冗余網絡構建方案對比：VRRP協議、多網卡綁定及WN202冗余鏈路網卡

發布人：sunxiaozhi 時間：2020-11-27 來源：工程師

加入技術交流群
- 掃碼加入
  和技術大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

發布文章

在組建網絡時為網絡設計冗余方案已經成為提高網絡可用性必不可少的一環，伴隨著網絡技術的發展實現網絡冗余的技術方案也是層出不窮，例如應用于服務器端的HA、LB，應用于存儲的SAN、DAS、NAS等。本文重點針對鏈路冗余方案中的VRRP和多網卡綁定這兩種典型的冗余技術做簡要介紹并對比其優缺點，其后將介紹一種可實現主備鏈路微妙級切換的冗余網卡WN202。

1. VRRP協議

1.1 VRRP協議簡介

VRRP：虛擬路由冗余協議（Virtual Router Redundancy Protocol）是一種容錯協議，多臺具備VRRP功能的路由設備（路由器或三層交換機）可聯合組成一臺虛擬的路由設備，當同一備份組里的主設備出現故障時，VRRP通過一定機制可將業務切換到組內其它設備，從而保持通信的連續性和可靠性。

VRRP將局域網內的一組路由設備劃分在一起，稱為一個備份組。備份組由一個Master路由設備和多個Backup路由設備組成，功能上相當于一臺虛擬路由設備。局域網內的主機只需要知道這個虛擬路由器的IP地址，并不需知道具體某臺設備的IP地址，將網絡內主機的缺省網關設置為該虛擬路由器的IP地址，主機就可以利用該虛擬網關與外部網絡進行通信。

圖 1 VRRP備份組示意圖

1.2 VRRP優缺點分析

優勢：

組網方式成熟，現網有大量案例，在做上層設備替換時下層用戶設備配置不需要改變。

劣勢：

（1）互聯心跳中斷時會引發雙主故障

（2）二層網絡中，如果下聯設備不是終端則可能導致環路

（3）當下聯設備也為同廠家交換機且配置VRRP時，在VLAN號相同的情況下會導致虛擬MAC地址重復

（4）設備切換效率不高

VRRP的切換是通過監聽主設備通告報文的方式實現的，Master路由設備向外發送通告報文的最短時間間隔為1s（Adver_Int的取值范圍為1~255），而Master路由設備的死亡時間Master_Down_Interval = 3*Adver_Int + Skew_Time，假設一個VRRP虛擬路由設備的優先級為100，則Master_Down_Interval = 3*1 + (256-100)/256 = 3.609秒。這樣的時間間隔對于一些時間敏感型的應用是不可接受的。

2. 多網卡綁定

2.1 多網卡bonding簡介

Bonding(綁定)是一種linux系統下的網卡綁定技術，可以把服務器上n個物理網卡在系統內部抽象(綁定)成一個邏輯上的網卡，能夠提升網絡吞吐量、實現網絡冗余、負載等功能。

Bonding技術是linux系統內核層面實現的，它是一個內核模塊(驅動)。其原理是將多個物理網卡聚合成一個虛擬網卡，一張網卡正常工作，其余網卡作為備用，每隔一段時間（具體時間間隔與miimon參數相關，單位為毫秒），向正常工作的網卡發一狀態詢問，若沒回復，則認為其運行失敗，然后就會啟用備用網卡，但是IP地址不會改變。

2.2 多網卡綁定技術優缺點分析

優勢：

Linux系統自帶功能，成本較低，除了可實現鏈路冗余之外還可以實現負載均衡、提升服務器吞吐率等功能。

劣勢：

（1）網卡bonding的配置過程較為復雜，因配置錯誤引入的問題不容易排查。

（2）在Windows系統下想要通過多網卡綁定實現鏈路冗余需要安裝額外軟件，用在Windows系統下直接將多個網卡綁定同一IP的方式不能很好地實現冗余鏈路功能，往往還需要外部設備配合。

（3）聚合網卡的主備切換的方法與VRRP在原理上是相同的，因此切換時間同樣受限于查詢間隔時間。雖然在mode1下可以將miimon值盡量設置為很小，但是受限于設備硬件性能，實際切換時間最快也不會低于幾十毫秒，這樣的切換速率對于時間敏感型應用而言同樣會產生影響。

3. WN202冗余鏈路網卡

3.1 WN202冗余鏈路網卡簡介

WN202冗余鏈路網卡是一款具備冗余鏈路快速切換功能的4端口千兆網絡接口卡，其中1、2端口組成互為主備的冗余網口，3、4口為普通千兆網口。WN202的總線接口為PCIE Gen2 ×4，可在PC機、服務器、工控機等設備上使用，支持Linux和Windows系統，免驅動，免配置。

WN202最大的優勢在于其提供的冗余鏈路具備微秒級的自動切換能力，在鏈路連通的層面上讓網絡真正具備“永遠在線”的能力。

同時，WN202還可以根據用戶實際需求設定鏈路切換的判斷條件，用以適應特殊的應用場景。

3.2WN202工作原理

WN202的P1端口和P2端口從所在設備的操作系統上看呈現為一個網口，P1端口和P2端口對外呈現的IP和MAC地址相同。系統啟動后默認P1端口為主鏈路端口，P2端口為備用鏈路端口，網卡上的控制系統會實時監測主鏈路的連接狀態，當主鏈路狀態異常時網卡會立即將P2端口切換為主鏈路，上下行數據通過P2端口所在鏈路進行傳輸。P1端口所在鏈路恢復正常后依然保持在備用鏈路狀態，直到P2端口所在鏈路出現故障。