链路聚合与负载均衡技术在家庭宽带中的运用_向啟苗.pdf

2023.4电脑编程技巧与维护1概述从广义来讲，利用多个物理网卡发送/接收数据，实现突破单网卡带宽限制或提高可用性的技术都可以称作链路聚合。在网络协议栈的不同层级都可以实现链路聚合。例如，在数据链路层通过Ethernet Bonding技术将多个物理网卡抽象成一个逻辑网卡、在网络层通过设置TUN/TAP设备、手动修改路由表、应用setsockopt系统调用等方式，实现将包分散在多个端口传输。将结合家庭网络环境下的应用场景，系统性地介绍两种普遍满足家庭已有设备、可以低成本实现的网络负载均衡方案。2双网卡设备下同时接入网络并负载均衡（1）设备要求：两条宽带、一台拥有双网卡的智能设备（例如，笔记本式计算机、桌面机+外置网卡、特定型号的工控机等）、两部普通路由器。（2）接入方式：使计算机同时连接两条宽带，通过配置系统使系统将数据包平均分发给两条不同的宽带，实现链路聚合。设备连接示意图如图1所示。（3）优缺点。优点：配置简单、适用场景普遍。缺点：只能做到1 1负载均衡或主从备份，不能做到真正的网速叠加（每个连接只能选择一条宽带使用）。（4）实现方案（以Windows 10操作系统为例）。第1步：找到网络适配器。选择设置网络和In-ternet更改适配器选项，进入网络适配器管理页面，如图2所示。其中，无线网络连接为无线网卡，本地连接为有线网卡。第2步：修改跃点。工作原理：当有线网络和无线网络同时连通时，系统默认情况下使用有线网络，当有线网络不连通时使用无线网络，形成主从备份。底层原理是系统自动将无线网络的接口跃点数设置得比有线网络的接口跃点数高（跃点越低越优先），如果手动将无线网络的跃点数设置得低于有线网络，则系统使用无线网络。如果将两者的跃点数设置为一样，则系统会进行负载均衡11的使用网络。具体操作：单击右键选择“无线网络连接”属性在弹出的对话框中选择“Internet协议版本4（TCP/IPv4）”选项单击“属性”按钮在弹出的对话框中单击“高级”按钮，在弹出的对话框中取消选中“自动跃点”复选框，在“接口跃点数”文本框中输入“10”。对“本地连接”的网络适配器进行同样的设置。第3步：验证。按住Windows+R弹出“运行”窗口，在“打开”文本框中输入“cmd”并单击“确定”按钮，在弹出的窗口中输入“route print”，若显示两个网关的跃点数均为10，则说明配置成功，路由表显示如图3所示。作者简介：向啟苗（1974），男，副教授，经济学学士，研究方向为计算机应用。链路聚合与负载均衡技术在家庭宽带中的运用向啟苗（贵州经贸职业技术学院 贵阳550008）摘要：当前，由于运营商的优惠政策，每个家庭可以选择多条不同的宽带线路接入，但在家庭领域多宽带线路的应用手段却没有普及，造成资源的严重浪费。为最大限度合理运用网络资源并兼顾不同的使用场景，系统性地介绍了不同设备要求下的宽带叠加提速方案。关键词：双宽带叠加；双线聚合；网速叠加；负载均衡；链路聚合图1设备连接示意图图2网络适配器管理页面电信网路由器1网卡1移动网路由器2网卡2双网卡智能设备PC173DOI:10.16184/prg.2023.04.0042023.4电脑编程技巧与维护图3路由表显示第4步：进阶操作浅析。仅通过配置跃点，只能做到流量自动1 1分流，如果两个宽带分别是20MB和500MB反而会严重拖累网络性能，此时可以手动配置路由表，实现大部分用网需求都走500MB的线路，只有某个特定用网需求，例如，使百度搜索专门走20MB的线路，以实现对用户体验的优化。实现方法是通过在cmd命令提示符中输入命令配置路由表。例如，输入命令：route add 10.10.0.0 mask255.255.0.0 192.168.2.1-p，意为所有10.10.*.*网段的数据都走192.168.2.1这条线路。3单臂软路由实现双线聚合3.1设备要求两条宽带，一台网管交换机/双WAN路由器；另一台有网卡的智能设备。3.2接入方式将一台设备既当作用网设备，又当作路由器，即单臂软路由。把原本的双WAN路由器仅当作交换机使用，或单独采用一台网管交换机划分双WAN口。设备连接如图4所示。3.3优缺点优点：功能丰富、管理内容多样、可深度定制、设备要求少。缺点：配置复杂、会占用大量CPU资源。3.4实现方法实现单臂软路由，需要在作为路由器的PC机上启动openwrt系统，这里有两种方法，根据个人实际情况而论，第1种方法是直接将openwrt系统安装在PC机上，PC机以openwrt系统启动；第2种方法是利用VMware虚拟机软件安装openwrt系统镜像，PC机以Windows操作系统启动。以第2种方法 为 例，由 于Windows10操作系统会将所有打上VLAN标记的数据包抹除VLAN，必须针对Windows10操作系统网卡驱动进行一定的调整，较为繁琐，所以对于多宽带、大宽带、有特殊网络设置需求等情况的读者，建议采用独立智能设备+网管交换机参照以下配置完成。3.4.1准备工作（1）准备所需软件，这里需要下载VMware虚拟机软件和openwrt系统镜像（应带有负载均衡插件或安装后额外配置安装负载均衡插件），作为单臂软路由。（2）连接设备。用以测试的设备有两条宽带（移动500MB和电信20MB各一条）、一台二层管理型交换机（TL-SG2008D）、两台计算机(一台台式计算机和一台笔记本式计算机)。将作为路由器的计算机连接至交换机LAN口的3口、两个宽带连接从光猫引出分别连接至交换机LAN口的1口和2口、其他用网设备连接交换机的其他LAN口。设备连接示意图如图5所示。3.4.2 配置环境（1）安装VMware虚拟机较为简单此处略去，配置网卡驱动因PC机网卡差异需进行个性化调整。（2）更改网络适配器IPv4协议IP为10.18.18.2，在浏览器中输入“10.18.18.251”进入 交换机设置页面（来自交换机说明书），启用802.1Q VLAN，设置如下：VLAN：10成员端口：13 Tagged端口：3 Un-tagged端口：1VLAN：100成员端口：23 Tagged端口：3 Un-tagged端口：2VLAN：1 000成员端口：38 Tagged端口：3 Un-tagged端口：4,5,6,7,8设置802.1Q PVID，将端口1设置为10，端口2设置为100，端口48设置为1 000。3.4.3 安装系统 openwrt在VMware中选择新建虚拟机自定义（高级）稍后安装操作系统选择Linux系统，版本为ubuntu64位不使用网络连接虚拟磁盘类型选ide使用现有虚拟磁盘选择准备好的*.vmdk文件，至此安装全部完成（注：未列出步骤可保持默认）。3.4.4 配置网络（1）VMware选择“编辑”虚拟网络适配器，如图6所示，将任意一个网络改为桥接模式，桥接的网卡图4设备连接图图5设备连接示意电信网移动网交换机软路由器（智能设备PC）用网智能设备作路由器的计算机电信网交换机端口1端口2端口3端口4端口5-8移动网PC1742023.4电脑编程技巧与维护图11MWAN-策略选择用网网卡。（2）右击创建好的虚拟机，在弹出的快捷菜单中选择“属性”选项，在弹出的对话框中将“网络适配器”改为自定义，并选择刚才修改好的网络。（3）开启虚拟机，进入openwrt系统界面，默认IP为10.0.0.1，openwrt系统界面如图7所示。（4）修改openwrt系统设置。输入vim/etc/config/network配置，将LAN口的IP地址，即ipaddr处10.0.0.1改成192.168.10.1，openwrt系统修改如图8所示。注：计算机机需要参考方法1中修改跃点的操作，把Inter-net协议版本4中的网关改成192.168.10.1，IP地址改成192.168.10.101才能进入软路由配置面板。配置完毕。3.4.5 配置软路由在浏览器中输入192.168.10.1进入软路由管理页面，初始账户一般为root，密码为空。进入网络接口。应该保证有两个WAN口，分别对应两条宽带，一个LAN口负责本机用网，如果没有，则手动添加接口即可。WAN口和LAN口设备均选择同一个以太网适配器，防火墙择LAN口选LAN、WAN口选择WAN。LAN口选择高级设置打开强制链路和使用默认网关，选择DHCP服务器设置取消忽略此接口，在DHCP服务器的高级设置中勾选动态DHCP和强制复选框。效果如图9所示：插件安装。若openwrt系统中没有安装Mwan3负载均衡插件：选择“系统”“软件包”在下载并安装软件包的文本框中输入“LUCI-App-Mwan3”并确认，安装完成后重新登录系统即可。负载均衡设置。在“接口”选项中，添加WAN1、WAN2接口，在“成员”选项中，需要与上述第一种宽带叠加方法类似的设置跃点数，额外的还需要设置权重，跃点越低，接口的优先级越高，权重越高，在宽带使用中占用的比例越大，此处因为测试网络为20MB+500MB双宽带，所以设置为20MB宽带优先，1 25带宽比例，MWAN-成员设置如图10所示。在“策略”配置页面将两个成员都配置给默认策略，策略页面将会根据不同成员之间的跃点与权重进行网络分流，配置完成后MWAN-策略如图11所示。图6虚拟网络适配器图7openwrt系统界面图8openwrt系统修改图9最后实现效果图10MWAN-成员设置1752023.4电脑编程技巧与维护压缩，再通过优化参数使得压缩后码率平均为14Mbit/s，并且能够保证视频播放的流畅性和画质清晰度。为了实现客户端浏览器能够无插件播放视频流，采用HTTP-FLV的流媒体方案，即将音视频数据封装成FLV格式文件，通过HTTP协议传输到浏览器。该方案具有延时低、支持加密传输、支持浏览器无控件化播放的优势，同时还支持移动端小程序播放视频。选择Ng-inx作为流媒体服务器。Nginx是一款高性能Web及反向代理服务，对第三方软件的依赖较少，非常易于部署，其优越的特性使其成为很多视频直播和点播网站的首选框架。通过安装Nginx-http-flv-module模块，实现将FFmpeg压缩编码后的视频流转发到指定端口，实现视频流的转发。在收到FLV格式文件后，要经过播放机对其进行解码，通常使用FLV.js实现。js是一种用于在HTML5中播放FLV格式文件的源代码。其工作方式是将FLV格式文件的流程码进行多路转换为ISOBMFF（MP4残片），再将MP4的片断传送到Video上。通过以上的整套流媒体服务，在实际测试中Web端视频流播放延迟低、视频流稳定。5结语综上所述，在总结和研究了国内外皮带撕裂检测技术的基础上，实现一种检测精度高、实时性好，利于现场部署、方便升级维护的撕裂故障检测系统。利用激光线高亮度、方向性好、单色性等特点与输送带形成高对比度特点，强化了撕裂特征，同时简化了图像处理过程，提高了检测效率和准确性。针对工业相机采集数据量较大的问题，采用FFmpeg调用NVIDIA GPU硬编码模块，实现了视频流压缩，占用带宽小，保证了视频流稳定传输。通过试验和现场应用表明，该系统简单可行，对皮带应用场景具有实际、可靠的帮助。参考文献1薛长站,武国旺,王志红,等.输煤皮带智能视频安全预警平台研究与应用J.能源与节能,2022(11):170-172.2孟怀锋.浅议皮带机胶带表面破损及撕边监测终端在电厂的应用J.中国设备工程,2022(21):233-235.3黄志平.皮带撕裂智能监测终端在电厂输煤皮带机的应用研究J.中国设备工程,2022(20):28-30.4潘岩.基于多传感器融合的皮带纵向撕裂检测系统研究J.佳木斯大学学报（自然科学版）,2022,40(5):65-68.5吕木,杜烈云,池霑禹,等.基于图像智能识别的输煤异常程控联动的应用研究J.自动化博览,2022,39(8):80-83.6张胜.带式输送机皮带纵向撕裂检测系统的设计与应用J.山东煤炭科技,2022,40(6):196-198.7刘晓阳,刘晶,张向阳,等.基于二维Gabor滤波器的胶带撕裂检测J.工矿自动化,2021,47(4):103-107.(上接第143页)在“规则”页，负责依据不同“规则”将流量划分到不同“策略”，没有被匹配到的流量交给系统默认路由表处理，类似进阶操作的内容，此处默认即可，如果有需求，例如，访问某个网站需要专门走某一条线路，可以进行设置。4结语通过对以上两种不同方法的了解，可以根据使用场景、已有设备等实际情况进行选择，以下提出3点建议。（1）从网络性能优化和用户体验的角度优先考虑，实现网速最大化的方法。（2）从设备配置上考虑，第1种方法适用情况更广泛、设备要求更低、配置更简单，适合临时的叠加用网需求；第2种方法建议在独立智能终端配置使用，调节自由度大、网络稳定、聚合效果更佳，适合进行日常化的网络聚合提速。（3）采购路由器，市面上有双线、多线聚合路由器，例如，TP-LINK AX3000多WAN口路由器，可以实现双宽带链路聚合，并且设置简单，适合普通用户。参考文献1刘佃村.以太网路由器链路聚合的设计与实现D.重庆:重庆大学,2015.2卢伟.链路聚合实现网络带宽提升与高可靠性需求J.广播电视网络,2022,29(2):90-92.3王伟.以太网交换机端口聚合的设计与实现D.河南:解放军信息工程大学,2008.4冯栋柱,杨登.基于VLAN技术在高校校园网建设中 的 应 用J.微 计 算 机 信 息,2010,26(6):133-134.5李俊灏.基于OpenWRT的多WAN口路由器J.科技信息,2014(5):83.6张晓华,张玉华.基于路由器的开源嵌入式操作系统学习平台J.单片机与嵌入式系统应用,2013,13(2):13-16.176