“双网线”旁路由之“完美”解决IPv6和千兆瓶颈问题

“双网线”旁路由之“完美”解决IPv6和千兆瓶颈问题 – WuSiYu Blog

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旁路由是一种homelab常见的需求，主路由用硬路由确保稳定，比如用Mikrotik的RouterOS路由器作为主路由，旁路由使用OpenWrt作为软路由，实现广告过滤和隧道等高级功能，这些功能往往都无法硬件加速，需要消耗大量CPU完成，x86的高性能软路由是很合适的选择。比起使用二级路由，可以减少在旁路由上的一次NAT（仅对于IPv4），提高利率，也便于主路由进行管理。

本文提出了一种整活之余有些实用性的特殊旁路由方案，或者也可称为IPv4不NAT的二级路由方案。

本文环境信息：

• 主路由RouterOS，旁路由OpenWrt，需要主路由具有3个网口（对于硬路由很容易满足），旁路由至少具备双网口，假设其都为千兆网口；
• 为了使用IPv6二级路由，运营商给的IPv6前缀至少需要为/63；
  • （常见的/56、/60都可满足，但如果给的是/64，虽然或许也能实现功能，但需要不同的设置）
• 主内网（全功能）网段：192.168.10.0/24，辅助内网（备用/直连）网段：192.168.88.0/24

0x01 传统旁路由设置

传统的旁路由设置只针对IPv4，旁路由只需要一根网线连接内网和旁路由的LAN，旁路由的WAN空置。主路由LAN口IP为192.168.10.1/24，旁路由LAN口IP为192.168.10.2/24，在内网DHCP服务器设置中设置网关为192.168.10.2（DHCP服务器可运行在主路由或旁路由上，但只能有一个），然后在旁路由中设置网关为192.168.10.1。

这样所有客户端都会使用192.168.10.2作为网关，将出口的IP封包发到旁路由上，旁路由因为开启了ip_forward（路由器都会开启），会对这些封包进行转发：由于在旁路由上设置了192.168.10.1作为网关，于是旁路由就会将这些封包直接转发到192.168.10.1的主路由上（传统旁路由的关键就在于，由于是LAN to LAN转发，所以不会匹配防火墙中LAN to WAN的masquerade规则，即不会进行我们常说的路由器NAT）。由于封包在旁路由上进行了转发，隧道软件就可以通过防火墙NAT表中的规则对这些封包进行处理（比如redirect和tproxy），满足我们使用旁路由的需求。

在一般链接的回程（下载）时，经过主路由NAT后的入口封包的目标IP为客户端的内网IP，直接通过交换机到达客户端，无需再经过旁路由，所以理论上是可以对外网跑满双向千兆的。

0x02 传统旁路由的问题

第一个问题就是IPv6，IPv6没有单独的网关选项，对于SLAAC而言（至今Android只支持SLAAC，不支持DHCPv6），如果一台机器进行了RA（路由宣告），让客户端获得了前缀，那么客户端就会认为其是网关。由于公网IPv6前缀由PPPoE获得，所以必然是主路由进行RA，也就自动成为了所有客户端的IPv6网关，无法再指定旁路由为网关。

一个常规的IPv6 RA包

从另一个角度讲，IPv6要求所有设备（Node）必须从Router和Host这两种角色中二选一，而旁路由就恰恰是一个设备既作为Router，又作为Host。

实际上，IPv6也没必要使用旁路由，由于通常情况下IPv6不使用NAT，路由器在这里做的仅仅是转发而已，我们可以放心的使用IPv6二级路由。

另一个问题是千兆瓶颈的问题，这个千兆瓶颈只对于非直连流量（比如隧道流量）存在，即经过隧道的流量，上行和下行的速度总和无法超过1Gbps，这是因为隧道流量返程也需要经过旁路由。对于直连流量而言，如文章第一节所述，由于返程不需要经过旁路由，所以不存在千兆瓶颈，上下行速度总和可以达到2Gbps，即跑满。不过这个问题通常不会带来影响（啥公网隧道能千兆对等），但若能一并解决了也好。

0x03 本文的魔改二级路由方案

为避免混淆，以下使用「软路由」代指我们原本逻辑中的旁路由（即那台OpenWrt的软路由）

这是一种双网口、IPv4旁路由+IPv6二级路由的方案，这种方案实际上更接近于标准的二级路由，但通过一些魔改，让IPv4变成旁路由模式。

拓扑如下：

图中主路由的bridge代表主内网，具有软路由提供的高级功能；bridge_alt代表辅助内网，此处仅用于软路由与主路由间的通信，也可接入一个交换机作为直连/备用内网，其不具有软路由提供的高级功能，但能在软路由故障时继续提供标准（直连）的上网功能。如果主路由上不需要扩展辅助内网，也可不为辅助内网创建bridge，使用一接口代替。

这里只列出了IPv4部分的参数。IPv6部分同标准的IPv6二级路由，但要注意，IPv6的RA和DHCP Server要运行在bridge_alt接口上（见下文）。

如果你的主路由的具有硬件交换机且还有很多未用端口，那便可以省掉“主内网 交换机”，这样旁路由就是通过两根线连接了主路由，但并不会成环。

下面开始IPv4部分的详细配置介绍：

在主路由上，基于路由器模式的出厂设置（如Home AP Dual等），进行以下修改：

1. 首先新建个Bridge，名称为“bridge_alt”：

2. 添加需要的接口到bridge_alt中，这里我除了必要的有线端口ether1外，还添加了机器自带的两个wlan，作为备用网络热点（主内网的wlan由独立的AP提供）：

3. 为bridge设置IP：192.168.10.1/24；为bridge_alt设置IP：192.168.88.1/24：

4. 为bridge_alt设置分配192.168.88.0/24的DHCP服务器；如果主内网也由主路由提供DHCP服务，则为bridge设置分配192.168.10.0/24的DHCP服务器，并设置网关为192.168.10.2（下图未展示）：

5. 在Interface list中，将bridge_alt设置为LAN：

然后将软路由WAN口与bridge_alt的接口通过网线连接（本文中为ether0），然后你应该能看到软路由的WAN口从主路由获取了IP：

（你可能会疑惑：这不是二级路由的状态吗？别急，下面我们就关闭它的NAT）

下面我们在软路由中进行设置（类似的，基于OpenWrt的默认设置）：

6. 设置软路由的LAN口IP为192.168.10.2；如果在主路由上设置了主内网的DHCP服务，则要关闭软路由LAN的DHCP服务（下图未展示）

7. 最为关键的一步，到防火墙中关闭WAN区域的“IP动态伪装”，也就是masquerade，即我们常说的NAT：

然后将根据拓扑图，将软路由的LAN、主路由的bridge和主内网的设备都接到交换机上，IPv4的设置就完成了。

关于IPv6的配置，和标准的IPv6二级路由相似，只是RA和DHCPv6 Server的接口设置有所不同，这部分网上有非常多很好的教程，比如：https://wu.renjie.im/blog/network/ros-dhcpv6/zh-cn/，下面仅写出在本文设置中需要注意的点。

在主路由上，IPv6的地址设置（包括了RA）和DHCPv6的设置中，需要在且仅在bridge_alt接口上进行设置，而不应对bridge进行任何设置。换句话说，在IPv6下，主路由不会使用主内网bridge，bridge的IPv6 RA和路由完全由软路由负责，bridge作为bridge_alt的下级路由，形成标准的IPv6二级路由。

0x04 后记

本文的方法与普通二级路由的最大区别，其实就是对于IPv4：①在二级路由器（本文中的软路由）上关闭了LAN to WAN的masquerade NAT；②在主路由上连通了二级路由的LAN。从而达到了类似旁路由的效果（旁路由就是为了少一层NAT）。

至于为什么可以在关闭二级路由器的NAT，不妨思考一下我们为什么在路由器上需要NAT：如果我们有一个连接上级网络的普通路由器，并关闭了NAT，那么我们发出的包其实还是可以正常的被送到远端的服务器，但由于包中的源IP地址还是我们客户端的内网IP地址，无法通过我们的内网IP向我们回应（其实通常直接就不会被远端服务器的防火墙接受）。而masquerade NAT就是一种特殊的src nat，其永远都会使用路由器本机地址，作为IP封包源地址的替换，从而让远端服务器的回应包能被正确发到路由器上，再由路由器转发给客户端。

但在本文的方法中，首先在我们的包通过二级路由器直接转发给主路由后，由于主路由是带有NAT的，远端服务器的回应包会正常的到达主路由，然后主路由在转发回应包时，由于我们配置了上面的②，回应包可以直接发给客户端，无需经过二级路由器，也就无需二级路由器的NAT，正常的完成了一次往返的通信。

最后，本文的方法更多是整活向的。无论是直接使用单路由，还是普通的二级路由，甚至用传统旁路由方式并直接关闭IPv6，其实也没什么不好（毕竟2022年目前ISP和CDN的优化还是针对IPv4为主，很多地方依然是“关闭IPv6以提升上网体验”）。不过homelab的一大乐趣之一就是折腾各种非标准的方案和配置，本文也算是提出了一种旁路由+正常IPv6的解决方案，如果各位读者认为有改进的地方或漏洞，也欢迎在下面留言。