Реално сумиране на интернет канали - OpenMPTCPRouter

Възможно ли е да комбинирате няколко интернет канала в един? Има много погрешни схващания и митове по тази тема, дори опитни мрежови инженери често не знаят, че това е възможно. В повечето случаи агрегирането на връзки се нарича погрешно балансиране на NAT или отказ. Но истинското сумиране позволява стартирайте една единствена TCP връзка едновременно през всички интернет канали, например видео излъчване, така че ако някой от интернет каналите бъде прекъснат, излъчването няма да бъде прекъснато.

Има скъпи комерсиални решения за видео излъчване, но такива устройства струват много килодолари. Статията описва конфигурацията на безплатния отворен пакет OpenMPTCPRouter и се занимава с популярните митове за сумирането на канали.

Митове за сумирането на канали

Има много домашни рутери, които поддържат функцията Multi-WAN. Понякога производителите наричат ​​този канал сумиране, което не е съвсем вярно. Много мрежови потребители вярват, че в допълнение към LACP и сумиране на L2 слой, не съществува друго агрегиране на канали. Често съм чувал, че това по принцип е невъзможно от хора, които работят в телекомите. Затова нека се опитаме да разберем популярните митове.

Балансиране на ниво IP връзки

Това е най-достъпният и популярен начин за използване на няколко интернет канала едновременно. За простота, нека си представим, че имате три интернет доставчика, всеки от които ви дава реален IP адрес от своята мрежа. Всички тези доставчици са свързани към рутер с поддръжка на функцията Multi-WAN. Това може да бъде OpenWRT с пакета mwan3, mikrotik, ubiquiti или всеки друг домашен рутер, тъй като сега тази опция вече не е необичайна.

За да симулираме ситуацията, представете си, че доставчиците ни дадоха следните адреси:

WAN1 — 11.11.11.11
WAN2 — 22.22.22.22
WAN2 — 33.33.33.33

Тоест свързване към отдалечен сървър example.com чрез всеки от доставчиците отдалеченият сървър ще види три независими ip източника на клиента. Балансирането ви позволява да разделите товара между каналите и да ги използвате и трите едновременно. За простота, нека си представим, че разделяме натоварването между всички канали по равно. В резултат на това, когато клиент отвори сайт с три изображения условно, той изтегля всяко изображение чрез отделен доставчик. От страна на сайта изглежда като връзки от три различни IP.

При балансиране на ниво връзка всяка TCP връзка преминава през отделен доставчик.

Този режим на балансиране често създава проблеми на потребителите. Например, много сайтове твърдо свързват бисквитки и токени към IP адреса на клиента и ако той внезапно се промени, заявката отпада или клиентът излиза от сайта. Това често се възпроизвежда в системи клиент-банка и други сайтове със строги правила за потребителски сесии. Ето един прост илюстративен пример: музикалните файлове във VK.com са достъпни само с валиден сесиен ключ, който е обвързан с IP, а клиентите, използващи такова балансиране, често не възпроизвеждат аудио, тъй като заявката не е преминала през доставчика, към който сесията е обвързана.

При изтегляне на торенти, балансирането на ниво връзка сумира честотната лента на всички канали

Такова балансиране ви позволява да получите сумирането на скоростта на интернет канала, когато използвате множество връзки. Например, ако всеки от трите доставчика има скорост от 100 мегабита, тогава при изтегляне на торенти ще получим 300 мегабита. Тъй като торентът отваря много връзки, които се разпределят между всички доставчици и в крайна сметка използват целия канал.

Важно е да разберете, че една единствена TCP връзка винаги ще минава през само един доставчик. Тоест, ако изтеглим един голям файл чрез HTTP, тогава тази връзка ще бъде направена през един от доставчиците и ако връзката с този доставчик се скъса, тогава изтеглянето също ще се прекъсне.

Една връзка винаги ще използва само един интернет канал

Това важи и за видео излъчванията. Ако излъчвате поточно видео на някакъв условен Twitch, тогава балансирането на ниво IP връзки няма да даде особена полза, тъй като видео потокът ще се излъчва в рамките на една IP връзка. В този случай, ако доставчикът на WAN 3 започне да има комуникационни проблеми, като загуба на пакети или забавяне, тогава няма да можете незабавно да превключите към друг доставчик. Излъчването ще трябва да бъде спряно и свързано отново.

Истинско сумиране на канали

Реалното сумиране на каналите дава възможност да се започне една връзка към условния Twitch през всички доставчици наведнъж по такъв начин, че ако някой от доставчиците се счупи, връзката няма да бъде прекъсната. Това е изненадващо труден проблем, който все още няма оптимално решение. Мнозина дори не знаят, че това е възможно!

От предишните илюстрации си спомняме, че условният сървър на Twitch може да получава видео поток от нас само от един IP адрес на източника, което означава, че винаги трябва да е постоянен с нас, независимо кои доставчици са паднали и кои работят. За да постигнем това, се нуждаем от сървър за сумиране, който ще прекрати всички наши връзки и ще ги обедини в една.

Сървърът за сумиране обединява всички канали в един тунел. Всички връзки произхождат от адреса на сървъра за сумиране

Тази схема използва всички доставчици и деактивирането на някой от тях няма да доведе до загуба на комуникация със сървъра на Twitch. Всъщност това е специален VPN тунел, под капака на който има няколко интернет канала наведнъж. Основната задача на такава схема е да се получи най-висококачествен комуникационен канал. Ако проблемите започнат при един от доставчиците, загуба на пакети, увеличаване на закъсненията, тогава това не трябва да се отразява по никакъв начин на качеството на комуникацията, тъй като натоварването автоматично ще се разпредели върху други, по-добри канали, които са налични.

Търговски решения

Този проблем отдавна тревожи онези, които излъчват събития на живо и нямат достъп до висококачествен интернет. За такива задачи има няколко търговски решения, например Teradek прави такива чудовищни ​​рутери, в които се вмъкват пакети от USB модеми:

Излъчващ видео рутер с функция за сумиране на канали

Такива устройства обикновено имат способността да заснемат видео чрез HDMI или SDI. Заедно с рутера се продава абонамент за услугата за сумиране на канали, както и обработката на видео потока, прекодирането му и повторното му предаване по-нататък. Цената на такива устройства започва от $ 2k с комплект модеми, плюс отделен абонамент за услугата.

Понякога изглежда доста смущаващо:

Настройване на OpenMPTCPRouter

Протоколът MP-TCP (MultiPath TCP) е изобретен за възможността за свързване през няколко канала едновременно. Например неговата поддържа iOS и може едновременно да се свързва с отдалечен сървър чрез WiFi и чрез клетъчна мрежа. Важно е да се разбере, че това не са две отделни TCP връзки, а една връзка, установена през два канала едновременно. За да работи това, отдалеченият сървър също трябва да поддържа MPTCP.

OpenMPTCPROuter е проект за софтуерен рутер с отворен код, който ви позволява наистина да сумирате канали. Авторите заявяват, че проектът е в състояние на алфа версия, но вече може да се използва. Състои се от две части - сумиращ сървър, който се намира в интернет и рутер, към който са свързани няколко интернет доставчици и самите клиентски устройства: компютри, телефони. Персонализираният рутер може да бъде Raspberry Pi, някои WiFi рутери или обикновен компютър. Има готови сборки за различни платформи, което е много удобно.

Как работи OpenMPTCPROuter

Настройка на сървъра за обобщаване

Сумиращият сървър се намира в Интернет и прекратява връзките от всички канали на клиентския рутер в един. IP адресът на този сървър ще бъде външният адрес при достъп до интернет чрез OpenMPTCPRouter.

За тази задача ще използваме VPS сървър на Debian 10.

Изисквания към сървъра за сумиране:

• MPTCP не работи при виртуализация на OpenVZ
• Трябва да е възможно да инсталирате собствено ядро Linux

Сървърът се разгръща чрез изпълнение на една команда. Скриптът ще инсталира ядро ​​с поддръжка на mptcp и всички необходими пакети. Налични са инсталационни скриптове за Ubuntu и Debian.

wget -O - http://www.openmptcprouter.com/server/debian10-x86_64.sh | sh

Резултат от успешна инсталация на сървъра.

Запазваме паролите, ще ни трябват, за да конфигурираме клиентския рутер и да рестартираме. Важно е да имате предвид, че след инсталирането SSH ще бъде достъпен на порт 65222. След рестартиране трябва да сме сигурни, че стартираме с новото ядро

uname -a 
Linux test-server.local 4.19.67-mptcp

Виждаме надписа mptcp до номера на версията, което означава, че ядрото е инсталирано правилно.

Настройка на клиентски рутер

На сайт на проекта Налични са готови компилации за някои платформи, като Raspberry Pi, Banana Pi, маршрутизатори Lynksys и виртуални машини.
Тази част от openmptcprouter е базирана на OpenWRT, използвайки LuCI като интерфейс, познат на всеки, който някога е срещал OpenWRT. Комплектът за разпространение тежи около 50Mb!

Като тестова стенд ще използвам Raspberry Pi и няколко USB модема с различни оператори: MTS и Megafon. Как да напиша изображение на SD карта, предполагам, няма нужда да казвам.

Първоначално Ethernet портът в Raspberry Pi е конфигуриран като lan със статичен IP адрес. 192.168.100.1. За да не се забърквам с кабелите на масата, свързах Raspberry Pi към WiFi точка за достъп и зададох статичен адрес на WiFi адаптера на компютъра 192.168.100.2. DHCP сървърът не е активиран по подразбиране, така че трябва да се използват статични адреси.

Сега можете да отидете на уеб интерфейса 192.168.100.1

Когато влезете за първи път, системата ще ви помоли да зададете root парола, SSH ще бъде достъпен със същата парола.

В настройките на LAN можете да зададете желаната подмрежа и да активирате DHCP сървъра.

Използвам модеми, които са дефинирани като USB Ethernet интерфейси с отделен DHCP сървър, така че това изискваше инсталация допълнителни пакети. Процедурата е идентична с конфигурирането на модеми в обикновен OpenWRT, така че няма да я разглеждам тук.

След това трябва да конфигурирате WAN интерфейсите. Първоначално в системата бяха създадени два виртуални интерфейса WAN1 и WAN2. Те трябва да зададат физическо устройство, в моя случай това са имената на интерфейсите на USB модема.

За да не се объркате в имената на интерфейса, съветвам ви да гледате dmesg съобщения, докато сте свързани чрез SSH.

Тъй като моите модеми сами действат като рутери и сами имат DHCP сървър, трябваше да променя настройките на вътрешните им мрежови диапазони и да деактивирам DHCP сървъра, защото първоначално и двата модема издават адреси от една и съща мрежа и това предизвиква конфликт.

OpenMPTCPRouter изисква адресите на WAN интерфейса да бъдат статични, така че ние измисляме подмрежи за модеми и ги конфигурираме в системата → openmptcprouter → менюто за настройки на интерфейса. Тук също трябва да посочите IP адреса и ключа на сървъра, получени по време на инсталирането на сървъра за сумиране.

В случай на успешна настройка, подобна снимка трябва да се появи на страницата за състояние. Вижда се, че рутерът успя да достигне до сървъра за сумиране и двата канала работят правилно.

Режимът по подразбиране е shadowsocks + mptcp. Това е такъв прокси, който обвива всички връзки в себе си. Първоначално е конфигуриран да обработва само TCP, но може да се активира и UDP.

Ако няма грешки на страницата за състояние, настройката може да се счита за завършена.
При някои доставчици може да възникне ситуация, когато флагът mptcp е съкратен по пътя на трафика, тогава ще има такава грешка:

В този случай можете да използвате друг режим на работа, без да използвате MPTCP, повече за това тук.

Заключение

Проектът OpenMPTCPRouter е много интересен и важен, тъй като е може би единственото отворено комплексно решение на проблема със сумирането на канала. Всичко останало е или плътно затворено и патентовано, или просто отделни модули, с които обикновен човек не може да се справи. На настоящия етап на развитие проектът е все още доста суров, изключително лоша документация, много неща просто не са описани. Но в същото време все още работи. Надявам се, че ще продължи да се развива и ще получим битови рутери, които ще могат да комбинират канали нормално от кутията.

Следвайте нашия разработчик в Instagram

Източник: www.habr.com