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NAT雙機熱備份方案的設(shè)計與實現(xiàn)

2014-10-21 14:47:51耿飛
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年31期
關(guān)鍵詞:實現(xiàn)方案設(shè)計

摘 要:NAT是為了延緩IPv4地址耗盡而推出的技術(shù),它和它的穿越技術(shù)結(jié)合滿足了大部分IPv4用戶的需求,延長了IPv4的生命周期,最大限度的推遲了IPv6時代的到來。實際組網(wǎng)中,若通過單臺設(shè)備進行NAT轉(zhuǎn)換,一旦發(fā)生單點故障,就會導致網(wǎng)絡(luò)不通。因此在重要的節(jié)點一般都部署兩臺或多臺設(shè)備通過VRRP或動態(tài)路由等機制進行鏈路切換,構(gòu)成NAT冗余備份組網(wǎng),實現(xiàn)設(shè)備間的實時數(shù)據(jù)備份,當一臺設(shè)備故障后,流量自動切換到另一臺設(shè)備上,同時實現(xiàn)NAT功能和規(guī)避單點故障的雙機熱備份功能,提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

關(guān)鍵詞:NAT;雙機熱備份;方案;設(shè)計;實現(xiàn)

1 利用VRRP實現(xiàn)流量切換

虛擬路由冗余協(xié)議(Virtual Router Redundancy Protocol,簡稱VRRP)是由IETF提出的,用來解決局域網(wǎng)中配置靜態(tài)網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)單點失效現(xiàn)象的路由協(xié)議,廣泛應(yīng)用在邊緣網(wǎng)絡(luò)中。它是一種選擇協(xié)議,可以把一個虛擬路由器的責任動態(tài)分配到局域網(wǎng)上的另一臺VRRP路由器中??刂铺摂M路由器IP地址的VRRP路由器稱為主路由器, 一旦主路由器不可用,動態(tài)的故障轉(zhuǎn)移機制就允許虛擬路由器的IP地址作為終端主機的默認第一跳路由。它是一種路由容錯協(xié)議,也可以叫做備份路由協(xié)議。一個局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有主機都設(shè)置缺省路由,當網(wǎng)內(nèi)主機發(fā)出的目的地址不在本網(wǎng)段時,報文將被通過缺省路由發(fā)往外部路由器,從而實現(xiàn)主機與外部網(wǎng)絡(luò)的通信。當缺省路由器down掉(即端口關(guān)閉)之后,內(nèi)部主機將無法與外部通信,如果路由器設(shè)置了VRRP時,那么這時,虛擬路由將啟用備份路由器,從而實現(xiàn)全網(wǎng)通信。

通過VRRP將網(wǎng)絡(luò)中的一組設(shè)備配置成一個備份組,這組設(shè)備在功能上就相當于一臺虛擬設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)中的主機只需要知道這個虛擬設(shè)備的IP地址,通過這個虛擬設(shè)備與其它網(wǎng)絡(luò)進行通信。備份組中,僅有一臺設(shè)備處于活動狀態(tài),能夠轉(zhuǎn)發(fā)報文,稱為主用設(shè)備(Master),其余設(shè)備都處于備份狀態(tài),并隨時按照優(yōu)先級高低做好接替任務(wù)的準備,稱為備份設(shè)備(Backup)。當發(fā)現(xiàn)主用設(shè)備故障時,優(yōu)先級高的備用設(shè)備會當選為新的Master 接替原Master 工作,整個過程對用戶來說是完全透明的,這就很好的實現(xiàn)了流量切換。

3 NAT與雙機熱備份組合中注意的問題分析

3.1 地址池的優(yōu)先級屬性配置

當雙機熱備的兩臺設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中還需要完成NAT功能時,兩臺設(shè)備上配置的NAT地址池的地址空間必須完全一樣,這樣才能保證在一臺設(shè)備發(fā)生故障時,另一臺設(shè)備能夠接替故障設(shè)備上的業(yè)務(wù)運行。但是如果兩臺設(shè)備在做地址轉(zhuǎn)換時,分別從各自的地址池中選用了相同的地址,且分配了相同的端口號,則會導致兩臺設(shè)備上的反向會話完全一樣,無法進行會話數(shù)據(jù)的備份。

為解決該問題,NAT 地址池引入了低優(yōu)先級屬性。在雙機熱備的兩臺設(shè)備上配置地址空間相同但優(yōu)先級不同的地址池。例如在兩臺設(shè)備上均配置地址池100.0.0.1到100.0.0.10,其中一臺設(shè)備上的100.0.0.1到100.0.0.10 地址池為低優(yōu)先級。在進行地址轉(zhuǎn)換時,低優(yōu)先級NAT地址池中地址的端口取值范圍為35001~65535,高優(yōu)先級地址池中地址的端口取值范圍為1024~35000。這樣主備兩臺防火墻雖然使用相同的NAT地址池中的地址,但是由于地址池的優(yōu)先級不同,所以NAT 轉(zhuǎn)換后公網(wǎng)IP和公網(wǎng)端口就不會出現(xiàn)完全相同的情況了,在備份會話數(shù)據(jù)時就不會發(fā)生沖突。

3.2 配置低優(yōu)先級不響應(yīng)ARP請求

在特定組網(wǎng)條件下,雙機熱備支持NAT的兩臺設(shè)備還可能會發(fā)生ARP響應(yīng)沖突的情況。如圖2所示,F(xiàn)irewall 1和Firewall 2上均配置了NAT地址池100.0.0.1到100.0.0.10,當Router發(fā)起ARP請求,詢問這兩個地址池中的某個地址(如100.0.0.2)時,F(xiàn)irewall 1和Firewall 2都會收到這個ARP請求,并識別出這是自己地址池中的地址。兩臺設(shè)備都會回復(fù)一個ARP 響應(yīng),導致ARP 響應(yīng)沖突。

為解決上述問題,NAT 地址池引入了新的地址池 ARP 響應(yīng)機制,即可以設(shè)置低優(yōu)先級的地址池在設(shè)備的熱備狀態(tài)處于同步狀態(tài)時不響應(yīng)ARP請求,從而保證不會出現(xiàn)ARP響應(yīng)沖突。

4 結(jié)束語

NAT的雙機熱備份方案,解決了IPv4地址短缺問題的同時也很好的提高了組網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性,拓展了NAT的應(yīng)用場景,為NAT在多種環(huán)境下的應(yīng)用提供了解決方案。

參考文獻

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作者簡介:耿飛(1981,1-),男,江蘇徐州,學歷:本科,學位:碩士,職稱:講師,江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學院信息工程系,研究方向:網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)。

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