負(fù)載均衡

【中圖分類號】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）07C-0181-02

當(dāng)前，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式越來越多地受到農(nóng)村地區(qū)學(xué)員的歡迎，特別是在西部山區(qū)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民接受繼續(xù)教育的主要方式都是通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。但網(wǎng)絡(luò)速度問題一直困擾著基層教學(xué)點，由于地處偏遠(yuǎn)，以專線接入的方式成本很高，一般教學(xué)點無法實現(xiàn)，出于網(wǎng)絡(luò)可靠性和成本的考慮往往需要接入兩家甚至更多家電信運營商ISP的ADSL線路，有時為了增加網(wǎng)絡(luò)訪問速度，甚至?xí)囊患襂SP購買幾條帶寬。這些ISP寬帶往往是獨立的，運營商并不負(fù)責(zé)使用者獲得多個寬帶的疊加的網(wǎng)絡(luò)效果，這個問題需要用戶自己通過帶寬合并來解決。帶寬合并是指多條等速或者不等速的外網(wǎng)帶寬，合并成一個邏輯上更大的帶寬來使用，給用戶更好的網(wǎng)速體驗。市場上目前出現(xiàn)所謂解決帶寬合并問題的負(fù)載均衡器，一般是基于會話（Session）的輪詢來處理的，效果不是很理想，而且價格也比較高，我們針對這一情況，提出了一種基于Linux系統(tǒng)下的策略路由機制來解決寬帶合并問題的方案，簡單易行而且經(jīng)濟。

一、帶寬合并模型

網(wǎng)絡(luò)帶寬合并的模型一般如圖1所示，這里統(tǒng)一用ADSL帶寬為例來說明，每條帶寬是8M/1M（下行帶寬為8M，上行為1M），如果兩條帶寬合并使用，其效果應(yīng)該和16M/2M相差不大。

圖1 帶寬合并模型

二、負(fù)載均衡器的弊端

因為負(fù)載均衡器的工作沒有得到電信運營商ISP的支持，我們只能在本地通過對TCP/IP協(xié)議中的會話（Session）層進(jìn)行改變來解決流量分?jǐn)偟膯栴}。其工作機制是局域網(wǎng)內(nèi)部主機對Internet產(chǎn)生第一條鏈接會話時，負(fù)載均衡器會將該會話導(dǎo)入第一條線路；當(dāng)主機產(chǎn)生第二條鏈接會話時，負(fù)載均衡器會將其導(dǎo)入第二條線路；產(chǎn)生第三條鏈接，又會把該會話導(dǎo)入第一條線路上，以此類推進(jìn)行輪詢訪問，達(dá)到帶寬合并。這種合并解決了線路帶寬利用的問題，也解決了負(fù)載均衡的問題，但是單一鏈路的會話的帶寬上限很明顯都無法達(dá)到16M/2M的效果。由于負(fù)載均衡器是一款網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，需要另外投入資金，這對農(nóng)村地區(qū)來說比較困難，性能好的價格也不便宜；另外如果發(fā)生問題，從購買設(shè)備到重新部署需要不少時間和人力維護。

三、Linux下基于策略路由的帶寬合并方案

Linux對硬件的要求很小，我們可以利用學(xué)校里多余的主機甚至是實驗室、機房等淘汰了的主機來自己架設(shè)一款網(wǎng)絡(luò)帶寬合并主機。

首先我們需要一臺主機，主機上有三塊網(wǎng)卡。本方案測試的設(shè)備配置是（奔騰2.4G CPU，512M內(nèi)存，RealTek100M網(wǎng)卡三塊）。

（一） NAT介紹

在日常網(wǎng)絡(luò)部署中，應(yīng)用比較多的一對一的NAT和利用端口復(fù)用機制的一對多的NAT。如圖2，則是一對多的機制。當(dāng)192.168.1.0/24的主機網(wǎng)段想通過NAT裝置上網(wǎng)時，NAT的POSTRTOUTING機制會把數(shù)據(jù)包內(nèi)來源端IP換成202.103.224.65，然后再交給路由，通過查表轉(zhuǎn)發(fā)。

圖2 NAT基本原理

（二）Linux下寬帶合并方案設(shè)計

常用的思路是對于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類，各設(shè)置兩個不同的固定網(wǎng)關(guān)，以實現(xiàn)負(fù)載均衡的能力，但是對于某一個內(nèi)部主機，它只能通過一條固定的ISP進(jìn)出，這種方式當(dāng)然不能實現(xiàn)帶寬合并的功能。因此，需要讓主機的網(wǎng)關(guān)不斷地改變，才能使對外的鏈接平均分配在兩條實際的線路上。接下來以圖3為例來示范網(wǎng)絡(luò)帶寬合并。

圖3

為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，在Linux下進(jìn)行以下的配置：

[root@localhost ～]# ip rule show

0： from all lookup local

32766： from all lookup local

32767： from all lookup local

[root@localhost ～]# ip rule add from 192.168.10.1 46 table 10 ①

[root@localhost ～]# ip rule add from 192.168.11.1 46 table 20

[root@localhost ～]#

[root@localhost ～]# ip route add 192.168.10.0/24 dev eth0 table 10

[root@localhost ～]# ip route rule add default via 192.168.10.254 table 10

[root@localhost ～]#

[root@localhost ～]# ip route add 192.168.11.0/24 dev eth1 table 20

[root@localhost ～]# ip route rule add default via 192.168.1.254 table 20

[root@localhost ～]# ip route replace default ＼ ②

nexthop via 192.168.10.254 dev eth0 weight 1 ＼

nexthop via 192.168.11.254 dev eth1 weight 1

[root@localhost ～]#

[root@localhost ～]# iptables –t nat –a POSTROUTING ＼ ③

–s 192.168.122.0/24 –j MASQUERAD

[root@localhost ～]# traceroute

首先采用 ①建立基本的路由信息表，使用③命令來實現(xiàn)“一對多的NAT”任務(wù)，可以確保內(nèi)網(wǎng)的主機轉(zhuǎn)化為多個不同的網(wǎng)關(guān)。這里，把網(wǎng)關(guān)設(shè)置為192.168.10.254和192.168.11.254，如果設(shè)置網(wǎng)關(guān)為192.168.10.254時，通過NAT轉(zhuǎn)換后IP就是192.168.10.1；如果設(shè)置網(wǎng)關(guān)為192.168.112.54時，通過NAT轉(zhuǎn)換后IP就是192.168.11.1 。

如何讓主機的網(wǎng)關(guān)不斷地改變，使對外的連接分?jǐn)偟絻蓷l線路上去，這個目標(biāo)用②的命令行解決，其中replace default參數(shù)是指添加或者取代目前的網(wǎng)關(guān)地址。最后用weight 1來標(biāo)明每個網(wǎng)關(guān)的使用率，因為實驗環(huán)境中，兩線路帶寬一致，所以使用率設(shè)置為1：1。通過上述配置以后，Linux主機可以讓由內(nèi)到外的連接經(jīng)過NAT，平均地轉(zhuǎn)換到兩條不同的實體線路上。例如，第一條連接會轉(zhuǎn)換到第一條實體線路的IP，第二條連接會轉(zhuǎn)換到第二條線路上，而第三條連接又會轉(zhuǎn)換到第一條線路上，如此反復(fù)不斷循環(huán)。

（三）測試結(jié)果

通過上述的配置搭建環(huán)境后，在本機做了路由測試，可以看到主機兩個連接采用了不同的網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)兩條線路的合并使用。同時基于篇幅限制，中間的十幾條路由信息并未列出。

表1 本地主機測試結(jié)果（一）

[root@localhost ～]# traceroute –n 8.8.8.8

Traceroute to 8.8.8.8（8.8.8.8），30 hops，60byte packets

1 192.168.10.254 0.652 ms 0.736 ms 0.975 ms

2 192.168.100.1 1.112 ms 2.426 ms 4.537 ms

3 125.71.230.173 2.228 ms 4.360 ms 3.854 ms

4 125.71.230.29 1.667 ms 5.223 ms 1.668ms

5 125.71.230.1 1.775 ms 2 .582ms 1.562 ms

……

18 8.8.8.8 76.892 ms 65.355 ms 65.224 ms

表2 本地主機測試結(jié)果（二）

[root@localhost ～]# traceroute –n 8.8.8.8

Traceroute to 8.8.8.8（8.8.8.8），30 hops，60byte packets

1 192.168.11.254 0.336 ms 0.432 ms 0.415 ms

2 192.168.120.1 0.662ms 0.714 ms 0.754 ms

3 125.71.230.173 3.167ms 4.112ms 4.320 ms

4 125.71.230.29 4.127 ms 5.228 ms 4.872ms

5 125.71.230.1 2.372 ms 3 .560ms 2.431ms

……

18 8.8.8.8 86.116 ms 78.288 ms 77.554ms

四、結(jié)論

實踐證明通過Linux的策略路由機制，可以有效解決偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)校園網(wǎng)絡(luò)帶寬不足的問題，實現(xiàn)兩條出口線路的網(wǎng)絡(luò)寬帶合并的功能。這樣的方式無需額外購買添置新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這對于農(nóng)村遠(yuǎn)程教學(xué)點或中小學(xué)校來說是一個不錯的借鑒。同時，也為網(wǎng)絡(luò)管理和部署提供了一個新的思路，顯示出Linux系統(tǒng)在計算機網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中解決多種問題的強大功能。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳勇勛.Linux網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與實現(xiàn)（第2版）[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2012

【基金項目】柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃課題（2013G020403）

【作者簡介】宋偉奇（1976- ），男，河北張家口人，柳州城市職業(yè)學(xué)院副教授，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用。覃妮妮（1983- ），女，廣西河池市人，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：信息工程管理與應(yīng)用，計算機教學(xué)改革與管理。

（責(zé)編 丁 夢）