华为防火墙实现双机热备配置详解,附案例

华为防火墙实现双机热备配置详解，附案例一提到防火墙，一般都会想到企业的边界设备，是内网用户与互联网的必经之路。

防火墙承载了非常多的功能，比如：安全规则、IPS、文件类型过滤、内容过滤、应用层过滤等。

也正是因为防火墙如此的重要，如果防火墙一旦出现问题，所有对外通信的服务都将中断，所以企业中首先要考虑的就是防火墙的优化及高可用性。

本文导读一、双机热备工作原理二、VRRP协议三、VGMP协议四、实现防火墙双机热备的配置一、双机热备工作原理在企业中部署一台防火墙已然成为常态。

如何能够保证网络不间断地传输成为网络发展中急需解决的问题！企业在关键的业务出口部署一台防火墙，所有的对外流量都要经过防火墙进行传输，一旦防火墙出现故障，那么企业将面临网络中断的问题，无论防火墙本身的性能有多好，功能有多么强大。

在这一刻，都无法挽回企业面临的损失。

所以在企业的出口部署两台防火墙产品，可以在增加企业安全的同时，保证业务传输基本不会中断，因为两台设备同时出现故障的概率非常小。

经过图中右边的部署，从拓补的角度来看，网络具有非常高的可靠性，但是从技术的角度来看，还需解决一些问题，正因为防火墙和路由器在工作原理上有着本质的区别，所以防火墙还需一些特殊的配置。

左图，内部网络可以通过R3→R1→R4到达外部网络，也可以通过R3→R2→R4到达，如果通过R3→R1→R4路径的cost（运行OSPF协议）比较小，那么默认情况，内部网络将通过R3→R1→R4到达外部网络，当R1设备损坏时，OSPF将自动收敛，R3将通过R2转发到达外部网络。

右图，R1、R2替换成两台防火墙，默认情况下，流量将通过FW1进行转发到达外部网络，此时在FW1记录着大量的用户流量对应的会话表项内容，当FW1损坏时，通过OSPF收敛，流量将引导FW2上，但是FW2上没有之前流量的会话表，之前传输会话的返回流量将无法通过FW2，而会话的后续流量需要重新经过安全策略的检查，并生成会话。

这就意味着之前所有的通信流量都将中断，除非重新建立连接。

在双机热备环境中，要求如下：（1）两台防火墙用于心跳线的接口加入相同的安全区域；（2）两台防火墙用于心跳线的接口的设备编号必须一致，比如都是G1/0/0；（3）建议用于双机热备的两条防火墙采用相同的型号、相同的VRP版本；华为防火墙的双机热备包含以下两种模式：•热备模式：**同一时间只用一台防火墙转发数据包，其他防火墙不转发数据包，但是会同步会话表及Server-map表；•负载均衡模式：**同一时间，多台防火墙同时转发数据，但每个防火墙又作为其他防火墙的备用设备，即每个防火墙即是主用设备也是备用设备，防火墙之间同步会话表及Server-map表；华为防护墙的热备模式和负载均衡模式如图：二、VRRP协议在双机热备技术中，即使选举出了主用设备和备用设备，默认情况下流量也通过主用设备转发，而备用设备处于备份状态。

但是客户机通常通过指定网关地址来指定网络出口，当客户机将网关指向主用设备时，流量自然从主用设备转发，但是当主用设备故障时，客户机并不会将网关自动指向备用设备，所以即使双机热备本身可以切换、客户机依然无法正常通信。

所以要保证双机热备可以正常工作，还需解决客户机网关自动切换的问题。

而VRRP技术可以解决网关自动切换的问题，甚至还能让设备切换对客户机而言是透明的。

在华为防火墙的双机热备技术中，VRRP是非常重要的一个组成部分。

01（1）VRRP协议概述VRRP（虚拟路由冗余协议）由IETF进行维护。

用来解决网关单点故障的路由协议。

VRRP可以应用在路由器中提供网关冗余，也可以用在防火墙中做双击热备。

VRRP的基本概念如下：（1）VRRP路由器：运行VRRP协议的路由器；（2）虚拟路由器：由一个主用路由器和若干备用路由器组成的一个备份组，一个备份组对客户机提供一个虚拟网关；（3）VRID：Virtual Router ID，虚拟路由器标识，用来唯一的表识一个备份组；（4）虚拟IP地址：提供给客户端的网关IP地址，也是分配给虚拟路由器的IP地址，在所有的VRRP中配置，只有主用设备提供该IP地址的ARP 响应；（5）虚拟MAC地址：基于VRID生成的用于VRRP的MAC地址，在客户端通过ARP协议解析网关的MAC地址时，主用路由器提供该MAC地址；（6）IP地址拥有者：若将虚拟路由器的IP地址配置为某个成员物理接口的真是IP地址，那么该成员被称为IP地址拥有者；（7）优先级：用于表示VRRP路由器的优先级，并通过每个VRRP路由器的优先级选举主用设备及备用设备；（8）抢占模式：在抢占模式下，如果备用路由器的优先级高于备份组中的其他路由器（包括当前的主用路由器），将立即成为新的主用路由器；（9）非抢占模式：在非抢占模式下，如果备用路由器的优先级高于备份组中的其他路由器（包括当前的主用路由器），则不会立即成为主用路由器，直到下一次公平选举（如断电、设备重启等）；VRRP的工作原理与Cisco设备基本相同，只有一些细节上的一些区别，如图：02VRRP的角色工作在VRRP模式下的路由器有两种角色，分别是：Master路由器：正常情况下由Master路由器负责ARP响应及提供数据包的转发，并且默认每隔1s向其他路由器通告Master路由器当前的状态信息；Backup路由器：是Master路由器的备用路由器，正常情况下不提供数据包的转发，当Master路由器故障时，在所有的Backup路由器中优先级最高的路由器将成为新的Master路由器，接替转发数据包的工作，从而保证业务不间断；03VRRP的状态机VRRP定义了三种工作状态，如下：Initialize状态：刚配置VRRP时的初始状态。

该状态下，不对VRRP报文做任何处理，当接口shutdown或接口故障时将进入该状态；Master状态：当前设备选举成为主用路由器时的一种状态。

该状态下会转发业务报文，并周期性地发送VRRP通告报文，处于该状态的路由器还将响应客户机发起的ARP请求，并将虚拟MAC地址回应客户机。

当接口关闭时，将立即切换至Initialize状态；Backup状态：当前设备选举成为备用路由器的一种状态。

该状态下不转发任何业务报文，工作在该状态下的路由器会接收主用路由器发送的VRRP通告报文，并判断主用路由器是否正常工作。

在双机热备模式中还将同步主用设备上的状态信息；三种状态之间的切换关系如图：Initialize状态是VRRP的初始状态，当接口shutdown时，无论路由器处于Master状态还是Backup状态，都将立即切换至Initialize状态；当路由器配置IP地址拥有者时，其优先级默认为255，此时路由器直接由Initialize状态切换至Master状态；当路由器不是IP地址拥有者时，其优先级< 255，此时路由器直接由Initialize状态切换至Backup状态；处于Master状态的路由器如果收到优先级更大的VRRP报文，将由Master状态切换至Backup状态，而Backup状态的路由器如果收到一个优先级更大或者本地优先级相等的报文（通常是由Master路由器发出），将重置Master_DOWN_Interval计时器，如果一直没有接收到Master路由器发送的VRRP通过报文，待Master_DOWN_Interval计时器超时后，将由Backup状态切换至Master状态。

注意：除非手工将路由器配置为IP地址拥有者（优先级=255），否则VRRP的状态切换总是先经历Backup状态，即时路由器的优先级最高，也需要从Backup状态过渡到Master状态。

此时Backup状态只是一个瞬间的过渡状态。

04VRRP的工作原理VRRP选举Master路由器和Backup路由器的流程如下：首先选举优先级高的设备成为Master路由器，如果优先级相同，再比较接口的IP地址大小，IP地址大（数值大）的设备将成为Master路由器，而备份组中其他的路由器将成为Backup路由器。

VRRP中的默认接口优先级值为100，取值范围为0~255。

其中优先级0是系统保留，优先级255保留给IP地址拥有者，IP地址拥有者不需要配置优先级，优先级默认是255。

VRRP的工作原理如图：故障切换过程：默认情况下，Master设备（FW1）会周期性（每1s）地向Backup设备发送VRRP通告，而Backup设备每次收到VRRP通告，就将Master_DOWN_Interval计时器重置为0。

当Master设备出现故障，无法发出VRRP通告报文时，Backup设备将无法接收到VRRP，在Master_DOWN_Interval超时后，将直接由Backup状态切换为Master状态，FW2代替FW1成为新的Master设备。

同时会向下游交换机发出免费ARP报文，以更新下游交换机的MAC地址表。

而后续客户机发起的针对虚拟IP的ARP请求报文，FW2将直接代为回应，客户机发出的报文也将由FW2转发，而这一切变化对客户机而言都是透明的。

因为虚拟IP地址仍然可用！当FW1解决故障恢复正常运行时，因为FW1的优先级配置比FW2高，在抢占模式下，其将直接成为Master设备，而FW2再次回到Backup状态；在非抢占模式下，FW2依然是Master设备，而FW1成为Backup设备。

建议：当Master设备和Backup设备性能相差不大，同时网络规模较大时，建议配置为非抢占模式，因为这样可以减少网络的波动。

三、VGMP协议VGMP的工作原理1如果仅仅使用双机热备+VRRP就会出现以下情况：造成以下现象的原因是两个VRRP备份组各自独立工作，，那么有没有什么办法可以使两个备份组协同工作，以保证设备在两个备份组的状态一致性呢？就需要使用到——VGMP协议。

VGMP（VRRP组管理协议）用来实现VRRP备份组的统一管理，以保证设备在各个备份组中的状态一致性。

VGMP通过在设备（FW1和FW2）上将所有的备份组（备份组1和备份组2）加入一个VGMP组中进行统一管理，一旦检测到某个备份组（备份组1）中的状态变化（如接口进入Initialize状态），VGMP组将自身优先级减2，并重新协商VGMP的Active组和Standby组。

选举出的Active组将所有的其他备份组（备份组1和备份组2）统一进行状态切换（备份组1和备份组2中的FW2将成为Master设备）。

VGMP的工作原理：VGMP组的状态决定了VRRP备份组的状态，即设备的角色（如Master和Backup）不再通过VRRP报文选举，而是直接通过VGMP统一管理；VGMP组的状态通过比较优先级决定，优先级高的VGMP组将成为Active，优先级低的VGMP组将成为Standby；默认情况下，VGMP组的优先级为45000；VGMP根据组内VRRP备份组的状态自动调整优先级，一旦检测到备份组的状态变成Initialize状态，VGMP组的优先级会自动减2；通过心跳线协商VGMP状态信息；VGMP的工作原理如图：注意：在加入了VGMP组之后，VRRP中的状态标识从Master和Backup变成Active和Standby。