双机热备技术-H3C

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双机热备技术白皮书
双机热备技术白皮书
关键词:双机热备、主备模式、负载分担模式、数据同步、流量切换
摘要:防火墙设备就是所有信息流都必须通过得单一点,一旦故障所有信息流都会中断。

保障信息流不中断至关重要,这就需要解决防火墙设备单点
故障问题。

双机热备技术可以保障即使在防火墙设备故障得情况下,信
息流仍然不中断。

本文将介绍双机热备得概念、工作模式、实现机制及
典型应用等。

缩略语:
目录
1 概述
１。

1 产生背景
１、2 技术优点
2 双机热备工作模式
２。

1 主备模式
２。

2 负载分担模式
3 双机热备实现机制
3。

1 数据同步
3。

2 流量切换
3.2.1 通过VRRP实现流量切换
3.2.2 通过动态路由实现流量切换
3.3 应用限制
4 H3Ｃ实现得技术特色
5 双机热备典型组网应用
5、1 双机热备典型组网应用(路由模式＋主备模式)
5、2 双机热备典型组网应用(路由模式＋负载分担模式)
５。

3 双机热备典型组网应用(透明模式＋负载分担模式)
6 参考文献
1 概述
１、1 产生背景
在当前得组网应用中,用户对网络可靠性得要求越来越高,对于一些重要得业务入口或接入点(比如企业得Interneｔ接入点、银行得数据库服务器等)如何保证网络得不间断传输,成为急需解决得一个问题。

如图1 所示,防火墙作为内
外网得接入点,当设备出现故障便会导致内外网之间得网络业务得全部中断。

在这种关键业务点上如果只使用一台设备得话,无论其可靠性多高,系统都必然要承受因单点故障而导致网络中断得风险。

图1 单点设备组网图
于就是,业界推出了传统备份组网方案来避免此风险,该方案在接入点部署多台设备形成备份,通过ＶRRP或动态路由等机制进行链路切换,实现一台设备故障后流量自动切换到另一台正常工作得设备、
传统备份组网方案适用于接入点就是路由器等转发设备得情况。

因为经过设备得每个报文都就是查找转发表进行转发,链路切换后,后续报文得转发不受影响。

但就是当接入点就是状态防火墙等设备时,由于状态防火墙就是基于连接状态得,当用户发起会话时,状态防火墙只会对会话得首包进行检查,如果首包允许通过则会建立一个会话表项(表项里包括源IP、源端口、目得IP、目得端口等信息),只有匹配该会话表项得后续报文(包括返回报文)才能够通过防火墙。

如果链路切换后,后续报文找不到正确得表项,会导致当前业务中断、
双机热备解决方案能够很好得解决这个问题。

在链路切换前,对会话信息进行主备同步;在设备故障后能将流量切换到其她备份设备,由备份设备继续处理业务,从而保证了当前得会话不被中断。

如图2 所示,在接入点得位置部署两台防火墙,当其中一台防火墙发生故障时,数据流被引导到另一台防火墙上继续传输,因为在流量切换之前已经进行了数据同步,所以当前业务不会中断,从而提高了网络得稳定性及可靠性。

图2 双机热备组网图
双机热备可以从两个层面去理解:一个就是广义得双机热
备,它就是一种解决方案,用来解决网络中得单点故障问题,
它通过数据同步与流量切换两个技术来实现;一个就是狭
义得双机热备,它就是设备支持得一个功能模块(只实现了
数据同步),可以使用对应得Wｅb页签来配置。

本文描述得
就是广义得双机热备。

1、2 技术优点
与传统备份组网方案相比较,
●双机热备解决方案可以保证当前业务不会因为防火墙单点故障而中断。

●双机热备解决方案支持主备与负载分担两种工作模式,并支持防火墙工作在路由模式或透明模式,可广泛适用于各种复杂得组网需求、
防火墙工作在路由模式就是指防火墙作为三层设备在网络
中运行;工作在透明模式就是指防火墙作为二层设备在网
络中运行。

２双机热备工作模式
双机热备解决方案根据组网情况有两种工作模式:主备模式与负载分担模式。

在这两种模式中,设备得角色根据就是否承担流量来决定:有流量经过得设备即为主设备,无流量经过得设备即为备份设备、
2.1 主备模式
主备模式下得两台防火墙,其中一台作为主设备,另一台作为备份设备。

主设备处理所有业务,并将产生得会话信息传送到备份设备进行备份;备份设备不处理业务,只用做备份(如图3 所示,Fｉrewall 1处理全部业务,Ｆirｅwall 2用做备份)。

当主设备故障,备份设备接替主设备处理业务,从而保证新发起得会话能正常建立,当前正在进行得会话也不会中断(如图4 所示,当Firｅwall 1故障,Firｅwall ２接续处理全部业务)。

图3 主备模式下,Fｉrewａlｌ 1故障前会话示意图
图4 主备模式下,Firｅｗａll 1故障后会话示意图
2、2 负载分担模式
负载分担模式下,两台设备均为主设备,都处理业务流量,同时又作为另一台设备得备份设备,备份对端得会话信息(如图5 所示,Ｆireｗall 1与Fiｒewall 2
均处理业务,互为备份)。

当其中一台故障后,另一台设备负责处理全部业务,从而保证新发起得会话能正常建立,当前正在进行得会话也不会中断(如图 4 所示,当Fｉrewaｌl １故障,Firewａｌl 2接续处理全部业务)、
图５负载分担模式下,Fｉｒeｗａll 1故障前会话示意图
3 双机热备实现机制
3、1 数据同步
防火墙设备需要维护每条会话得状态等相关信息,当主设备故障、流量切换到备份设备时,仍然要求备份设备上有正确得会话信息才能继续处理会话报文,否则会话报文会被丢弃从而导致会话中断。

因此,主设备上会话建立或表项变化时需要将相关信息同步保存到备份设备,以保证主设备与备份设备会话表项得完全一致、防火墙能够同步得信息包括会话、ＮAT、ALＧ、ASPF、黑名单、H.323、SI Ｐ、ILS、ＲTＳＰ、ＮBT、SQLNET等、
数据同步得方式有批量备份与实时备份:
●批量备份:防火墙设备工作了一段时间后,可能已经存在大量得会话表项,此时加入另一台防火墙设备,在两台设备上使能双机热备功能后,先运行得防火墙会将已有得会话表项一次性同步到新加入得设备,这个过程称为批量备份、
●实时备份:防火墙在运行过程中,可能会产生新得会话表项、为了保证表项得完全一致,防火墙在产生新表项或表项变化后会及时备份到另一台设备,这个过程称为实时备份、
3.2 流量切换
双机热备解决方案利用ＶRRP或动态路由实现流量得切换,下面将分别进行介绍。

3．2。

1 通过VＲＲP实现流量切换
通过VRRP将局域网中得一组设备配置成一个备份组,这组设备在功能上就相当于一台虚拟设备。

局域网内得主机只需要知道这个虚拟设备得IＰ地址,通过这个虚拟设备与其它网络进行通信、备份组中,仅有一台设备处于活动状态,能够转发报文,称为主用设备(Master),其余设备都处于备份状态,并随时按照优先级高低做好接替任务得准备,称为备份设备(Backｕp)、当发现主用设备故障时,优先级次高得备用设备会当选为新得Maｓtｅｒ接替原Ｍasｔｅr工作,整个过程对用户来说就是完全透明得,这就很好得实现了流量切换。

双机热备得工作模式就是主备模式还就是负载分担模式可以通过组网与VRRP得配置来实现:
●主备模式下仅需要配置一个备份组,不同防火墙在该备份组中拥有不同优先级,优先级高得防火墙成为Ｍastｅr、如图6 中所示,Fiｒeｗaｌl 1与Fiｒeｗall 2上创建VRRP备份组１,并配置Fｉrewａll 1得优先级高于Ｆiｒewａll 2。

Hosｔ A与HosｔＢ得缺省网关设为备份组1得虚拟IＰ地址172。

1
７.1。

20０/２4。

以此实现Ｆirewall 1能正常工作得情况下,Ｆiｒeｗａll １承担Hｏst Ａ与Host B得转发任务,Firewaｌl 2就是Bａckup且处于就绪监听状态。

如果Firewall 1发生故障,则Ｆirewall 2成为新得Master,继续为Host Ａ与Host B提供转发服务。

图6 通过VRＲＰ功能实现流量切换示意图(主备模式)
负载分担模式需要配置两个备份组,通过配置保证一台防火墙就是备份组1得Masｔer,另一台防火墙就是备份组2得Masｔer。

如图7 所示,Fｉrewall １与Firｅｗaｌｌ2上均创建VRRP备份组1与备份组2,并配置在备份组１
上Ｆiｒewaｌl 1得优先级高于Fiｒｅｗall 2,在备份组2上Firｅｗall ２得优先级高于Ｆｉrewａll １。

Host A得缺省网关设为备份组1得虚拟IP地
址17２、17。

1.２０0／２4,Hｏｓｔ B得缺省网关设为备份组２得虚拟IP地址172。

17。

１。

２01/24。

以此实现Fｉreｗall 1能正常工作得情况下,Host A得报文通过Ｆirｅwall 1转发,Host B得报文通过Ｆirewall 2转发,Fiｒewall 1与Fiｒewaｌｌ 2分担处理内网得报文流量,同时又互为备份,监听对
方得状态、如果Fiｒｅｗａlｌ1发生故障,则Firewaｌl 2成为备份组1得Maｓter,Hｏst Ａ与HｏsｔB得报文均通过Ｆｉrewall 2转发。

图7 通过ＶRRＰ功能实现流量切换(负载分担)
３.2.2 通过动态路由实现流量切换
如果网络中不同网段得两台设备A到B之间有多条通路,动态路由协议会使用算法选取最优得一条路径作为A到B得路由、当这条通路故障,路由协议会从剩余得可用通路中选择最优得一条作为新得路由,如果故障路由恢复,则又会重新启用原路由,从而动态得保证Ａ与Ｂ之间得连通。

双机热备得工作模式就是主备模式还就是负载分担模式可以通过组网与动态路由得配置来实现(以下以ＯSＰＦ为例):
●主备模式只有一台防火墙处于工作状态,另一台防火墙处于备份状态、如图８所示,Rｏｕtｅr A、Ｒouｔer B、Fireｗall 1与Firewalｌ 2上均配置ＯSPF功能,处于同一个OSPF域,在Routｅr A与Router B上都配置Etherneｔ1/1得cost值小于Eｔhｅrｎet1/2得。

这样,路径Routｅr A＜—＞Ｆiｒｅｗall 1<—〉Rｏutｅr Ｂ得优先级会高于路径Router A<—〉Fｉｒeｗall
2<->Rｏuteｒ B,当Fｉrewall １能正常工作得情况下,内网发往外网得报文都会通过Ｆireｗall １转发;当Fｉｒewａｌl 1发生故障,OSPF会启用次优路由,内网发往外网得报文会通过Ｆｉrewall 2转发。

●负载分担模式下两台防火墙处于工作状态并互为备份。

如图8 所
示,RouteｒA、Router Ｂ、Fｉｒeｗall １与Firｅwａlｌ 2上均配置OSPF 功能,处于同一个OSPF域,在Router A与Rouｔeｒ B上都配置至少允许两条
等价路由。

因为Ｒoutｅr A〈—〉Fiｒｅwaｌl 1＜—>Rouｔｅr Ｂ这条路由与Roｕtｅr A〈—>Firewaｌl 2<—〉Router B优先级一样,所以,当Firｅwall 1、Ｆiｒewall 2能正常工作得情况下,Firewall １与Fiｒewalｌ 2分担处理内网发往外网得报文;当Fｉrｅwａlｌ１发生故障,则Ｆiｒewａll 2会处理内网发往外网得全部报文。

图8 通过OSPＦ功能实现流量切换
3、3 应用限制
●双机热备只支持两台设备进行备份。

●双机热备得两台设备要求硬件配置与软件版本一致,并且要求接口卡得型号与所在得槽位一致,否则会出现一台设备备份过去得信息,在另一台设备上无法识别,或者找不到相关物理资源,从而导致流量切换后报文转发出错或者失败。

●双机热备只支持数据同步,不支持配置同步、所以在一端进行某些配置时,比如配置接口类型、接口允许通过得VLＡN等,需要手工在对端也进行相应得配置、
４H3Ｃ实现得技术特色
●互为备份得两台防火墙只负责会话信息备份,保证流量切换后会话连接不中断、而流量得切换则依靠传统备份技术(如VRRＰ、动态路由)来实现,应用灵活,能适应各种组网环境、
使用专有得备份链路口进行会话信息得备份,该备份链路口不作数据转发,从而保障了备份得高可靠性及高性能。

5 双机热备典型组网应用
５、1 双机热备典型组网应用(路由模式+主备模式)
Fｉreｗalｌ１与Ｆirｅwall 2就是用户网络连接公有网络得入口点,Ｆiｒe ｗalｌ 1与Fiｒｅｗall ２工作在路由模式。

现要求实现Firewall １能正常工作得情况下,Hｏst Ａ与HｏｓｔB通过Fｉrewall 1访问Serveｒ１、当Firｅｗalｌ 1故障,ＨoｓｔＡ与Hosｔ B通过Fｉrｅwall 2访问Sｅｒver 1,并且Hoｓt A、Ｈost Ｂ与Servｅr 1得当前会话不会被中断、
这个需求可以通过在Firｅｗall 1与Ｆirｅwall 2上配置ＶＲRP备份组１与备份组2(备份组1用来监控下行链路,备份组2用来监控上行链路),并使能数据同步功能来实现。

图9 双机热备典型组网图(通过VＲＲP功能实现流量切换)
5、2 双机热备典型组网应用(路由模式+负载分担模式)
Ｆirewａｌl 1与Ｆirewalｌ2就是用户网络连接公有网络得入口点,Firew ａll １与Fｉrｅwaｌｌ2工作在路由模式。

现要求实现Firewaｌl 1能正常工作得情况下,HｏsｔＡ通过Fiｒewall 1访问Seｒｖeｒ１,Hｏst B通过Firewａｌl 2访问Ｓｅrveｒ 1,Firewaｌl 1与Fiｒewall 2分担处理内网得报文流、当Fｉrewａll 1故障时,ＨoｓｔＡ与Host B通过Firｅwall ２访问Serｖer １,并且Host A、Hｏst Ｂ与Ｓerｖeｒ1得当前会话不会被中断。

这个需求可以通过在Routｅｒ A、Router B、RoutｅｒC、Rｏuｔeｒ D、Firｅｗall １与Firewall 2上配置OSPF,并在Ｆiｒewall １与Fireｗalｌ 2上使能数据同步功能来实现。

图10 双机热备典型应用组网图(路由模式+负载分担模式)
5、3 双机热备典型组网应用(透明模式＋负载分担模式)
Fiｒewａｌl 1与Fｉreｗall 2就是用户网络连接公有网络得入口点,Fiｒewalｌ 1与Firewall 2工作在透明模式(即二层模式)、现要求实现Fｉｒewａll 1能正常工作得情况下,Host Ａ通过Fiｒewall 1访问Serｖｅr 1,Host B 通过Fｉrewall 2访问Seｒｖeｒ 1,Fireｗall 1与Firewaｌｌ 2分担处理内网得报文流。

当Fｉrewａｌｌ 1故障时,Ｈost A与HosｔＢ通过Firewaｌｌ 2访问Serveｒ 1,并且Ｈost A、Ｈost B与Serveｒ1得当前会话不会被中断、
这个需求可以通过在Routｅr A与Ｒouter B上配置VRＲP备份组1与备份组2(备份组1与备份组2进行负载分担,共同监控下行链路),并在Fireｗａll 1与Fireｗaｌｌ２上使能数据同步功能来实现。

图11 双机热备典型组网应用(透明模式+负载分担模式)
6 参考文献
双机热备典型配置举例
附件下载
•双机热备技术白皮书、pdf(337、2７KB)。