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具多重路徑頻寬整合能力的路由架構 — 以社區網路整合為例

具多重路徑頻寬整合能力的路由架構 — 以社區網路整合為例. 陳仁暉* 吳世琳* 廖享進 + * 長庚大學資訊工程研究所 + 長庚大學資訊管理學系. 緣起與摘要. 一個可實際應用的多重路由架構 Open Source 高效率且低成本 頻寬整合、 QoS 多重線路、多重 ISP 實際應用於社區網路頻寬整合上. 多重線路. 多重 ISP ，分散頻寬及風險 單一線路發生問題不影響運作 (Routing 參數： Next hop ) 其餘斷線機制應用： 使用 SNMP Protocol ， probe routing state

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具多重路徑頻寬整合能力的路由架構 — 以社區網路整合為例

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  1. 具多重路徑頻寬整合能力的路由架構—以社區網路整合為例具多重路徑頻寬整合能力的路由架構—以社區網路整合為例 陳仁暉* 吳世琳* 廖享進+ *長庚大學資訊工程研究所 +長庚大學資訊管理學系

  2. 緣起與摘要 • 一個可實際應用的多重路由架構 • Open Source • 高效率且低成本 • 頻寬整合、QoS • 多重線路、多重 ISP • 實際應用於社區網路頻寬整合上

  3. 多重線路 • 多重 ISP，分散頻寬及風險 • 單一線路發生問題不影響運作 (Routing 參數：Next hop) • 其餘斷線機制應用： • 使用 SNMP Protocol，probe routing state • 發生斷線時可藉由所獲得的 SNMP trap 判別並進行相關 handling action

  4. 多重線路的路由構想 • 支援Inbound與Outbound的Multi-homing網路設備 • 一般靜態路由器： 只能指定單一路由去向 接受一個Default Gateway的路由決策 • 大多人的解決方案：Source Route • 缺失： 導致多條出口線路的流量不均 單一線路斷線時便導致某特定區域網段也跟著斷線

  5. 有沒有更好的解決辦法？ • Multiplexing 具備 Load Sharing 將 Traffic 分流給各個位於路由器上的不同 Ports 每個 Port 約有 30% 的 Overhead 類似 Multi-Link ，多條線路來源必須均為同一ISP • Packet-wise load balancing 利用 Scheduler 去創造一個Virtual Device 將封包分散在不同的網路介面 所有ISP願意將其不同的路由器皆設定到同一個IP位置上

  6. ECMP • Equal-Cost Multi Path Routing • 「以目的位置為基礎的負載平衡路由 」（Destination Address-Based Load Balancing） • 讓某個 Package Pattern 具有好幾種不同的路由方向 • 讓某個符合路由條件的封包透過相同權重（Equal Cost）的方式或是自訂權重來選擇這個封包該走的路由。 • By session Or By packet

  7. 實際應用還缺乏什麼？ • 開源更需節流－QoS (Quality of Service) • 利用控制網路的延遲性 • 提供即時性的服務 • 提供專屬的頻寬 • 提供改進網路封包的遺失率 • 保留網路頻寬來達到有效的網路服務品質 • 讓路由器辨別所有進出的封包並切割一個頻寬，讓最重要的封包先通過，次要的服務封包將在不影響重要的封包情況下通過。

  8. 系統基本架構 • Based on Gentoo Linux Advanced Router、Policy Routing、Equal Cost Multi Path、Large Routing Tables • Linux ECMP Routing to do loading sharing and multi-home routing • Use HTB Packet Schedler to do QoS • Use SNMP Protocol to do exception and error handling

  9. 系統架構圖

  10. 路由器設定 • ip rule add prio 222 table 222 ip route add default table 222 proto static nexthop via （ISP1線路Gateway）dev eth1 nexthop via （ISP2線路Gateway） dev eth2 nexthop via （ISP3線路Gateway） dev eth3 nexthop via （ISP4線路Gateway）dev eth4

  11. QoS設定 • link set dev eth1 mtu 1000 tc qdisc add dev eth1 root handle 1: htb default 25 tc class add dev eth1 parent 1: classid 1:1 htb rate 364kbit • add leaf classes • attach qdisc to leaf classes • filter traffic into classes by fwmark • 最後將其 MYSHAPER-OUT chain 增加到IPtables 中的 Mangle Table

  12. QoS設定範例 • （設定ICMP的權重在較高的位置） iptables -t mangle -A MYSHAPER-OUT -p udp -j MARK --set-mark 21 • （設定TCP port在1024以下的權重） iptables -t mangle -A MYSHAPER-OUT -p tcp --dport 0:1024 -j MARK --set-mark 24

  13. 斷線處理機制 ISP~1 3.ALARM 通知管理員 專線 1.斷線 路由主機 路由服務 路由服務 Router 2.改道 ADSL ISP~2

  14. 本架構優點 • 成本相當低廉，相當於 4 條 T1 和一台專業路由器 • 功能多樣化（Layer 7） • 可作更多的流量監測或控管動作 • 任一線路斷線不受影響

  15. 實際實驗 • 每個連線的速率大約為每秒 300 K，同時開了 4 個連線（3 Mbps的 ADSL實際運作的最高速大約為每秒320 K） • 在測試的時間，使用 telnet 服務開啟 4個連線對外傳輸約 1000 字元的文字檔均相當順暢 • 網路延遲均在 10 毫秒以內 • 路由主機平均負荷都在 1 以下

  16. 進階應用 • MRTG 流量觀測 • 流量控管機制

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