Linux策略路由技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)帶寬合并中的應(yīng)用

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(shí)現(xiàn)的帶寬合并方案，并簡(jiǎn)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(lèi)號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）07C-0181-02

當(dāng)前，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式越來(lái)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(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。但網(wǎng)絡(luò)速度問(wèn)題一直困擾著基層教學(xué)點(diǎn)，由于地處偏遠(yuǎn)，以專(zhuān)線(xiàn)接入的方式成本很高，一般教學(xué)點(diǎn)無(wú)法實(shí)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(yùn)營(yíng)商ISP的ADSL線(xiàn)路，有時(shí)為了增加網(wǎng)絡(luò)訪(fǎng)問(wèn)速度，甚至?xí)囊患襂SP購(gòu)買(mǎi)幾條帶寬。這些ISP寬帶往往是獨(dú)立的，運(yùn)營(yíng)商并不負(fù)責(zé)使用者獲得多個(gè)寬帶的疊加的網(wǎng)絡(luò)效果，這個(gè)問(wèn)題需要用戶(hù)自己通過(guò)帶寬合并來(lái)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(gè)邏輯上更大的帶寬來(lái)使用，給用戶(hù)更好的網(wǎng)速體驗(yàn)。市場(chǎng)上目前出現(xiàn)所謂解決帶寬合并問(wèn)題的負(fù)載均衡器，一般是基于會(huì)話(huà)（Session）的輪詢(xún)來(lái)處理的，效果不是很理想，而且價(jià)格也比較高，我們針對(duì)這一情況，提出了一種基于Linux系統(tǒng)下的策略路由機(jī)制來(lái)解決寬帶合并問(wèn)題的方案，簡(jiǎn)單易行而且經(jīng)濟(jì)。

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(lái)說(shuō)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?yàn)樨?fù)載均衡器的工作沒(méi)有得到電信運(yùn)營(yíng)商ISP的支持，我們只能在本地通過(guò)對(duì)TCP/IP協(xié)議中的會(huì)話(huà)（Session）層進(jìn)行改變來(lái)解決流量分?jǐn)偟膯?wèn)題。其工作機(jī)制是局域網(wǎng)內(nèi)部主機(jī)對(duì)Internet產(chǎn)生第一條鏈接會(huì)話(huà)時(shí)，負(fù)載均衡器會(huì)將該會(huì)話(huà)導(dǎo)入第一條線(xiàn)路；當(dāng)主機(jī)產(chǎn)生第二條鏈接會(huì)話(huà)時(shí)，負(fù)載均衡器會(huì)將其導(dǎo)入第二條線(xiàn)路；產(chǎn)生第三條鏈接，又會(huì)把該會(huì)話(huà)導(dǎo)入第一條線(xiàn)路上，以此類(lèi)推進(jìn)行輪詢(xún)?cè)L問(wèn)，達(dá)到帶寬合并。這種合并解決了線(xiàn)路帶寬利用的問(wèn)題，也解決了負(fù)載均衡的問(wèn)題，但是單一鏈路的會(huì)話(huà)的帶寬上限很明顯都無(wú)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(duì)農(nóng)村地區(qū)來(lái)說(shuō)比較困難，性能好的價(jià)格也不便宜；另外如果發(fā)生問(wèn)題，從購(gòu)買(mǎi)設(shè)備到重新部署需要不少時(shí)間和人力維護(hù)。

三、Linux下基于策略路由的帶寬合并方案

Linux對(duì)硬件的要求很小，我們可以利用學(xué)校里多余的主機(jī)甚至是實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房等淘汰了的主機(jī)來(lái)自己架設(shè)一款網(wǎng)絡(luò)帶寬合并主機(jī)。

首先我們需要一臺(tái)主機(jī)，主機(jī)上有三塊網(wǎng)卡。本方案測(cè)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(duì)一的NAT和利用端口復(fù)用機(jī)制的一對(duì)多的NAT。如圖2，則是一對(duì)多的機(jī)制。當(dāng)192.168.1.0/24的主機(jī)網(wǎng)段想通過(guò)NAT裝置上網(wǎng)時(shí)，NAT的POSTRTOUTING機(jī)制會(huì)把數(shù)據(jù)包內(nèi)來(lái)源端IP換成202.103.224.65，然后再交給路由，通過(guò)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(jì)

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

圖3

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)“一對(duì)多的NAT”任務(wù)，可以確保內(nèi)網(wǎng)的主機(jī)轉(zhuǎn)化為多個(gè)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(shí)，通過(guò)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(shí)，通過(guò)NAT轉(zhuǎn)換后IP就是192.168.11.1 。

如何讓主機(jī)的網(wǎng)關(guān)不斷地改變，使對(duì)外的連接分?jǐn)偟絻蓷l線(xiàn)路上去，這個(gè)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(lái)標(biāo)明每個(gè)網(wǎng)關(guān)的使用率，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)環(huán)境中，兩線(xiàn)路帶寬一致，所以使用率設(shè)置為1：1。通過(guò)上述配置以后，Linux主機(jī)可以讓由內(nèi)到外的連接經(jīng)過(guò)NAT，平均地轉(zhuǎn)換到兩條不同的實(shí)體線(xiàn)路上。例如，第一條連接會(huì)轉(zhuǎn)換到第一條實(shí)體線(xiàn)路的IP，第二條連接會(huì)轉(zhuǎn)換到第二條線(xiàn)路上，而第三條連接又會(huì)轉(zhuǎn)換到第一條線(xiàn)路上，如此反復(fù)不斷循環(huán)。

（三）測(cè)試結(jié)果

通過(guò)上述的配置搭建環(huán)境后，在本機(jī)做了路由測(cè)試，可以看到主機(jī)兩個(gè)連接采用了不同的網(wǎng)關(guān)，實(shí)現(xiàn)兩條線(xiàn)路的合并使用。同時(shí)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(jī)測(cè)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(jī)測(cè)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(shí)踐證明通過(guò)Linux的策略路由機(jī)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(wèn)題，實(shí)現(xiàn)兩條出口線(xiàn)路的網(wǎng)絡(luò)寬帶合并的功能。這樣的方式無(wú)需額外購(gòu)買(mǎi)添置新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這對(duì)于農(nóng)村遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)或中小學(xué)校來(lái)說(shuō)是一個(gè)不錯(cuò)的借鑒。同時(shí)，也為網(wǎng)絡(luò)管理和部署提供了一個(gè)新的思路，顯示出Linux系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中解決多種問(wèn)題的強(qiáng)大功能。

【參考文獻(xiàn)】

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

【基金項(xiàng)目】柳州市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題（2013G020403）

【作者簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)教學(xué)改革與管理。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）