真のインターネット チャネルの合計 - OpenMPTCPRouter

複数のインターネット チャネルを XNUMX つに結合することはできますか? このトピックに関しては多くの誤解や迷信があり、経験豊富なネットワーク エンジニアでさえ、これが可能であることを知らないことがよくあります。 ほとんどの場合、リンク アグリゲーションは、NAT レベルでのバランシングまたはフェイルオーバーと誤って呼ばれます。 しかし、実際の合計では、 すべてのインターネット チャネル上で XNUMX つの TCP 接続を同時に開始しますたとえば、インターネット チャネルのいずれかが中断されても、ブロードキャストが中断されないようにビデオ ブロードキャストを実行します。

ビデオブロードキャスト用の高価な商用ソリューションもありますが、そのようなデバイスは何キロドルもかかります。 この記事では、無料のオープンソース OpenMPTCPRouter パッケージの構成方法について説明し、チャネル サミングに関する一般的な誤解に対処します。

チャンネルサミングに関する誤解

マルチWAN機能をサポートするホームルーターは数多くあります。 メーカーはこれをチャネルサミングと呼ぶことがありますが、これは完全に真実ではありません。 多くのネットワーカーは次のように信じています。 LACP L2 レベルでの合計では、他のチャネル アグリゲーションは存在しません。 通信業界で働く人たちからは、これは一般的には不可能であるという話をよく聞きます。 したがって、一般的な神話を理解してみましょう。

IP接続レベルでのバランス調整

これは、複数のインターネット チャネルを同時に利用するための最も手頃で一般的な方法です。 話を簡単にするために、3 つのインターネット プロバイダーがあり、それぞれのプロバイダーがネットワークから実際の IP アドレスを提供していると想像してみましょう。 これらのプロバイダーはすべて、Multi-WAN 機能をサポートするルーターに接続されています。 これは、mwanXNUMX パッケージを備えた OpenWRT、mikrotik、ubiquiti、またはその他の家庭用ルーターである可能性があります。そのようなオプションはもはや珍しいことではありません。

状況をシミュレートするために、プロバイダーから次のアドレスが提供されたと想像してみましょう。

WAN1 — 11.11.11.11
WAN2 — 22.22.22.22
WAN2 — 33.33.33.33

つまり、リモートサーバーに接続します example.com 各プロバイダーを通じて、リモート サーバーは XNUMX つの独立したソース IP クライアントを認識します。 バランシングにより、負荷をチャネル間で分割し、XNUMX つすべてを同時に使用できます。 簡単にするために、負荷をすべてのチャネル間で均等に分割すると想像してみましょう。 その結果、クライアントが XNUMX つの画像を含むサイトを開くと、個別のプロバイダーを通じて各画像をダウンロードすることになります。 サイト側では、XNUMX つの異なる IP からの接続のように見えます。

接続レベルでバランスをとる場合、各 TCP 接続は個別のプロバイダーを経由します。

このバランシング モードは、多くの場合、ユーザーに問題を引き起こします。 たとえば、多くのサイトでは Cookie とトークンをクライアントの IP アドレスに厳密にバインドしており、IP アドレスが突然変更されると、リクエストが拒否されるか、クライアントはサイトからログアウトされます。 これは、厳格なユーザー セッション ルールが適用されるクライアント銀行システムやその他のサイトでよく再現されます。 以下に簡単な例を示します。VK.com 上の音楽ファイルは、IP に関連付けられた有効なセッション キーでのみ利用可能であり、そのようなバランシングを使用するクライアントは、リクエストが接続先のプロバイダーを経由しないため、オーディオを再生しないことがよくあります。セッションは引き分けです。

トレントをダウンロードする場合、接続レベルのバランスによりすべてのチャネルの帯域幅が合計されます。

このバランスにより、複数の接続を使用するときにインターネット チャネルの速度の合計を取得できるようになります。 たとえば、100 つのプロバイダーの速度がそれぞれ 300 メガビットの場合、トレントをダウンロードすると XNUMX メガビットが得られます。 トレントは多くの接続を開き、すべてのプロバイダーに分散され、最終的にはチャネル全体を利用するためです。

XNUMX つの TCP 接続は常に XNUMX つのプロバイダーのみを経由することを理解することが重要です。 つまり、HTTP 経由で XNUMX つの大きなファイルをダウンロードすると、この接続はプロバイダーの XNUMX つを通じて行われ、このプロバイダーとの接続が切断されると、ダウンロードも中断されます。

XNUMX つの接続では常に XNUMX つのインターネット チャネルのみが使用されます

これはビデオブロードキャストにも当てはまります。 ある種の条件付き Twitch にストリーミング ビデオをブロードキャストしている場合、ビデオ ストリームは 3 つの IP 接続内でブロードキャストされるため、IP 接続のレベルでバランスを調整しても特に利点はありません。 この場合、WAN XNUMX プロバイダーでパケット損失や速度低下などの通信に問題が発生し始めた場合、すぐに別のプロバイダーに切り替えることはできません。 ブロードキャストを停止して再接続する必要があります。

真のチャンネル加算

リアルチャンネルサミングにより、プロバイダーのいずれかが故障しても接続が中断されないように、すべてのプロバイダーを介して条件付き Twitch への XNUMX つの接続を一度に実行することができます。 これは驚くほど難しい問題であり、最適な解決策はまだ見つかっていません。 多くの人は、これが可能であることさえ知りません。

前の図から、条件付き Twitch サーバーは XNUMX つのソース IP アドレスのみからビデオ ストリームを受信できることを思い出します。つまり、どのプロバイダーが停止し、どのプロバイダーが機能しているかに関係なく、ソース IP アドレスは常に一定である必要があります。 これを実現するには、すべての接続を終了して XNUMX つに結合するサミング サーバーが必要です。

サミング サーバーは、すべてのチャネルを XNUMX つのトンネルに集約します。 すべての接続は合計サーバー アドレスから開始されます

このスキームではすべてのプロバイダーが使用され、それらのいずれかを無効にしても Twitch サーバーとの通信が失われることはありません。 基本的に、これは特別な VPN トンネルであり、その内部には複数のインターネット チャネルが同時に存在します。 このような方式の主なタスクは、最高品質の通信チャネルを取得することです。 プロバイダーの XNUMX つで問題、パケットの損失、遅延の増大が発生し始めたとしても、負荷は利用可能な他のより優れたチャネルに自動的に分散されるため、通信の品質にはまったく影響しません。

商用ソリューション

この問題は、ライブ イベントをブロードキャストするものの、高品質のインターネットにアクセスできない人々を長い間悩ませてきました。 このようなタスクには、いくつかの商用ソリューションがあります。たとえば、Teradek という会社は、USB モデムのパックが挿入されるような巨大なルーターを製造しています。

チャンネルサミング機能付きビデオ放送用ルーター

このようなデバイスには通常、HDMI または SDI 経由でビデオ信号をキャプチャする機能が組み込まれています。 ルーターとともに、ビデオ ストリームの処理、トランスコード、中継を行うチャネル サミング サービスのサブスクリプションも販売されます。 このようなデバイスの価格は、モデムのセットに加えて、サービスへの別のサブスクリプションを含めて 2 ドルから始まります。

場合によっては、非常に恐ろしいように見えることもあります。

OpenMPTCPRouter のセットアップ

プロトコル MP-TCP (MultiPath TCP) は、複数のチャネルを介して一度に接続できるように考案されました。 たとえば、彼の iOSをサポート また、WiFi および携帯電話ネットワーク経由でリモート サーバーに同時に接続できます。 これらは XNUMX つの個別の TCP 接続ではなく、XNUMX つのチャネル上で同時に確立される XNUMX つの接続であることを理解することが重要です。 これが機能するには、リモート サーバーも MPTCP をサポートする必要があります。

OpenMPTCPRouter は、真のチャネル要約を可能にするオープンソース ソフトウェア ルーター プロジェクトです。 作者はプロジェクトがアルファ版の状態にあると述べていますが、すでに使用することができます。 これは、インターネット上にある集計サーバーと、いくつかのインターネット プロバイダーとクライアント デバイス自体 (コンピューター、電話) が接続されているルーターの XNUMX つの部分で構成されます。 カスタム ルーターには、Raspberry Pi、一部の WiFi ルーター、または通常のコンピューターを使用できます。 さまざまなプラットフォーム用の既製のアセンブリがあり、非常に便利です。

OpenMPTCPRouter の仕組み

要約サーバーのセットアップ

サミング サーバーはインターネット上に配置され、クライアント ルーターのすべてのチャネルからの接続を XNUMX つに終端します。 このサーバーの IP アドレスは、OpenMPTCPRouter 経由でインターネットにアクセスするときの外部アドレスになります。

このタスクでは、Debian 10 上の VPS サーバーを使用します。

サミングサーバーの要件:

• MPTCP は OpenVZ 仮想化では機能しません
• 独自の Linux カーネルをインストールできるはずです

サーバーは XNUMX つのコマンドを実行することでデプロイされます。 このスクリプトは、mptcp サポートを備えたカーネルと必要なすべてのパッケージをインストールします。 インストール スクリプトは Ubuntu と Debian で利用できます。

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

サーバーのインストールが成功した結果。

パスワードを保存し、クライアントルーターを設定して再起動するために必要になります。 インストール後、SSH がポート 65222 で利用可能になることに留意することが重要です。再起動後、新しいカーネルで起動したことを確認する必要があります。

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

バージョン番号の横に mptcp という文字が表示されます。これは、カーネルが正しくインストールされたことを意味します。

クライアントルーターのセットアップ

На プロジェクトサイト Raspberry Pi、Banana Pi、Lynksys ルーター、仮想マシンなどの一部のプラットフォームでは、既製のビルドが利用可能です。
openmptcprouter のこの部分は OpenWRT に基づいており、OpenWRT に触れたことがある人にはおなじみの LuCI をインターフェイスとして使用します。 ディストリビューションの重さは約 50MB です。

テストベンチとして、Raspberry Pi と、さまざまなオペレーター (MTS および Megafon) を備えたいくつかの USB モデムを使用します。 SDカードに画像を書き込む方法は説明する必要はないと思います。

最初に、Raspberry Pi のイーサネット ポートは、静的 IP アドレスを持つ LAN として構成されます。 192.168.100.1。 机の上の配線をいじるのを避けるために、Raspberry Pi を WiFi アクセス ポイントに接続し、コンピューターの WiFi アダプターを静的アドレスに設定しました。 192.168.100.2。 DHCP サーバーはデフォルトでは有効になっていないため、静的アドレスを使用する必要があります。

これでWebインターフェースにログインできるようになりました 192.168.100.1

初めてログインするとき、システムは root パスワードを設定するように求めます。SSH は同じパスワードで使用できます。

LAN 設定では、希望のサブネットを設定し、DHCP サーバーを有効にすることができます。

別の DHCP サーバーを備えた USB イーサネット インターフェイスとして定義されたモデムを使用しているため、インストールが必要でした 追加パッケージ。 この手順は通常の OpenWRT でのモデムのセットアップと同じであるため、ここでは説明しません。

次に、WAN インターフェイスを設定する必要があります。 最初に、システムは 1 つの仮想インターフェイス WAN2 と WANXNUMX を作成しました。 これらには物理デバイスを割り当てる必要があります。私の場合、これらは USB モデム インターフェイスの名前です。

インターフェイス名との混乱を避けるために、SSH 経由で接続しているときに dmesg メッセージを表示することをお勧めします。

モデム自体がルーターとして機能し、DHCP サーバーを備えているため、内部ネットワーク範囲の設定を変更し、DHCP サーバーを無効にする必要がありました。最初は両方のモデムが同じネットワークからアドレスを発行し、競合が発生するためです。

OpenMPTCPRouter では、WAN インターフェイス アドレスが静的である必要があるため、モデムのサブネットを考え出し、システム → openmptcprouter → インターフェイス設定メニューで構成します。 ここでは、サミングサーバーのインストール中に取得した IP アドレスとサーバーキーを指定する必要があります。

セットアップが成功すると、同様の画像がステータス ページに表示されます。 ルーターが合計サーバーに到達でき、両方のチャネルが正常に動作していることがわかります。

デフォルトのモードはshadowsocks + mptcpです。 これは、すべての接続をそれ自体内でラップするプロキシです。 初期状態では TCP のみを処理するように設定されていますが、UDP も有効にすることができます。

ステータス ページにエラーがない場合、セットアップは完了したと見なされます。
一部のプロバイダーでは、mptcp フラグがトラフィック パスに沿って切断されると、次のエラーが表示される状況が発生する場合があります。

この場合、MPTCP を使用せずに、別の動作モードを使用できます。詳細については、 ここで.

まとめ

OpenMPTCPRouter プロジェクトは、おそらくチャネル加算問題に対する唯一のオープンで包括的なソリューションであるため、非常に興味深く重要です。 他のものはすべて、厳密に閉じられて独自のものであるか、普通の人には理解できない単に別個のモジュールであるかのどちらかです。 開発の現段階では、プロジェクトはまだ非常に粗雑で、ドキュメントは非常に貧弱で、多くのことが単に説明されていません。 しかし同時に、それはまだ機能します。 今後も開発が進み、すぐにチャンネルを適切に組み合わせることができる家庭用ルーターが登場することを願っています。

Instagram で開発者をフォローしてください

出所： habr.com