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linux面向IP-SAN的多網卡綁定方法

時間:2012-06-22 17:29來源:未知 整理:寂涯網絡 點擊:

引言
信息化已經發展到了以數據為中心的階段, 存儲在其中已處于核心地位, 隨著信息技術與存儲技術的發
展, 各種應用對服務器數據的海量存儲和高速存取提出了更高的要求, 使得傳統的存儲體系逐漸不能滿足用戶
需求, 網絡存儲技術應運而生 網絡存儲技術將存儲設備從服務器中分離出來, 搭建存儲網絡, 可以實現數據
的大規模存儲, 并具有良好的易擴展性 易接入性與易管理性[1, 2] 網絡存儲技術經歷了 DAS NAS 和 SAN 三
個階段, 其中, IP - SAN 利用了現有IP 網絡成熟性和普及性的優勢, 越來越引起人們的關注[3, 4]
為了增加服務器訪問 IP - SAN 的性能, 不僅需要高吞吐率的網絡存儲設備, 還需要高性能的服務器與
高帶寬網絡的支持 在利用現有網絡硬件設備的環境下, 通過軟件方式提高網絡吞吐率已經成為 IP - SAN
及其它服務器亟待解決的問題, 采用多網卡綁定技術正是在這種背景下提出來的[5], 多網卡綁定技術又稱為
通道聚合技術, 它是在網卡驅動程序之上, 數據鏈路層之下實現的一個虛擬層 它把多個網卡虛擬成一塊虛擬網卡, 具有一個相同的 IP 層地址, 客戶端向服務器請求數據, 服務器上的網卡接到請求后, 網卡根據某種
算法智能決定由誰來處理數據的傳輸[6], 多網卡綁定技術可以提高服務器的網絡吞吐量和可用性
隨著處理器技術的不斷發展, 多核處理器成了提升處理器性能的有效手段 多核處理器相對于單核處
理器來說, 雖然每個處理器核心的主頻較低, 但是整體功耗更小; 而且多個處理器核心可以通過串行 并行
混合流水線等結構對不同的應用進行優化, 既可以充分發揮處理器的性能, 又能提高應用程序的執行效率
本文基于多核處理器平臺, 提出并實現了一種面向 IP - SAN 的多網卡綁定方法, 有效利用了多核處理器的
優勢, 提升了多網卡綁定的數據傳輸效率
2 Linux 現有多網卡綁定技術
目前與綁定相關的技術有 Sun 的Trunking( 鏈路聚集) 技術, Cisco 的Fast Ether Channel( FEC) 技術, Intel
的 Advanced Network Service( iANS) 和 Alteon 的 Fault Tolerance 2000 年3 月, 國際電氣和電子工程師協會
( IEEE) 通過了802. 3ad 端口聚集標準, 這個標準提供了鏈路聚集或綁定以達到更高的帶寬和一組融入連接
之間提供故障接管的功能, 通過多網卡綁定技術, 在提供較高帶寬的同時提高了服務器的可用性[7]
在 Linux2. 4 以后的內核中采用了多網卡綁定技術, 它最早應用在 Beowulf 集群上, 是為了提高集群節點
間的數據傳輸而設計的 Beowulf 系統一般由一個管理節點和多個計算節點構成 管理節點控制整個集群
系統, 同時為計算節點提供文件服務和附外的網絡連接 管理節點和計算節點使用以太網( 或其他網絡) 通
信, 然而單個以太網卡會形成數據傳輸瓶頸 集群設備專家 Don Becker 是 Beowulf 工程的創建者之一, Bec-
ker 發現, 如果每個節點有兩到三個以太網連接的話, 可以使這些連接表現得只有一個連接一樣, 這樣可以
減弱網絡瓶頸, Becker 把這種技術稱作通道綁定, Becker 寫出一個定制的以太網驅動程序, 用于支持通道綁
定, 這就是多網卡綁定技術的來源
Linux 的多網卡綁定技術是在網卡驅動程序之上 數據鏈路層之下實現的一個虛擬層, 它將多個網卡虛
擬成一塊虛擬網卡, 所以多網卡綁定驅動程序實際上是一種中間驅動程序( 見圖1), 是基本驅動程序與網絡
協議棧之間的接口。
Linux 多網卡綁定原理圖
Linux 多網卡綁定原理圖
它的工作機制是由多網卡綁定驅動程序統一管理和配置網卡資源, 在發送數據時, 對于數據鏈路層來
說, 網卡設備是透明的 應用程序發送的數據包經由 IP 層和數據鏈路層發往綁定設備, 而不是那些具體的
物理接口 多網卡綁定設備驅動程序根據事先設定好的傳輸模式( 算法) 調度設備中的網卡資源, 由網卡把
數據發送出去[6]
出于傳輸效率的考慮, 多網卡綁定設備在接收從其他節點發送來的數據時都是并行處理的 一個接口
接收數據的同時其他的網口可以發送數據 綁定設備驅動中除了適配器適應性負載均衡( Adaptive load bal-
ancing, ALB) 算法外的其他數據傳輸算法都只允許一個網卡接收數據 它的實現原理如下: 正常情況下, 網

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