在現代 IT 基礎設施中，網絡性能和可靠性至關重要。對于許多企業和個人用戶來說，確保網絡的高可用性和冗余性是首要任務之一。Linux 提供了一個強大的解決方案——網絡卡綁定(Network Interface Card Bonding，簡稱 NIC Bonding)。本文將深入探討什么是網絡卡綁定、它的工作原理、常見的綁定模式以及如何在 Linux 系統中配置和管理網絡卡綁定。

什么是網絡卡綁定？

網絡卡綁定是一種技術，通過將多個網絡接口聚合在一起，創建一個邏輯上的網絡接口，以提高網絡帶寬和提供冗余性。簡而言之，網絡卡綁定可以讓多張網卡同時工作，從而提高數據傳輸速率，并在某一張網卡出現故障時提供故障轉移能力。

網絡卡綁定的工作原理

網絡卡綁定的核心思想是將多張物理網卡虛擬化成一個單一的邏輯接口。這樣一來，多個網卡就可以共同處理流量，提高整體的網絡吞吐量。同時，當一張網卡失效時，系統可以自動將流量切換到其他可用的網卡，從而實現冗余和高可用性。

常見的綁定模式

網卡綁定模式一共有七種(0到6)，即bond0、bond1、bond2、bond3、bond4、bond5和bond6，其中常用的有三種：

• mode=0：平衡負載模式，具備自動備援功能，但需要交換機的支持和配置。
• mode=1：自動備援模式，當一條線路斷開時，其他線路會自動接管。
• mode=6：平衡負載模式，具備自動備援功能，不需要交換機的支持和配置。

1.mode=0(平衡負載模式，Balance-rr)

這種模式通過輪詢(round-robin)的方式在所有綁定的網絡接口之間分配網絡流量。它確保每個網絡接口都會輪流發送和接收數據包，以達到負載均衡的效果。

特點：

• 負載均衡：通過輪詢方式分配流量，可以實現所有綁定接口的負載均衡。
• 冗余備援：如果其中一個接口出現故障，流量會自動切換到其他正常的接口，以確保網絡連接的可靠性。
• 性能提升：在支持的環境中，可以顯著提升網絡帶寬和性能，因為流量同時在多個接口上傳輸。

要求：

• 交換機支持：該模式需要連接的交換機支持EtherChannel(如Cisco的)或類似的技術，并且需要在交換機上進行相應的配置以實現鏈路聚合。
• 配置復雜度：由于需要交換機的支持和配置，設置較為復雜。

適用場景：

• 需要高帶寬和高可用性的環境，如服務器群集、數據中心等。
• 環境中具備支持鏈路聚合技術的高級交換機設備。

2.mode=1(自動備援模式，Active-backup)

在這種模式下，只有一個網絡接口處于活動狀態，其他接口處于備援狀態。如果活動接口出現故障，備援接口會自動接管，確保網絡連接的連續性。

特點：

• 高可用性：通過自動備援機制，實現網絡連接的高可用性。如果活動接口發生故障，備援接口會立即接管，最小化網絡中斷時間。
• 單鏈路流量：只有一個接口在任何時間點處于活動狀態，因此總帶寬受限于單個接口的帶寬。
• 無交換機需求：不需要交換機的特殊支持或配置，適用于大多數網絡環境。

要求：

• 簡易配置：無需復雜的交換機配置，只需在主機上進行綁定配置即可。

適用場景：

• 對帶寬要求不高，但需要高可靠性的網絡環境，如服務器的管理接口或關鍵業務應用的網絡連接。
• 網絡環境中沒有支持鏈路聚合的高級交換機設備。

3.mode=2(XOR模式，Balance-xor)

在這種模式下，基于傳輸的流量信息(例如源和目標的MAC地址、IP地址等)進行流量分配。通過對這些信息進行異或(XOR)運算，確定每個數據包應該使用的物理接口。

特點：

• 負載均衡：能在不同的接口之間有效地分配流量，實現負載均衡。
• 冗余備援：如果某個接口出現故障，其他接口可以接管其流量，以確保網絡連接的穩定性和可靠性。
• 性能優化：通過基于流的分配方式，可以實現更高效的網絡流量管理，特別是在多個連接同時進行時。

要求：

• 交換機配置：需要連接的交換機支持鏈路聚合技術(如EtherChannel或LACP)，并且需要在交換機上進行相應的配置以支持XOR模式。
• 配置復雜度：由于需要在交換機上進行配置，相比于不需要交換機支持的模式，配置相對復雜。

適用場景：

• 多個客戶端和服務器之間有大量并發連接的場景，如Web服務器群集。
• 需要在不同連接之間進行負載均衡的高帶寬環境。

工作原理：

• XOR模式通過對數據包的源和目標地址信息進行異或運算，將計算結果用于選擇出一個物理接口來發送該數據包。
• 這種方式確保了同一對源和目標地址的流量始終通過同一個接口傳輸，從而避免了數據包的亂序問題。

4.mode=3(廣播模式，Broadcast)

在這種模式下，所有傳出的數據包都會通過所有的網絡接口進行廣播(即所有接口都會發送相同的數據包)。這種方式確保數據包會通過所有可能的路徑傳輸到目的地，從而提高了數據傳輸的可靠性。

特點：

• 數據冗余：每個數據包都會通過所有綁定的接口進行發送，因此在任何一個接口出現故障時，其他接口仍能繼續發送數據包，保證了數據傳輸的可靠性。
• 無負載均衡：這種模式下沒有負載均衡功能，因為所有的接口都會同時發送相同的數據包，不能提高帶寬。
• 高可靠性：適合需要確保數據包到達目的地的場景，因為即使一個接口失敗，數據包仍能通過其他接口傳輸。

要求：

• 支持多播/廣播：連接的網絡設備和網絡結構需要支持多播或廣播傳輸。
• 配置相對簡單：不需要像mode=0那樣復雜的交換機配置。

適用場景：

• 需要極高可靠性的環境，如需要確保數據包到達目的地的實時通信系統、金融交易系統等。
• 對帶寬要求不高，但對數據傳輸成功率要求很高的場景。

5.mode=4(IEEE 802.3ad 動態鏈路聚合)

mode=4 采用IEEE 802.3ad標準，通過動態鏈路聚合協議(LACP, Link Aggregation Control Protocol)實現多個網絡接口的捆綁。這種模式允許多個網卡協同工作，以提高帶寬和提供冗余。

特點：

• 負載均衡：基于LACP協議，可以實現多個網絡接口的負載均衡，提升總的網絡吞吐量。
• 冗余備援：當某個鏈路失效時，流量會自動切換到其他正常的鏈路上，保證網絡的高可用性。
• 動態配置：LACP協議允許動態配置和管理鏈路聚合，可以根據實際情況調整鏈路數量。
• 帶寬聚合：多個網絡接口的帶寬可以聚合在一起，形成一個更大的虛擬帶寬。

要求：

• 交換機支持：需要連接的交換機支持IEEE 802.3ad標準的LACP協議，并需要在交換機上進行相應配置。
• 配置復雜度：由于需要配置交換機的LACP功能，設置相對復雜。

適用場景：

• 數據中心、高性能計算環境等需要高帶寬和高可靠性的場景。
• 企業級網絡環境，尤其是需要動態調整網絡帶寬和負載的環境。

6.mode=5(適配器傳輸負載均衡，Balance-tlb)

這種模式通過根據每個接口的當前負載來動態調整出站流量，從而在多個網絡接口之間實現負載均衡。傳入流量由當前的主接口處理。

特點：

• 傳輸負載均衡：通過監測每個接口的負載情況，動態調整流量的分配，使出站流量在接口之間平衡。
• 自動備援：如果一個接口失效，流量會自動切換到其他接口，確保網絡連接的可靠性。
• 無需交換機支持：這種模式不需要交換機支持鏈路聚合技術，因此配置簡單。

要求：

• 單向負載均衡：僅對出站流量進行負載均衡，入站流量仍由主接口處理。
• 動態負載調整：需要系統支持動態監測和調整接口負載。

適用場景：

• 適用于不具備高級交換機支持的環境。
• 需要在多接口之間分配出站流量的場景，如網絡服務器和數據傳輸應用。

7.mode=6(平衡負載模式，Balance-alb)

mode=6是一種平衡負載模式，也稱為Adaptive Load Balancing(ALB)，它在mode=0的基礎上進行了改進，主要針對了mode=0中的一個問題，即MAC地址風暴。MAC地址風暴是指當mode=0中的一個網卡失效后，其MAC地址會切換到另一個網卡，導致網絡中的所有設備都要重新學習新的MAC地址，造成網絡的短暫阻塞。mode=6通過動態修改網卡的MAC地址，解決了這個問題。

特點：

• 負載均衡：類似于mode=0，通過輪詢方式在所有綁定的網絡接口之間分配網絡流量，實現負載均衡。
• 冗余備援：當一個接口失效時，其它正常的接口會接管其MAC地址和IP地址，無需交換機的支持。
• MAC地址動態修改：為避免MAC地址風暴，mode=6會動態地修改網卡的MAC地址，減少網絡中斷。

要求：

• 不需要交換機支持：相比于mode=0，mode=6不需要交換機的支持和配置，減少了部署的復雜度。
• 兼容性：需要確保網絡設備對動態MAC地址更改的兼容性。

適用場景：

• 需要高可用性和負載均衡，并且不想依賴于交換機配置的環境。
• 對網絡中斷時間有嚴格要求的場景，如在線交易系統、云服務等。

8.小結

為方便大家的理解把上述總結如下表：

配置示例

在ubuntu系統中，可以通過以編輯/etc/netplan/01-network-manager-all.yaml下的文件配置不同網卡的bond模式，下面以mode=4為例進行闡述：

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

修改上述的配置文件，重啟網絡服務，通過執行如下命令查看是否生效：

詳細信息查看/proc/net/bonding/bond4這個文件，如下圖：

在交換機上，需要啟用LACP并將相應端口加入LACP組。例如，在Cisco交換機上，可以通過以下命令進行配置：

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

這種配置將eth0和eth1接口綁定為bond0，并將其設置為mode=4模式。交換機上的配置示例展示了如何啟用LACP并將端口加入聚合組。需要注意的是，具體配置可能因系統和設備而異。

總結網絡卡綁定是提高 Linux 系統網絡性能和可靠性的重要技術。通過將多張網卡綁定在一起，用戶可以實現更高的帶寬、更好的負載均衡和更強的冗余性。不同的綁定模式適用于不同的應用場景，用戶可以根據實際需求選擇合適的模式進行配置。掌握網絡卡綁定技術，不僅能提升系統的網絡性能，還能為關鍵業務應用提供更高的穩定性和可靠性。