雙機(jī)熱備技術(shù)-H3C

1、技術(shù)白皮書?推薦?打印?收藏?本文附件下載雙機(jī)熱備技術(shù)白皮書雙機(jī)熱備技術(shù)白皮書關(guān)鍵詞：雙機(jī)熱備、主備模式、負(fù)載分擔(dān)模式、數(shù)據(jù)同步、流量切換摘 要：防火墻設(shè)備是所有信息流都必須通過的單一點(diǎn)，一旦故障所有信息流都 會(huì)中斷。保障信息流不中斷至關(guān)重要，這就需要解決防火墻設(shè)備單點(diǎn)故 障問題。雙機(jī)熱備技術(shù)可以保障即使在防火墻設(shè)備故障的情況下，信息 流仍然不中斷。本文將介紹雙機(jī)熱備的概念、工作模式、實(shí)現(xiàn)機(jī)制及典 型應(yīng)用等?？s略語:縮略語英文全名中文解釋ALGApplicati on Level Gateway應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)ASPFApplicati on Specific PacketFilter基于應(yīng)用層的包

2、過濾NATNetwork Address Tran slator網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換VRRPVirtual Router RedundancyProtocol虛擬路由冗余協(xié)議OSPFOpen Shortest Path First開放最短路徑優(yōu)先目錄1概述1.1產(chǎn)生背景1.2技術(shù)優(yōu)點(diǎn)2雙機(jī)熱備工作模式2.1主備模式2.2負(fù)載分擔(dān)模式3雙機(jī)熱備實(shí)現(xiàn)機(jī)制3.1數(shù)據(jù)同步3.2流量切換通過VRRP實(shí)現(xiàn)流量切換通過動(dòng)態(tài)路由實(shí)現(xiàn)流量切換3.3應(yīng)用限制4 H3C實(shí)現(xiàn)的技術(shù)特色5雙機(jī)熱備典型組網(wǎng)應(yīng)用5.1雙機(jī)熱備典型組網(wǎng)應(yīng)用（路由模式+主備模式）5.2雙機(jī)熱備典型組網(wǎng)應(yīng)用（路由模式+負(fù)載分擔(dān)模式）5.3雙機(jī)熱備典型組

3、網(wǎng)應(yīng)用（透明模式+負(fù)載分擔(dān)模式）6參考文獻(xiàn)1概述1.1產(chǎn)生背景在當(dāng)前的組網(wǎng)應(yīng)用中，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求越來越高，對(duì)于一些重要的業(yè) 務(wù)入口或接入點(diǎn)（比如企業(yè)的In ternet接入點(diǎn)、銀行的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等）如何 保證網(wǎng)絡(luò)的不間斷傳輸，成為急需解決的一個(gè)問題。如圖1所示，防火墻作為內(nèi)外網(wǎng)的接入點(diǎn)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障便會(huì)導(dǎo)致內(nèi)外網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的全部中 斷。在這種關(guān)鍵業(yè)務(wù)點(diǎn)上如果只使用一臺(tái)設(shè)備的話，無論其可靠性多高，系統(tǒng) 都必然要承受因單點(diǎn)故障而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷的風(fēng)險(xiǎn)。Pnvale retwork1nlemetFR2;1B2 163.2.14圖1單點(diǎn)設(shè)備組網(wǎng)圖 于是，業(yè)界推出了傳統(tǒng)備份組網(wǎng)方案來避免此風(fēng)險(xiǎn)

4、，該方案在接入點(diǎn)部署多臺(tái) 設(shè)備形成備份，通過VRRP或動(dòng)態(tài)路由等機(jī)制進(jìn)行鏈路切換，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備故 障后流量自動(dòng)切換到另一臺(tái)正常工作的設(shè)備。傳統(tǒng)備份組網(wǎng)方案適用于接入點(diǎn)是路由器等轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的情況。因?yàn)榻?jīng)過設(shè)備的 每個(gè)報(bào)文都是查找轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，鏈路切換后，后續(xù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)不受影響。 但是當(dāng)接入點(diǎn)是狀態(tài)防火墻等設(shè)備時(shí)，由于狀態(tài)防火墻是基于連接狀態(tài)的，當(dāng) 用戶發(fā)起會(huì)話時(shí)，狀態(tài)防火墻只會(huì)對(duì)會(huì)話的首包進(jìn)行檢查，如果首包允許通過 則會(huì)建立一個(gè)會(huì)話表項(xiàng)（表項(xiàng)里包括源 IP、源端口、目的IP、目的端口等信 息），只有匹配該會(huì)話表項(xiàng)的后續(xù)報(bào)文（包括返回報(bào)文）才能夠通過防火墻。 如果鏈路切換后，后續(xù)報(bào)文找不到正確的表

5、項(xiàng)，會(huì)導(dǎo)致當(dāng)前業(yè)務(wù)中斷。雙機(jī)熱備解決方案能夠很好的解決這個(gè)問題。在鏈路切換前，對(duì)會(huì)話信息進(jìn)行 主備同步；在設(shè)備故障后能將流量切換到其他備份設(shè)備，由備份設(shè)備繼續(xù)處理 業(yè)務(wù)，從而保證了當(dāng)前的會(huì)話不被中斷。如圖 2所示，在接入點(diǎn)的位置部署兩 臺(tái)防火墻，當(dāng)其中一臺(tái)防火墻發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)流被引導(dǎo)到另一臺(tái)防火墻上繼 續(xù)傳輸，因?yàn)樵诹髁壳袚Q之前已經(jīng)進(jìn)行了數(shù)據(jù)同步，所以當(dāng)前業(yè)務(wù)不會(huì)中斷， 從而提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性及可靠性。H IP.YH I I102.1681圖2雙機(jī)熱備組網(wǎng)圖雙機(jī)熱備可以從兩個(gè)層面去理解：一個(gè)是廣義的雙機(jī)熱備，它是一種解決方 案，用來解決網(wǎng)絡(luò)中的單點(diǎn)故障問題，它通過數(shù)據(jù)同步和流量切換兩個(gè)技術(shù)來

6、 實(shí)現(xiàn)；一個(gè)是狹義的雙機(jī)熱備，它是設(shè)備支持的一個(gè)功能模塊（只實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù) 同步），可以使用對(duì)應(yīng)的 Web頁簽來配置。本文描述的是廣義的雙機(jī)熱備。1.2技術(shù)優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)備份組網(wǎng)方案相比較，雙機(jī)熱備解決方案可以保證當(dāng)前業(yè)務(wù)不會(huì)因?yàn)榉阑饓吸c(diǎn)故障而中斷。雙機(jī)熱備解決方案支持主備和負(fù)載分擔(dān)兩種工作模式，并支持防火墻工 作在路由模式或透明模式，可廣泛適用于各種復(fù)雜的組網(wǎng)需求。防火墻工作在路由模式是指防火墻作為三層設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行；工作在透明模 式是指防火墻作為二層設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行。2雙機(jī)熱備工作模式雙機(jī)熱備解決方案根據(jù)組網(wǎng)情況有兩種工作模式：主備模式和負(fù)載分擔(dān)模式。 在這兩種模式中，設(shè)備的角色根據(jù)是否承擔(dān)流

7、量來決定：有流量經(jīng)過的設(shè)備即 為主設(shè)備，無流量經(jīng)過的設(shè)備即為備份設(shè)備。2.1主備模式主備模式下的兩臺(tái)防火墻，其中一臺(tái)作為主設(shè)備，另一臺(tái)作為備份設(shè)備。主設(shè) 備處理所有業(yè)務(wù)，并將產(chǎn)生的會(huì)話信息傳送到備份設(shè)備進(jìn)行備份；備份設(shè)備不 處理業(yè)務(wù)，只用做備份（如圖 3所示，F(xiàn)irewall 1處理全部業(yè)務(wù)，F(xiàn)irewall 2 用做備份）。當(dāng)主設(shè)備故障，備份設(shè)備接替主設(shè)備處理業(yè)務(wù)，從而保證新發(fā)起 的會(huì)話能正常建立，當(dāng)前正在進(jìn)行的會(huì)話也不會(huì)中斷（如圖 4所示，當(dāng) Firewall 1故障，F(xiàn)irewall 2 接續(xù)處理全部業(yè)務(wù)）。A圖3主備模式下，F(xiàn)irewall 1故障前會(huì)話示意圖圖4主備模式下，F(xiàn)irew

8、all 1故障后會(huì)話示意圖2.2負(fù)載分擔(dān)模式負(fù)載分擔(dān)模式下，兩臺(tái)設(shè)備均為主設(shè)備，都處理業(yè)務(wù)流量，同時(shí)又作為另一臺(tái) 設(shè)備的備份設(shè)備，備份對(duì)端的會(huì)話信息（如圖 5所示，F(xiàn)irewall 1和Firewall 2均處理業(yè)務(wù)，互為備份）。當(dāng)其中一臺(tái)故障后，另一臺(tái)設(shè)備負(fù)責(zé)處理全部業(yè)務(wù)，從而保證新發(fā)起的會(huì)話能正常建立，當(dāng)前正在進(jìn)行的會(huì)話也不會(huì)中斷（如圖4所示，當(dāng)Firewall 1故障，F(xiàn)irewall 2接續(xù)處理全部業(yè)務(wù)）。Trusts At*孌際連接Z很乂趾徑Firewall 1Fireball 7.Untrust >'i圖5負(fù)載分擔(dān)模式下，F(xiàn)irewall 1故障前會(huì)話示意圖3雙機(jī)熱備

9、實(shí)現(xiàn)機(jī)制3.1數(shù)據(jù)同步防火墻設(shè)備需要維護(hù)每條會(huì)話的狀態(tài)等相關(guān)信息，當(dāng)主設(shè)備故障、流量切換到 備份設(shè)備時(shí)，仍然要求備份設(shè)備上有正確的會(huì)話信息才能繼續(xù)處理會(huì)話報(bào)文， 否則會(huì)話報(bào)文會(huì)被丟棄從而導(dǎo)致會(huì)話中斷。因此，主設(shè)備上會(huì)話建立或表項(xiàng)變 化時(shí)需要將相關(guān)信息同步保存到備份設(shè)備，以保證主設(shè)備和備份設(shè)備會(huì)話表項(xiàng) 的完全一致。防火墻能夠同步的信息包括會(huì)話、NAT、ALG、ASPF、黑名單、H.323、SIP、ILS、RTSP、NBT、SQLNET 等。數(shù)據(jù)同步的方式有批量備份和實(shí)時(shí)備份：批量備份：防火墻設(shè)備工作了一段時(shí)間后，可能已經(jīng)存在大量的會(huì)話表 項(xiàng)，此時(shí)加入另一臺(tái)防火墻設(shè)備，在兩臺(tái)設(shè)備上使能雙機(jī)熱備功能

10、后，先運(yùn)行 的防火墻會(huì)將已有的會(huì)話表項(xiàng)一次性同步到新加入的設(shè)備，這個(gè)過程稱為批量 備份。實(shí)時(shí)備份：防火墻在運(yùn)行過程中，可能會(huì)產(chǎn)生新的會(huì)話表項(xiàng)。為了保證 表項(xiàng)的完全一致，防火墻在產(chǎn)生新表項(xiàng)或表項(xiàng)變化后會(huì)及時(shí)備份到另一臺(tái)設(shè) 備，這個(gè)過程稱為實(shí)時(shí)備份。3.2流量切換雙機(jī)熱備解決方案利用 VRRP或動(dòng)態(tài)路由實(shí)現(xiàn)流量的切換，下面將分別進(jìn)行介 紹。通過VRRP實(shí)現(xiàn)流量切換通過VRRP將局域網(wǎng)中的一組設(shè)備配置成一個(gè)備份組，這組設(shè)備在功能上就相 當(dāng)于一臺(tái)虛擬設(shè)備。局域網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)只需要知道這個(gè)虛擬設(shè)備的IP地址，通過這個(gè)虛擬設(shè)備與其它網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。備份組中，僅有一臺(tái)設(shè)備處于活動(dòng)狀態(tài)， 能夠轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，稱為主用設(shè)備

11、（Master ），其余設(shè)備都處于備份狀態(tài)，并隨時(shí) 按照優(yōu)先級(jí)高低做好接替任務(wù)的準(zhǔn)備，稱為備份設(shè)備（Backup ）。當(dāng)發(fā)現(xiàn)主用設(shè)備故障時(shí)，優(yōu)先級(jí)次高的備用設(shè)備會(huì)當(dāng)選為新的Master接替原Master工作，整個(gè)過程對(duì)用戶來說是完全透明的，這就很好的實(shí)現(xiàn)了流量切換。雙機(jī)熱備的工作模式是主備模式還是負(fù)載分擔(dān)模式可以通過組網(wǎng)和VRRP的配置來實(shí)現(xiàn)：主備模式下僅需要配置一個(gè)備份組，不同防火墻在該備份組中擁有不同優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)高的防火墻成為 Master。如圖6中所示，F(xiàn)irewall 1和Firewall 2上創(chuàng)建VRRP備份組1，并配置Firewall 1的優(yōu)先級(jí)高于Firewall2。Host

12、A和Host B的缺省網(wǎng)關(guān)設(shè)為備份組1的虛擬IP地址 。以此實(shí)現(xiàn)Firewall 1能正常工作的情況下，F(xiàn)irewall 1承擔(dān) Host A和Host B的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，F(xiàn)irewall 2是Backup且處于就緒監(jiān)聽狀態(tài)。 如果Firewall 1 發(fā)生故障，則Firewall 2 成為新的Master，繼續(xù)為Host A 和 Host B提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)。衿的尹ITBackupT7?.1?.1 _JQO?4Most 離IP 172. U.1 10/24刖：H珈BIP： 17Z 1? 1 »26-24百界浄町：1圖6通過VRRP功能實(shí)現(xiàn)流量切換示意圖（主備模式）負(fù)載分擔(dān)模式需要配置兩個(gè)備

13、份組，通過配置保證一臺(tái)防火墻是備份組1的Master，另一臺(tái)防火墻是備份組 2的Master。如圖7所示，F(xiàn)irewall 1 和Firewall 2上均創(chuàng)建VRRP備份組1和備份組2，并配置在備份組1上Firewall 1的優(yōu)先級(jí)高于Firewall 2，在備份組2上Firewall 2的優(yōu)先級(jí)高于Firewall 1。Host A的缺省網(wǎng)關(guān)設(shè)為備份組1的虛擬IP地址，Host B的缺省網(wǎng)關(guān)設(shè)為備份組2的虛擬IP地址 。以此實(shí)現(xiàn)Firewall 1能正常工作的情況下，Host A的報(bào)文 通過Firewall 1 轉(zhuǎn)發(fā)，Host B的報(bào)文通過Firewall 2 轉(zhuǎn)發(fā)，F(xiàn)irewall 1和F

14、irewall 2分擔(dān)處理內(nèi)網(wǎng)的報(bào)文流量，同時(shí)又互為備份，監(jiān)聽對(duì)方的狀態(tài)。如果Firewall 1發(fā)生故障，則Firewall 2 成為備份組1的Master，Host A 和 Host B的報(bào)文均通過 Firewall 2 轉(zhuǎn)發(fā)。ipwjlPubliic networkfirewall 2GECIGEOJMaster$<tu3l IP 少曲百"：BackupBackupUrniEl iPadWE&fi：Master172.17.1 _JU 1.04*72.17 1 j0tk2J21K-nj( 0g訊州砒 i72.ir.i a)n圖7通過VRRP功能實(shí)現(xiàn)流量切換（負(fù)載分

15、擔(dān)）322通過動(dòng)態(tài)路由實(shí)現(xiàn)流量切換如果網(wǎng)絡(luò)中不同網(wǎng)段的兩臺(tái)設(shè)備 A到B之間有多條通路，動(dòng)態(tài)路由協(xié)議會(huì)使用 算法選取最優(yōu)的一條路徑作為 A到B的路由。當(dāng)這條通路故障，路由協(xié)議會(huì)從 剩余的可用通路中選擇最優(yōu)的一條作為新的路由，如果故障路由恢復(fù)，則又會(huì) 重新啟用原路由，從而動(dòng)態(tài)的保證 A與B之間的連通。雙機(jī)熱備的工作模式是主備模式還是負(fù)載分擔(dān)模式可以通過組網(wǎng)和動(dòng)態(tài)路由的 配置來實(shí)現(xiàn)（以下以O(shè)SPF為例）：主備模式只有一臺(tái)防火墻處于工作狀態(tài)，另一臺(tái)防火墻處于備份狀態(tài)。如圖 8 所示，Router A、Router B、Firewall 1 和 Firewall 2 上均配置 OSPF 功能，處于同一個(gè)

16、 OSPF域，在Router A 和Router B上都配置Ethernet1/1 的 cost 值小于 Ethernet1/2 的。這樣，路徑 Router A< >Firewall 1< >Router B 的優(yōu)先級(jí)會(huì)高于路徑 Router A< >Firewall 2< >Router B，當(dāng) Firewall 1能正常工作的情況下，內(nèi)網(wǎng)發(fā)往外網(wǎng)的報(bào)文都會(huì)通過Firewall 1轉(zhuǎn)發(fā)；當(dāng)Firewall 1發(fā)生故障，OSPF會(huì)啟用次優(yōu)路由，內(nèi)網(wǎng)發(fā)往外網(wǎng)的報(bào)文會(huì) 通過Firewall 2 轉(zhuǎn)發(fā)。負(fù)載分擔(dān)模式下兩臺(tái)防火墻處于工作狀態(tài)并互為備份。

17、如圖8所示，Router A、Router B、Firewall 1 和 Firewall 2 上均配置 OSPF 功能，處于同 一個(gè)OSPF域，在Router A和Router B上都配置至少允許兩條等價(jià)路由。因 為 Router A< >Firewall 1< >Router B 這條路由與 Router A< >Firewall 2< >Router B 優(yōu)先級(jí)一樣，所以，當(dāng) Firewall 1、Firewall 2 能正常工作的情況下，F(xiàn)irewall 1和Firewall 2分擔(dān)處理內(nèi)網(wǎng)發(fā)往外網(wǎng)的報(bào)文； 當(dāng)Firewall 1發(fā)生故障

18、，則Firewall 2會(huì)處理內(nèi)網(wǎng)發(fā)往外網(wǎng)的全部報(bào)文。圖8通過OSPF功能實(shí)現(xiàn)流量切換3.3應(yīng)用限制雙機(jī)熱備只支持兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行備份。雙機(jī)熱備的兩臺(tái)設(shè)備要求硬件配置和軟件版本一致，并且要求接口卡的 型號(hào)與所在的槽位一致，否則會(huì)出現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備備份過去的信息，在另一臺(tái)設(shè)備 上無法識(shí)別，或者找不到相關(guān)物理資源，從而導(dǎo)致流量切換后報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)出錯(cuò)或 者失敗。雙機(jī)熱備只支持?jǐn)?shù)據(jù)同步，不支持配置同步。所以在一端進(jìn)行某些配置 時(shí)，比如配置接口類型、接口允許通過的 VLAN等，需要手工在對(duì)端也進(jìn)行相 應(yīng)的配置。4 H3C實(shí)現(xiàn)的技術(shù)特色互為備份的兩臺(tái)防火墻只負(fù)責(zé)會(huì)話信息備份，保證流量切換后會(huì)話連接 不中斷。而流量的切換

19、則依靠傳統(tǒng)備份技術(shù)（如VRRP、動(dòng)態(tài)路由）來實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用靈活，能適應(yīng)各種組網(wǎng)環(huán)境。使用專有的備份鏈路口進(jìn)行會(huì)話信息的備份，該備份鏈路口不作數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 發(fā)，從而保障了備份的高可靠性及高性能。5雙機(jī)熱備典型組網(wǎng)應(yīng)用5.1雙機(jī)熱備典型組網(wǎng)應(yīng)用（路由模式+主備模式）Firewall 1和Firewall 2 是用戶網(wǎng)絡(luò)連接公有網(wǎng)絡(luò)的入口點(diǎn)， Firewall 1 和 Firewall 2工作在路由模式?，F(xiàn)要求實(shí)現(xiàn) Firewall 1能正常工作的情況下，Host A 和 Host B 通過 Firewall 1 訪問 Server 1。當(dāng) Firewall 1 故障，Host A 和 Host B 通過 F

20、irewall 2 訪問 Server 1，并且 Host A、Host B 和 Server 1 的當(dāng)前會(huì)話不會(huì)被中斷。這個(gè)需求可以通過在Firewall 1和Firewall 2上配置VRRP備份組1和備份組 2 （備份組1用來監(jiān)控下行鏈路，備份組2用來監(jiān)控上行鏈路），并使能數(shù)據(jù) 同步功能來實(shí)現(xiàn)。L2 switch Aip 1 r- r n 1 nrBackupGE1Qi on o.o.zoo'.'zjGEK3Fig歸I 1G E D.'lFiru關(guān) 12nrr；.-Gbl .z17217 1.1DL2IBackupVirtual IP addta 伍172.17-

21、1.2UU<2-tL2 switch BL2 swilchChlfflt AIP: ITC.IF.t 10/24Gateway: 172.1M JOOMM；t SIP: 172.17.1.12»i2<Sattwiy: l72.17.l.?Ctt圖9雙機(jī)熱備典型組網(wǎng)圖（通過 VRRP功能實(shí)現(xiàn)流量切換）5.2雙機(jī)熱備典型組網(wǎng)應(yīng)用（路由模式+負(fù)載分擔(dān)模式）Firewall 1和Firewall 2 是用戶網(wǎng)絡(luò)連接公有網(wǎng)絡(luò)的入口點(diǎn)，F(xiàn)irewall 1 和Firewall 2工作在路由模式?，F(xiàn)要求實(shí)現(xiàn)Firewall 1能正常工作的情況下，Host A 通過 Firewall 1

22、 訪問 Server 1 , Host B 通過 Firewall 2 訪問 Server1, Firewall 1和Firewall 2分擔(dān)處理內(nèi)網(wǎng)的報(bào)文流。當(dāng) Firewall 1故障時(shí)， Host A 和 Host B 通過 Firewall 2 訪問 Server 1，并且 Host A、Host B 和 Server 1的當(dāng)前會(huì)話不會(huì)被中斷。這個(gè)需求可以通過在 Router A、Router B、Router C、Router D、Firewall 1 和Firewall 2 上配置OSPF，并在Firewall 1和Firewall 2 上使能數(shù)據(jù)同步功 能來實(shí)現(xiàn)。OSPFSarw&r 101GE恠ZD2.1QQ 1.14Renter C2Q2.i0a.l.'0C 24XI心2D?儷1,沖4Router D172.17.2.1617Z