什么是ECMP？ECMP的实现原理是什么？
作者&投稿：燕贩 （若有异议请与网页底部的电邮联系）
Equal-Cost MultiPath: 在 Linux 核心中叫做 equal cost multipath (CONFIG_IP_ROUTE_MULTIPATH) 比较正确的说法应该是 "destination address-based load balancing". 一 般 Linux 想要为某个 IP 位址找到路由, 会因为效能的问题去查验暂存(cache) 中的资料, 如果目标 IP 并没有在暂存空间中, 那麼他便会去查 routing table 来决定该 IP 位址的路由, 并将该路由放进 cache 中. 一般来讲核心中的路由功能只能为某个封包决定唯一的方向. 如果使用 ECMP 并 有机会让某个 package pattern 具有好几种不同的方向, 可以让某个符合路由条 件的封包透过 "equal" cost 或是自订的权重来选择该走的路由.
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Linux 平台上之 Multipath Routing 应用--------------------------------------------------------------------------------
撰稿/整理: Rex Tsai <chihchun@kalug.linux.org.tw>
HTML 版本:
http://kalug.linux.org.tw/sections.php?op=viewarticle&artid=4
TEXT 版本:
[Tips] Linux 平台上之 Multipath Routing 应用.
$Date: 2001/10/22 09:25:41 $
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撰稿/整理: Rex Tsai <chihchun@kalug.linux.org.tw>
此文件应有许多技术上得问题. 请熟悉的朋友来信指教.
[Introduction]
许多中小企业或是 Soho 甚至家庭, 会在家中装有一条以上宽频/宽带线路.
这篇 Tips 将介绍如何在 Linux 上, 好好的应用这些资源.
在你使用两家不同的 ISP 的时候, destination address-based load
balancing 将会是最好的解决方案. 你的封包可以即时透过不同的 ISP 线路
走出去. 当然这里所提的是从内部到外部, 如果你的专线提供不同的网路服
务提供给网路上得人存取, 那麼接下来所说明的方式不适合您.
此篇文章只能提供内部网路对外的 load sharing.
以下文章以 GNU/Debian, Linux kernel 2.4.12, iproute-20001007-1 为
环境, 所有动作请在主机前面执行.
假设你有两条以上的网际网路数据线路 (xDSL, ISDN, Cable, whatever..),
想充分使用这些线路, 概观来看有三种方式
1. Multiplexing
2. Packet-wise load balancing
3. Destination address-based load balancing,
或称 Equal-Cost MultiPath Routing (ECMP)
稍微解释一下三种方式的不同
1. Multiplexing
Multiplexing, 这个方式提供某些路由器提供 offer-load balancing 或叫
做 load sharing. 这个方式可以让路由器将流量分给不同的外流 ports.
但是会造成每个 port 的传送上约有 30 % 的 overhead. 此外, 每家厂商的
实作都是独一的, 因次你会被锁在特定的解决方案上.
类似的技术是 "bonding" 或是 "multi-link". 这里所提得 Bonding 是一
个标准, 是由 Bandwidth on Demand Interoperability Group (一个大
概有四十个制造商的协会)所提. 已经提交给 American National Standards
Institute TR41.4 group. 这个通常的在於两条数据线路都是接在同一个
点(ISP)上的时候, 因此如果是两条不同 ISP 所提供的线路, 那麼就没办法
达到这个目的. 当然, 如果你的 ISP 不提供此项技术服务, 那麼也是没辙.
举个例子, 像是 stick multiple ISDN channels. 将几个慢速的线路合成为
快速的一条. 像是 ISDN H.221 规格即用到 inverse multiplexing. 但通常
用於视讯传输而不是电子资料.
2. Packet-wise load balancing:
这个在你可以得到所有的 ISP 协助的时候是可行的, 如果两家 ISP 都愿意
协助将其不同的路由器皆设定到同一个 IP 位址. 那麼便可以这麼作.
在这个方式中, 你会用到像是 sch_teql (the TEQL scheduler) 来创造一个
virtual device 将你的封包分散在不同的网路介面上.
一般来讲, 如果你是使用两家不同 ISP , 那麼你不可以使用这个解决方案.
但, 你 "可以" 将所有的网路封包透过 IPIP or CIPE (Crypto IP Encapsu-
lation) 的方式来解决这个问题. 看看 Linux Kernel 中的 IP: tunneling.
3. Equal-Cost MultiPath:
在 Linux 核心中叫做 equal cost multipath (CONFIG_IP_ROUTE_MULTIPATH)
比较正确的说法应该是 "destination address-based load balancing". 一
般 Linux 想要为某个 IP 位址找到路由, 会因为效能的问题去查验暂存(cache)
中的资料, 如果目标 IP 并没有在暂存空间中, 那麼他便会去查 routing table
来决定该 IP 位址的路由, 并将该路由放进 cache 中.
一般来讲核心中的路由功能只能为某个封包决定唯一的方向. 如果使用 ECMP 并
有机会让某个 package pattern 具有好几种不同的方向, 可以让某个符合路由条
件的封包透过 "equal" cost 或是自订的权重来选择该走的路由.
[Howto]
如果你有数台电脑想使用外部网路, 一条 ADSL 不够你使用(例如某人抓档太凶)
那麼这是你正在找的解决方案. 你所能做的作好的方式就是每个 connection 可以
以 "non-deterministic fashion" 的方式选择路由, 将 connection 分散到不同的
Router 上, 注意: 这里所说的不是 packets, 这样 TCP/IP session 将无法连续.
但是这整个路由程序有两个部份四个问题要解决.
1a. How to get your packets to the outside world,
1b. How the outside world replies to you,
2a. How the outside world sends packets to you,
2b. How you reply to the outside world.
Multipath 可以解决 1a 出去的问题. 一般的路由设定可以解决 1b 与 2a. 而 2b
则必须使用 policy routing (multiple tables)才能解决, Multiple Tables 可以
让你加入以封包来源位址为依据来决定路由.
以下的范例, 在核心中, 务必加入编译以下选项
必备:
CONFIG_NETLINK=y
这个选项是 Kernel/User netlink socket
CONFIG_RTNETLINK=y
Routing messages
CONFIG_INET=y
TCP/IP networking
CONFIG_IP_ADVANCED_ROUTER=y
IP: advanced router
CONFIG_IP_MULTIPLE_TABLES=y
IP: policy routing
CONFIG_IP_ROUTE_MULTIPATH=y
IP: equal cost multipath
选用:
CONFIG_IP_ROUTE_LARGE_TABLES=y
一般来讲 IP: large routing tables 也会勾选, 一方面 routing
zones 可以大於 64 笔, 这些资料存在 hash 资料结构中, 也可以
加速 "the routing process".
而 iproute 套件也是必须的软体. 这个软体的安装方式与位置请洽询提供
您所使用套件之厂商/组织. (Red Hat, Debian, Mandrake, SuSE, etc...)
重头戏来了, 这里假设你有三块网路卡, 分别给内部网路与两家 ISP. eth0
是内部网路, eth1 与 eth2 是其他两家 ISP 线路.
eth0 是内部网路, 范围是 10.0.0.0/255.255.255.0
eth1 其中一家 ISP, IP 是 1.1.1.1, 闸道器(gateway)是 1.1.1.253
eth2 另外一家 ISP, IP 是 2.2.2.2, 闸道器(gateway)是 2.2.2.253
# 列出所有的 rule
ip rule list
# table 后的 "10" 是 table identifer, 为数字.
# 注: 可用英文代称取代请看 /etc/iproute2/rt_tables
#
# table 10 是给在 gateway 后面的内部网路使用, 10.0.0.x 是 LAN 使用的 IP.
#
# pref 后面指定的 "10" 是 priority. 为 policy routing database 搜寻的次序
ip rule add pref 10 to 10.0.0.0/24 table 10
ip route add 10.0.0.0/24 table 10 dev eth1
# table 20 给 ISP #1, IP 1.1.1.1, gateway 1.1.1.253
# pref 后面指定的 "20" 是 priority. 为 policy routing database 搜寻的次序
ip rule add pref 20 from 1.1.1.1 table 20
ip route add default table 20 via 1.1.1.253
# table 30 is for ISP #2, IP 2.2.2.2, gateway 2.2.2.253
ip rule add pref 20 from 2.2.2.2 table 30
ip route add default table 30 via 2.2.2.253
# 列出所有的 rule
ip rule list
# 列出 table 10 的 rule
ip route list table 10
# 列出 table 20 的 rule
ip route list table 20
# If your ISP's have servers that authenticate by originating IP address,
# (e.g. SMTP or NNTP servers) you will want to explicitly list them here.
# 这里是静态的 routing table 设定. 如果你的 ISP 有提供某些网路服务, 必须该
# ISP 的 IP 才能使用, 那麼你会想将它设定在这里
# (e.g. Proxy, SMTP or NNTP Server)
ip route add 1.1.1.0/24 dev eth1
ip route add 2.2.2.0/24 dev eth2
# 如果上面所有的 routing table 都没有吻合, 那麼封包会走 default route
# 这里使用 "ECMP" 来选择上游路由器.
# "ip route repleace" 是用来取代原本的 default routi.
ip route replace default nexthop via 1.1.1.253 dev eth1 \
nexthop via 2.2.253 dev eth2
# 如果你想加上权重, 是这样使用的. 请依据你的线路网路频宽
# 频宽越大, 请把 weight 加大.
#ip route replace default nexthop via 1.1.1.253 dev eth1 weight 1 \
# nexthop via 2.2.253 dev eth2 weight 3
# Make it all happen. IMPORTANT! The above commands do NOT
# flush the route cache!
ip route flush cache
<-- 结束 -->
Linux 上得 ECMP implementation 的实作有一个特色, 当你的上游网路介面
使用 ARP (e.g. 使用传统 IP-over-Ethernet)时, 如果其中一个网路介面阵
亡时, Linux kernel 会自动把该介面 "shutdown", 并停止那些需要经过该
介面的 "nexthops". 但是要附注一提的是, 如果你使用的是 "网路型" ADSL
服务, 你会取得一个 ADSL 路由器, 你可能会架设一个 NAT 伺服器与 ADSL
路由器放在同一个 Ethernet Hub 上, 如果这个时候 ADSL 断线, 但是 Hub
并未断线, Linux 会认为该网路卡仍在 on-line 状态. 除非是该 hub 或是网
路卡故障, kernel 才会 shutdown 该网路介面.
因此如果你需要确实的 "failover", 请动手写一个小 script, 定时用 ping
或称 "icmp echo request" 来询问 ISP 端的闸道器是否正常的运作, 并用
"ip route replace" 来置换那些确定可通的路由. 这里就请您自行处理了.
Enjoy it, Rex.
[Reference]
[1] Linux-Net mailing list. http://www.uwsg.iu.edu/hypermail/linux/net/
原文 http://www.uwsg.iu.edu/hypermail/linux/net/0107.3/0028.html
[2] Alexey N. Kuznetsov, April 14, 1999, IP Command Reference
[Futrher reading]
[1] Jack Coates , Load-Balancing on LRP HOWTO
[2] Netherlabs BV (bert hubert ),
Gregory Maxwell ,
Remco van Mook ,
Martijn van Oosterhout ,
Paul B Schroeder ,
Jasper Spaans , howto@ds9a.nl,
Linux 2.4 Advanced Routing Howto
[3] Horacio J. Pe?a, horape@compendium.com.ar, 05/Apr/2000
Policy based routing MICRO-HOWTO,
http://www.compendium.com.ar/policy-routing.txt
[Keywords]
Linux, Routeing, 路由, ADSL, 宽频, 宽带, 频宽, 合并, 分流, 共用
[Acknowledgements]
Zygo Blaxell (zblaxell@furryterror.org) 在 Linux-net 的说明
Digital Sesame, Inc - http://www.d11e.com 提供环境测试.
--
Best Regards.
Rex Tsai <chihchun_at_kalug.linux.org.tw>
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