练习时长两年半的双机热备

1.双机热备技术产生的背景

• 传统的组网方式如下左图所示，内部用户和外部用户的交互报文全部通过防火墙A。如果防火墙A出现故障，内部网络中所有以防火墙A作为默认网关的主机与外部网络之间的通讯将中断，通讯可靠性无法保证。
• 防火墙作为安全设备，一般会部署在需要保护的网络和不受保护的网络之间，即位于网络边界上。在网络边界上，如果仅仅使用一台防火墙设备，无论其可靠性多高，系统都可能会承受因为单点故障而导致网络中断的风险。为了防止一台设备出现意外故障而导致网络业务中断，可以采用两台防火墙形成双机备份。
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2.基于VRRP的路由器冗余部署方案

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）是一种容错协议，它保证当主机的下一跳路由器（默认网关）出现故障时，由备份路由器自动代替出现故障的路由器完成报文转发任务，从而保持网络通信的连续性和可靠性。同一VRRP备份组内的路由器有两种角色：Master设备（活动状态）、Backup设备（备份状态）。

VRRP在多区域防火墙组网中的应用 

为防火墙上多个区域提供双机备份功能时，需要在每一台防火墙上配置多个VRRP备份组。

VRRP在防火墙应用中存在的缺陷 

传统VRRP方式无法实现主、备用防火墙状态信息和多组VRRP状态的一致性。

VGMP基本原理 (1) 

为了保证所有VRRP备份组切换的一致性，在VRRP的基础上进行了扩展，推出了VGMP（VRRP组管理协议）来弥补此局限。将同一台防火墙上的多个VRRP备份组都加入到一个VGMP管理组，由管理组统一管理所有VRRP备份组的状态，来保证管理组内的所有VRRP备份组状态都是一致的。

• 防火墙VGMP组状态分为三类：Load-balance、Active、Standby；
• 防火墙VGMP组通过发送VGMP报文通告自身运行状态，从而根据Hello优先级决定主备设备，主设备VGMP组的状态为Active，备设备VGMP组的状态为Standby；
• 当防火墙上的VGMP组为Active/Standby状态时，组内所有VRRP备份组的状态统一为Active/Standby状态。
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 VGMP基本原理 (2)

当故障发生时，VGMP统一切换VRRP备份组1与VRRP备份组2的状态。当VGMP组状态为Active时，VRRP备份组的状态都是Master；当VGMP组状态为Standby时，VRRP备份组的状态都是Backup；

VGMP组管理 

状态一致性管理

• VGMP管理组控制所有的VRRP备份组统一切换，VRRP备份组加入到管理组后状态不能单独切换。

抢占管理

• 当原来出现故障的主设备故障恢复时，其VGMP管理组优先级也会恢复，此时可以重新将自己的VGMP管理组状态抢占为主；
• 当VRRP备份组加入到VGMP管理组后，备份组上原来的抢占功能将失效，抢占行为发生与否必须由VGMP管理组统一决定。

通道管理

• 所谓通道管理，就是为了确定双机热备的两台防火墙之间有哪些接口是可用的，VGMP、HRP模块将自动选用可用的接口来发送VGMP、HRP报文。

HRP基本概念

HRP（Huawei Redundancy Protocol）协议，用来实现防火墙双机之间状态信息和关键配置命令的动态备份。

备份方向

• 支持备份的配置命令默认只能在配置主设备上执行，这些命令会自动备份到备设备上。例如，安全策略配置命令、NAT策略配置命令等；
• 主备备份组网中，只有主设备会处理业务，主设备上生成业务表项，并向备设备备份。负载分担组网中，两台防火墙都会处理业务，都会生成业务表项并向对端设备备份。

备份通道

• 配置和状态数据需要网络管理员指定备份通道接口进行备份。一般情况下，在两台设备上直连的端口作为备份通道，有时也称为“心跳线”（VGMP也通过该通道进行通信）。
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配置备份与状态信息备份 

为了让两台设备故障切换时业务能平滑切换，两台设备间需要备份配置和状态信息。

HRP心跳线 

双机热备组网中，心跳线是两台防火墙交互消息了解对端状态、备份配置命令和各种表项的通道。

• 心跳线两端的接口通常被称之为“心跳接口”；
• 心跳接口可以是一个物理接口（GE接口），或者多个物理接口捆绑成的一个逻辑接口（Eth-Trunk）。

 心跳接口的状态

防火墙双机热备主备备份应用场景 

应用场景

• 主要应用于对可靠性要求较高场景，如企业办公场景，为提升网络可靠性，可在企业网络出口部署两台防火墙构成双机热备的组网。综合考虑业务需求，双机热备采用主备模式。

配置分析

• 防火墙VGMP状态：防火墙A为主设备，VGMP状态为Active；
• 防火墙B为备设备，VGMP状态为Standby；
• VRRP 备份组：防火墙下游配置VRRP备份组1 ，防火墙上游配置VRRP备份组2；VRRP备份组1和2设置防火墙A为Master，VRRP备份组1和2设置防火墙B为Backup；
• 备份方式：默认情况下，双机热备采用自动备份方式；
• 备份接口：防火墙GE0/0/1接口为心跳口，所连接的线路为心跳线；
• 抢占：默认开启，默认抢占时延为60s。

防火墙双机热备主备备份工作流程 

• 防火墙主备状态：防火墙A为主设备，VGMP状态为Active，VRRP备份组1和2状态为Matser；防火墙B为备设备，VGMP状态为Standby，VRRP备份组1和2状态为Backup；
• 配置与状态备份：防火墙A的配置与状态信息通过心跳线实时备份到防火墙B；
• 流量转发路径：防火墙A向交换机A和交换机C发送免费ARP报文，刷新交换机的MAC地址表。当主机A访问Internet时，首先通过ARP查询网关MAC地址（即查询VRRP Virtual IP的MAC地址），防火墙A回应VRRP Virtual MAC，主机A向交换机A发送业务报文，交换机A根据MAC表转发流量到防火墙A，防火墙A再转发到Internet。返程同理。

 防火墙双机热备主备切换 (1)

业务口/业务线路故障

• 如图所示，防火墙A的业务口/所连业务线出现故障时，防火墙A的VGMP组优先级降低，发送VGMP请求报文；
• 防火墙B收到对端发送的VGMP请求报文后，与自己的VGMP组优先级进行比较，发送VGMP应答报文；
• 防火墙A收到回应报文，将VGMP组状态切换为Standby，防火墙A上的VRRP备份组1和备份组2则切换状态为Backup；
• 防火墙B将VGMP组状态切换为Active，防火墙B上的VRRP备份组1和备份组2则切换状态为Master。由防火墙B向交换机B和D发送免费ARP报文。

 防火墙双机热备主备切换 (2)

整机故障

• 防火墙A出现整机故障，不再发送HRP Hello报文，防火墙B五个报文周期没有收到对端发送的HRP Hello报文，则防火墙B切换为主设备，VGMP状态为Active，防火墙B上的VRRP备份组1和备份组2则切换状态为Master。

 防火墙双机热备主备切换 (3)

心跳线故障

• 心跳线出现故障，防火墙B五个报文周期没有收到对端发送的HRP Hello报文，则防火墙B切换为主设备，VGMP状态为Active，防火墙B上的VRRP备份组1和备份组2则切换状态为Master。此时出现双主现象。

防火墙双机热备主备切回切

• 防火墙A故障恢复后，此时VGMP组优先级恢复，在等待60s后，发送VGMP请求报文；
• 防火墙B收到VGMP请求报文后，与自己的VGMP组优先级进行比较，发现对端的优先级较高或相等（相等时查看VGMP的配置），则回应VGMP应答报文，同时将自己的VGMP组状态切换为Standby，VRRP备份组1和2状态切换为Backup；
• 防火墙A收到回应报文后，将自己的VGMP状态切换为Active，VRRP备份组1和2状态切换为Master。