pfSensebook之高可用性集群(HA)-創(chuàng)新互聯(lián)

高可用性集群

• pfsync概述

  

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• pfSense XML-RPC配置同步概述

• 冗余配置示例

• HA與多WAN

• 驗證故障轉(zhuǎn)移功能

• 提供無NAT的冗余

• 第2層冗余

• 高可用與橋接

• 使用IP別名減少心跳流量

• 接口

• 故障排查

pfSense的高可用性通過以下特性的組合來實現(xiàn)：

• CARP用于IP地址冗余

• XMLRPC用于配置同步

• pfsync用于狀態(tài)表同步

通過這種配置，單元充當“主動/被動”群集，主節(jié)點作為主單元，輔助節(jié)點作為備用角色，如果主節(jié)點發(fā)生故障，則會根據(jù)需要接管。

雖然經(jīng)常被錯誤地稱為“CARP群集”，但由于CARP只是pfSense實現(xiàn)高可用性的幾種技術(shù)之一，因此兩個或多個冗余pfSense防火墻更適合稱為“高可用性群集”或“HA群集”，未來的CARP可以交換為不同的冗余協(xié)議。

每個群集節(jié)點上的一個接口將專門用于同步任務。這個接口通常稱為“Sync”接口，用于配置同步和pfsync狀態(tài)同步。任何可用的接口都可以用于“Sync”。

注意

有人稱之為“CARP”接口，這是不正確的，而且非常具有誤導性。 CARP心跳發(fā)生在與CARP VIP的每個接口上; CARP流量和故障轉(zhuǎn)移操作不使用Sync接口。

最常見的高可用性群集配置僅包含兩個節(jié)點。 群集中有更多的節(jié)點也是可以的，但它們顯然不具有特別的優(yōu)勢。

區(qū)分三種功能（IP地址冗余，配置同步和狀態(tài)表同步）非常重要，因為它們發(fā)生在不同的地方。 配置同步和狀態(tài)同步發(fā)生在同步接口上，直接在防火墻單元之間進行通信。 CARP心跳在每個接口上與CARP VIP一起發(fā)送。 故障轉(zhuǎn)移信號不會發(fā)生在同步接口上，而是發(fā)生在每個啟用CARP的接口上。

CARP 概述

共用地址冗余協(xié)議（CARP）由OpenBSD開發(fā)人員創(chuàng)建，作為免費的開放式冗余解決方案，用于在一組網(wǎng)絡設備之間共享IP地址。在此之前已經(jīng)有類似的解決方案，主要是IETF虛擬路由器冗余協(xié)議（VRRP）標準。然而，思科聲稱VRRP已經(jīng)被它的熱備用路由器協(xié)議（HSRP）的專利覆蓋，并告知OpenBSD開發(fā)人員它將執(zhí)行其專利權(quán)利。因此，OpenBSD開發(fā)人員創(chuàng)建了一個新的免費開放協(xié)議，在不侵犯思科專利的情況下實現(xiàn)基本相同的效果。 CARP于2003年10月在OpenBSD上投入使用，后來又被添加到FreeBSD中。

CARP類型虛擬IP地址（VIP）在群集的節(jié)點之間共享。一個節(jié)點是主節(jié)點，接收IP地址的流量，其他節(jié)點保持備份狀態(tài)并監(jiān)視心跳，以查看并確認主節(jié)點發(fā)生故障時是否需要承擔主節(jié)點角色。由于一次只有一個群集成員正在使用IP地址，因此CARP VIP不會發(fā)生IP地址沖突。

為了使故障轉(zhuǎn)移正常工作，必須將進入群集的入站和出站流量（例如路由上游流量，×××，NAT，本地客戶端網(wǎng)關(guān)，DNS請求等）通過CARP VIP進行傳遞，例如出站NAT將從CARP VIP發(fā)送。如果流量直接發(fā)往某個節(jié)點，而不是CARP VIP，則該流量不會被其他節(jié)點接收。

CARP與VRRP和HSRP類似，在某些情況下有可能會發(fā)生沖突。在包含CARP VIP的每個接口上發(fā)送心跳，每個VIP每個接口一個心跳。在默認的偏離值和基準值下，VIP每秒發(fā)出一次心跳。偏離值確定哪個節(jié)點在給定時間點是主節(jié)點。無論哪個節(jié)點傳輸心跳，更快的那個都會承擔主節(jié)點角色。較高的偏離值會導致心跳傳輸延遲增加，因此具有較低偏離值的節(jié)點將成為主節(jié)點設備，除非網(wǎng)絡或其他問題導致心跳延遲或丟失。

注意

切勿使用CARP VIP訪問防火墻GUI、SSH或其他。 出于管理的目的，只能在每個單獨節(jié)點的接口上使用實際的IP地址，而不要使用VIP。 否則，不能事先確定正在訪問哪個節(jié)點單元。

CARP的IP地址要求

使用CARP的高可用性群集需要每個子網(wǎng)中有三個IP地址，并且Sync接口需要單獨的未使用子網(wǎng)。 對于廣域網(wǎng)，這意味著最佳配置需要大于或等于29個子網(wǎng)。 每個節(jié)點使用一個IP地址，另外還有一個共享的CARP VIP地址用于故障轉(zhuǎn)移。 同步接口每個節(jié)點只需要一個IP地址。

在技術(shù)上可以將CARP VIP接口配置為給定子網(wǎng)中唯一的IP地址，但通常不建議這樣做。在WAN上使用時，這種類型的配置將只允許從主節(jié)點到WAN的通信，這會使任務（如更新、插件安裝、網(wǎng)關(guān)監(jiān)控或任何需要輔助節(jié)點的外部連接的任務）變得非常復雜。它可能更適合用于內(nèi)部接口，但內(nèi)部接口通常不會受到與WAN相同的IP地址限制，因此仍然最好在所有節(jié)點上配置IP地址。

交換機/第2層問題

CARP心跳線利用多點傳送，并且可能需要對集群涉及的交換機進行特殊處理。 一些交換機會以可能導致CARP失敗的方式過濾、限速或以其他方式干擾組播。 另外，一些交換機使用端口限制方法，這些方法可能導致CARP無法正常工作。

因此交換機必須：

• 允許發(fā)送和接收多播流量，不能干擾使用CARP VIP的端口。

• 允許使用多個MAC地址發(fā)送和接收流量。

• 允許CARP VIP MAC地址在端口之間移動。

幾乎所有CARP未能正確反映預期狀態(tài)的問題都是交換機故障或其他第2層問題，因此在繼續(xù)之前請確保交換機已正確配置。

pfsync 概述

pfsync可以使群集節(jié)點之間的防火墻狀態(tài)表保持同步。主防火墻上狀態(tài)表的修改會通過Sync接口發(fā)送到輔助防火墻，反之亦然。當pfsync處于活動狀態(tài)并正確配置時，所有節(jié)點都將了解流經(jīng)群集的每個連接。如果主節(jié)點發(fā)生故障，則備份節(jié)點將接管并且客戶端不會注意到發(fā)生了轉(zhuǎn)換，因為兩個節(jié)點都事先知道連接。

pfsync在默認情況下使用多點傳送，但可以定義IP地址以強制單點傳送更新，以便只有兩個防火墻的多點傳送流量無法正常運行。任何活動接口都可用于發(fā)送pfsync更新，但使用專用接口更有利于安全性和性能。 pfsync不支持任何身份驗證方法，因此如果使用除專用接口以外的其他任何方法，則任何具有本地網(wǎng)絡訪問權(quán)的用戶都可以將狀態(tài)插入到狀態(tài)表中。在低安全性要求的低吞吐量環(huán)境中，使用LAN接口是可以接受的。這種狀態(tài)同步所需的帶寬在不同環(huán)境之間會有很大差異，但根據(jù)網(wǎng)絡中狀態(tài)的插入和刪除速率，可能會高達穿越防火墻吞吐量的10％。

故障轉(zhuǎn)移仍然可以在沒有pfsync的情況下運行，但不會無縫連接。沒有pfsync，如果一個節(jié)點失敗，另一個接管，用戶連接將被丟棄。用戶可以立即通過另一個節(jié)點重新連接，但在轉(zhuǎn)換過程中它們會中斷。根據(jù)特定環(huán)境中的使用情況，這可能會被忽視，或者可能是一個重要但短暫的中斷。

當使用pfsync時，必須在參與狀態(tài)同步的所有節(jié)點（包括輔助節(jié)點）上啟用pfsync設置，否則將無法正常運行。

pfsync和防火墻規(guī)則

必須在Sync接口上制定允許pfsync通信的規(guī)則。 該規(guī)則必須將來自Sync網(wǎng)絡源的pfsync協(xié)議傳遞到任何目標。 通過任何協(xié)議的所有流量的規(guī)則也允許所需的流量，但一般來說，更具體的規(guī)則會更加安全。

pfsync和物理接口

pfSense中的狀態(tài)綁定到特定的系統(tǒng)接口。 例如，如果WAN是em0，那么WAN上的狀態(tài)將與em0綁定。 如果群集節(jié)點具有相同的硬件和接口分配，則按預期工作。 在使用不同硬件的情況下，可能會有問題。 如果一個節(jié)點上的WAN是em0，但另一個節(jié)點上的WAN是igb0，那么這些狀態(tài)將不匹配，并且它們不會被視為相同。

最好使用相同的硬件，但也可能不能滿足實際的需要。有一個解決方法：將接口添加到LAGG，脫離底層物理接口，因此在上面的示例中，廣域網(wǎng)將在兩者上都是lagg0，狀態(tài)將被綁定 到lagg0，盡管lagg0在一個節(jié)點上包含em0，并且在另一個節(jié)點上包含igb0。

pfsync和升級

通常pfSense都允許防火墻在線升級，而不會造成網(wǎng)絡中斷。 但不是每次升級都是如此，因為pfsync協(xié)議可以更改以適應其他功能。 在升級之前，始終檢查所有發(fā)布通告中鏈接的升級指南，以查看是否有任何CARP用戶的特殊注意事項。

XML-RPC配置同步概述

為了將維護防火墻節(jié)點的工作變得更容易，可以使用XML-RPC進行配置同步。啟用XML-RPC同步時，支持區(qū)域的設置將同步復制到輔助設備，并在每次更改配置后激活。 XMLRPC同步是可選的，但如果沒有它，維護一個集群的工作量要大的多。

某些區(qū)域設置無法同步，如接口配置，但更多的區(qū)域都可以同步：包括防火墻規(guī)則、別名、用戶、證書、×××、DHCP、路由、網(wǎng)關(guān)等。作為一般規(guī)則，特定于硬件或特定安裝的項目（例如系統(tǒng)>常規(guī)或系統(tǒng)>高級設置下的接口或值）不會同步。受支持區(qū)域的列表可能因使用的pfSense版本而有所差別。大多數(shù)插件不會同步，但有些插件包含自己的同步設置。有關(guān)更多詳細信息，請參相關(guān)文檔。

配置同步應使用Sync接口，如果沒有專用的Sync接口，請使用為pfsync配置的相同接口。

在雙節(jié)點群集中，只能在主節(jié)點上啟用XML-RPC設置，輔助節(jié)點必須禁用XML-RPC設置。

為使XML-RPC正常工作，兩個節(jié)點都必須使GUI運行在相同的端口和協(xié)議上，例如：端口443上的HTTPS（默認設置）。管理員帳戶不能被禁用，并且兩個節(jié)點必須具有相同的管理員帳戶密碼。

冗余配置示例

本節(jié)介紹一個簡單的三接口HA配置。 這三個接口是LAN，WAN和Sync。 這在功能上等同于兩個接口LAN和WAN部署，pfsync接口僅用于同步主防火墻和輔助防火墻之間的配置和防火墻狀態(tài)。

注意

本示例僅涵蓋IPv4配置。 高可用性與IPv6兼容，但它需要在防火墻接口上進行靜態(tài)尋址。 準備配置HA時，如果靜態(tài)IPv6分配不可用，請在所有接口上將IPv6設置為無。

確定IP地址分配

第一項任務是規(guī)劃IP地址分配。 一個好的策略是使用子網(wǎng)中最低可用的IP地址作為CARP VIP，將下一個后續(xù)IP地址用作主防火墻接口IP地址，并將下一個IP地址用作輔助防火墻接口IP地址。 這種策略是可選的，你可以使用任何方案，但我們強烈建議使用一致且合理的方案來簡化設計和管理。

WAN 地址

WAN地址將從ISP分配的地址中選擇。 如“WAN IP地址分配表”所示，HA的WAN子網(wǎng)為198.51.100.0/24，地址198.51.100.200至198.51.100.202將用作WAN IP地址。

WAN IP地址分配表

IP 地址	作用
198.51.100.200/24	CARP共享IP地址
198.51.100.201/24	主節(jié)點 WAN IP 地址
198.51.100.202/24	輔助節(jié)點 WAN IP 地址

LAN地址

LAN子網(wǎng)是192.168.1.0/24。 在本例中，LAN IP地址將按照“LAN IP地址分配表”中所示進行分配。

LAN IP地址分配表

IP 地址	作用
192.168.1.1/24	CARP共享IP地址
192.168.1.2/24	主節(jié)點 LAN IP 地址
192.168.1.3/24	輔助節(jié)點 LAN IP 地址

Sync接口地址

這個接口上沒有共享的CARP VIP，因為不需要。 這些IP地址僅用于防火墻之間的通信。 在本例中，172.16.1.0/24用作Sync子網(wǎng)。 將只使用兩個IP地址，但掩碼（/ 24）與其他內(nèi)部接口（LAN）保持一致。 對于IP地址的最后八位字節(jié)，請使用與該防火墻的LAN IP地址相同的最后八位字節(jié)以保持一致。

Sync IP地址分配表

IP 地址	作用
172.16.1.2/24	主節(jié)點 Sync IP 地址
172.16.1.3/24	輔助節(jié)點 Sync IP 地址

下圖顯示了此示例HA的結(jié)構(gòu)。 主節(jié)點和輔助節(jié)都有與WAN和LAN相同的連接，并且它們之間使用交叉電纜連接Sync接口。 在這個例子中，廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機仍然存在潛在的單點故障。 交換機冗余將在本章后面的第2層冗余中介紹。

HA網(wǎng)絡示例圖

群集配置基礎

每個節(jié)點都需要實際HA設置以外的一些基本配置。 在兩個節(jié)點都沒有沖突的LAN設置之前，請勿將兩個節(jié)點都連接到同一個LAN中。

安裝、接口分配和基本配置

在防火墻上安裝操作系統(tǒng)，并在兩個節(jié)點上以相同方式分配接口。 接口必須在所有節(jié)點上按照相同的順序進行分配。 如果接口未對齊，配置同步和其他任務將無法正常工作。 如果對接口分配進行了任何調(diào)整，則必須在兩個節(jié)點上進行相同的復制。

然后，連接到GUI并使用安裝向?qū)槊總€防火墻配置唯一的主機名和非沖突的靜態(tài)IP地址。

例如，一個節(jié)點可以是“firewall-a.example.com”，另一個節(jié)點可以是“firewall- b.example.com”，也可以是更加個性化的一對名稱。

注意

避免將節(jié)點命名為“master”或“backup”，因為這些是防火墻默認使用的狀態(tài)，可以將他們命名為“primary”和“secondary”。

默認的LAN IP地址是192.168.1.1。 每個節(jié)點必須使用它自己的地址，例如主節(jié)點使用192.168.1.2，輔助節(jié)點使用192.168.1.3。 該布局顯示在LAN IP地址分配中。 一旦每個節(jié)點具有唯一的LAN IP地址，則兩個節(jié)點都可以插入同一個LAN交換機。

設置Sync接口

在繼續(xù)之前，必須配置群集節(jié)點上的Sync接口。 同步IP地址分配列出了用于每個節(jié)點上的同步接口的地址。 在主節(jié)點上完成設置后，再在輔助節(jié)點上進行設置。

完成Sync接口配置后，還必須在兩個節(jié)點上將添加防火墻規(guī)則以允許他們之間進行同步。

防火墻規(guī)則必須允許通過配置同步（默認情況下，HTTPS使用的443端口）和pfsync在兩個節(jié)點之間的通信。 可以使用簡單的“全部允許”樣式規(guī)則。

下圖是配置完成的防火墻規(guī)則列表，其中還包含允許ICMP（ping）用于診斷目的的規(guī)則。

Sync 接口防火墻規(guī)則示例

輔助節(jié)點并不需要這些規(guī)則，只需要有一條規(guī)則允許流量通過GUI來使XML-RPC運行。 一旦配置了XML-RPC，主節(jié)點的全部規(guī)則就會同步到輔助節(jié)點。

配置pfsync

必須在主節(jié)點和輔助節(jié)點上配置使用pfsync的狀態(tài)同步才能正常工作。

首先在主節(jié)點上，然后在輔助節(jié)點上執(zhí)行以下操作：

• 導航到系統(tǒng)>高可用性同步（雙機備份）

• 設置同步狀態(tài)

• 將同步接口設置為SYNC

• 將pfsync同步對等IP到另一個節(jié)點。 配置主節(jié)點時設置為172.16.1.3，配置輔助節(jié)點時設置為172.16.1.2

• 點擊保存

配置同步 (XML-RPC)設置

警告

配置同步只能在主節(jié)點上配置。 輔助節(jié)點不能也不需要配置。

在主節(jié)點上執(zhí)行以下操作：

• 導航到系統(tǒng)>高可用性同步

• 將“同步配置”下的“配置同步目標IP”設置為為輔助節(jié)點同步接口IP地址172.16.1.3

• 將遠程系統(tǒng)用戶名設置為admin。

  注意

  用戶名必須是“admin”，其他用戶名不會正常工作！

• 將遠程系統(tǒng)密碼設置為管理員用戶帳戶密碼，并在確認框中重復輸入。

• 選中需要進行同步區(qū)域的復選框以同步到輔助節(jié)點。 全部切換按鈕用于一次選擇所有選項。

• 點擊保存

快速確認后，進入輔助節(jié)點的防火墻>規(guī)則策略列表，可以看到主節(jié)點輸入的規(guī)則已經(jīng)被同步過來了。

這兩個節(jié)點已連接并進行配置同步！ 每當在主節(jié)點上進行修改后，所做的更改將很快同步到輔助節(jié)點。

警告

不要在輔助節(jié)對設置同步的區(qū)域進行任何更改！ 下次主節(jié)點執(zhí)行同步時，這些選項將被覆蓋。

配置CARP虛擬IP

通過配置同步，CARP虛擬IP地址只需添加到主節(jié)點，并且它們將自動同步到輔助節(jié)點。

• 導航到主節(jié)點上的防火墻>虛擬IPs，設置CARP VIP

• 單擊右側(cè)的  按鈕在列表頂部添加新的VIP。

• 注意

  必須為處理用戶流量的每個接口添加一個VIP，在本示例中，要為WAN和LAN各添加一個。類型:定義VIP的類型，在這種情況下CARP。

接口:定義VIP將駐留的接口，例如WAN

地址:地址框是為VIP輸入IP地址值的位置。 還必須選擇子網(wǎng)掩碼，并且它必須與接口IP地址上的子網(wǎng)掩碼相匹配。 在本例中，輸入198.51.100.200和24（請參閱WAN IP地址分配）。

虛擬 IP密碼:設置CARP VIP的密碼。 這只需要兩個節(jié)點之間的匹配，這將通過同步來處理。 密碼和確認密碼框必須填寫并且必須匹配。

VHID 組: 定義CARP VIP的ID一個常見的策略是使VHID匹配IP地址的最后一個字節(jié)，因此在這種情況下選擇200

廣播頻率:確定CARP心跳發(fā)送的頻率。

Base（基本值）：控制Heartbeats之間經(jīng)過的整秒數(shù)，通常為1.這應該在群集節(jié)點之間匹配。Skew（偏離值）：控制秒的分數(shù)（1/256增量）。 主節(jié)點通常設置為0或1，次節(jié)點將為100或更高。 該調(diào)整由XML-RPC同步自動處理。

描述:一些文本可以識別VIP，例如WAN CARP VIP。

注意

如果CARP對給定網(wǎng)絡的延遲過于敏感，建議一次調(diào)整基本值一秒鐘，直到穩(wěn)定為止。

以上描述以WAN VIP為例。 LAN VIP也進行類似配置，但它將使用LAN接口，地址為192.168.1.1（請參閱LAN IP地址分配）。

如果WAN子網(wǎng)中有任何額外的IP地址用于1：1 NAT、端口轉(zhuǎn)發(fā)、×××等，也可以在這里進行添加。

編輯完成后，點擊應用更改。

添加VIP后，請檢查輔助節(jié)點上的防火墻>虛擬IPs，以確保VIP按預期進行了同步。

如果同步成功，兩個節(jié)點上的虛擬IP地址將如下圖所示。

CARP虛擬IP地址列表

為CARP配置出站NAT

下面將配置NAT，以便LAN上的客戶端使用共享的WAN IP訪問廣域網(wǎng)。

• 導航到防火墻> NAT（地址轉(zhuǎn)換），出站選項卡

• 單擊選中手動出站NAT規(guī)則生成

• 點擊保存

將出現(xiàn)一組與自動出站NAT適用的規(guī)則。 調(diào)整內(nèi)部子網(wǎng)源的規(guī)則，以改為使用CARP IP地址。

• 在規(guī)則的右側(cè)單擊  進行編輯

• 找到頁面的轉(zhuǎn)換部分

• 從地址下拉列表中選擇WAN CARP VIP地址

• 更改描述以提及此規(guī)則將NAT LAN連接到WAN CARP VIP地址

警告

如果稍后添加其他本地接口（如第二個LAN，DMZ等），并且該接口使用私有IP地址，則必須在此時添加其他手動出站NAT規(guī)則。

完成后，規(guī)則更改將與使用CARP VIP的LAN出站NAT規(guī)則中的規(guī)則更改類似。

CARP VIP的LAN出站NAT規(guī)則

修改DHCP服務器

群集節(jié)點上的DHCP服務器設置需要調(diào)整，以便它們可以一起工作。 這些修改將從主節(jié)點同步到輔助節(jié)點，因此對于VIP和出站NAT，這些修改只需要在主節(jié)點上進行。

• 導航到系統(tǒng)服務> DHCP服務器，LAN 選項卡。

• 將DNS服務器設置為LAN CARP VIP，此處為192.168.1.1

• 將網(wǎng)關(guān)設置為LAN CARP VIP，此處為192.168.1.1

• 將故障轉(zhuǎn)移對等IP設置為輔助節(jié)點的實際LAN IP地址，此處為192.168.1.3

• 點擊保存

將DNS服務器和網(wǎng)關(guān)設置為CARP VIP可確保本地客戶端與故障轉(zhuǎn)移地址通信，而不是直接通向任一節(jié)點。 如果主節(jié)點失敗，本地客戶端將繼續(xù)與輔助節(jié)點通話。

故障轉(zhuǎn)移對等IP允許守護程序直接在此子網(wǎng)中與對等方進行通信，以交換租賃信息等數(shù)據(jù)。 當設置與輔助設備同步時，會自動調(diào)整該值，以便輔助設備指向主設備。

高可用與多WAN

HA還可以在多WAN配置中用于防火墻冗余。 本節(jié)詳細介紹雙WAN HA部署所需的VIP和NAT配置。

確定IP地址分配

在這個例子中，每個WAN上將使用四個IP地址。 每個防火墻需要一個IP地址，另外還有一個CARP VIP用于出站NAT，另外還有一個CARP VIP用于1：1 NAT條目，該條目將用于DMZ段中的內(nèi)部郵件服務器。

WAN 和 WAN2 IP 地址

下表顯示了兩個WAN的IP地址。 在大多數(shù)環(huán)境中，這些將是公共IP地址。

WAN IP 地址

IP 地址	作用
198.51.100.200	用于出站NAT的共享CARP VIP
198.51.100.201	主節(jié)點防火墻 WAN
198.51.100.202	輔助節(jié)點防火墻 WAN
198.51.100.203	用于1：1 NAT的共享CARP VIP

WAN2 IP 地址

IP 地址	作用
203.0.113.10	用于出站NAT的共享CARP VIP
203.0.113.11	主節(jié)點防火墻 WAN2
203.0.113.12	輔助節(jié)點防火墻 WAN2
203.0.113.13	用于1：1 NAT的共享CARP VIP

LAN 地址

LAN子網(wǎng)是192.168.1.0/24。 在這個例子中，LAN IP地址將被分配如下。

LAN IP 地址分配

IP 地址	作用
192.168.1.1	CARP共享LAN VIP
192.168.1.2	主節(jié)點防火墻LAN
192.168.1.3	輔助節(jié)點防火墻 LAN

DMZ 地址

DMZ子網(wǎng)是192.168.2.0/24。 地址分配見下表。

DMZ IP 地址分配表

IP 地址	作用
192.168.2.1	CARP共享DMZ VIP
192.168.2.2	主節(jié)點防火墻 DMZ
192.168.2.3	輔助節(jié)點防火墻 DMZ

pfsync 地址

這個接口上不會有共享的CARP VIP，因此不需要設置。 這些IP地址僅用于防火墻之間的通信。 在本例中，172.16.1.0/24將作為Sync子網(wǎng)。 使用兩個IP地址，子網(wǎng)掩碼與其他內(nèi)部接口一致。

Sync IP 地址分配

IP 地址	作用
172.16.1.2	主節(jié)點防火墻 Sync
172.16.1.3	輔助節(jié)點防火墻 Sync

NAT 配置

使用HA與多WAN時的NAT配置與使用單個WAN的HA相同。 確保只有CARP VIP用于入站流量或路由。 有關(guān)NAT配置的更多信息，請參閱相關(guān)文檔。

防火墻配置

使用多WAN時，必須設置防火墻規(guī)則，以使用默認網(wǎng)關(guān)將流量傳遞到本地網(wǎng)絡。 否則，當流量嘗試到達CARP地址或從LAN到DMZ時，它將轉(zhuǎn)而出去與WAN連接。

必須在所有內(nèi)部接口的防火墻規(guī)則頂部添加一條規(guī)則，該規(guī)則將所有本地網(wǎng)絡的流量引導至默認網(wǎng)關(guān)。 必須注意使用默認網(wǎng)關(guān)，而不是故障轉(zhuǎn)移或負載平衡網(wǎng)關(guān)組之一。 此規(guī)則的目的地是本地LAN網(wǎng)絡，或包含任何本地可達網(wǎng)絡的別名。

具有DMZ的多WAN HA 圖

由于附加的廣域網(wǎng)和DMZ元素，這種布局的圖表要復雜得多，如下圖所示。

具有DMZ的多WAN HA示意圖

驗證故障轉(zhuǎn)移功能

由于使用HA涉及高可用性，因此在將群集投入生產(chǎn)之前應該進行徹底的測試。 測試最重要的部分是確保HA系統(tǒng)在系統(tǒng)中斷期間能夠正常故障切換。

如果本節(jié)中的任何操作不能按預期正常工作，請參閱高可用性故障排除。

檢查CARP 狀態(tài)

在這兩個系統(tǒng)上，導航到系統(tǒng)狀態(tài)> CARP（故障轉(zhuǎn)移）。 如果一切工作正常，主節(jié)點設備所有CARP VIP狀態(tài)將顯示為MASTER，輔助節(jié)點設備將顯示為BACKUP。

如果其中一個顯示DISABLED，請單擊啟用CARP按鈕，然后刷新頁面。

如果一個接口顯示 INIT，則意味著包含CARP VIP的接口沒有連接。 將接口連接到交換機，或者至少連接到其他節(jié)點。 如果該接口不使用，請從接口上移除CARP VIP，因為這會干擾正常的CARP操作。

檢查配置是否正確同步

導航到輔助節(jié)點上的主要位置，例如防火墻>規(guī)則策略和防火墻> NAT（地址轉(zhuǎn)換），確保在主節(jié)點上創(chuàng)建的規(guī)則正在同步到輔助節(jié)點。

檢查DHCP故障轉(zhuǎn)移狀態(tài)

如果配置了DHCP故障切換，則可以在系統(tǒng)狀態(tài)> DHCP租約中檢查它的狀態(tài)。 包含DHCP故障轉(zhuǎn)移池狀態(tài)的頁面頂部將出現(xiàn)一個新的部分，如下圖所示。

DHCP故障轉(zhuǎn)移池狀態(tài)

測試CARP故障切換

現(xiàn)在進行真正的故障轉(zhuǎn)移測試。在開始之前，請確保LAN上的CARP后面的本地客戶端可以連接到互聯(lián)網(wǎng)，同時pfSense防火墻在線運行。一旦確認可以正常工作，那么現(xiàn)在是進行備份的好時機。

實際測試時，請從網(wǎng)絡上拔下主節(jié)點或暫時關(guān)閉主節(jié)點。客戶端將能夠通過輔助節(jié)點繼續(xù)從Internet加載內(nèi)容。在輔助節(jié)點上再次檢查狀態(tài)> CARP（故障轉(zhuǎn)移），它現(xiàn)在將報告它是LAN和WAN CARP VIP的MASTER。

現(xiàn)在將主節(jié)點重新聯(lián)機，它將恢復為MASTER的角色，并且輔助節(jié)點系統(tǒng)將自己降級到BACKUP。在這個過程中的任何時候，互聯(lián)網(wǎng)連接仍然是可以正常工作的。

在盡可能多的故障情況下測試HA。其他測試包括：

• 拔下WAN或LAN上的網(wǎng)線

• 拔下主電源插頭

• 使用臨時禁用功能和維護模式禁用主節(jié)點上的CARP

• 單獨測試每個系統(tǒng)（關(guān)閉輔助節(jié)點電源，然后重新接通電源并關(guān)閉主電源）

• 在故障轉(zhuǎn)移期間下載文件或嘗試傳輸音頻/視頻流

• 在故障轉(zhuǎn)移期間，向Internet主機運行連續(xù)的ICMP回應請求（ping）

提供無NAT的冗余

如前所述，只有CARP VIP為防火墻直接處理的地址提供冗余，并且它們只能與NAT或防火墻本身的服務一起使用。 冗余還可以為具有HA的路由公共IP子網(wǎng)提供冗余。 本節(jié)介紹這種類型的配置，這在大型網(wǎng)絡、ISP和無線ISP網(wǎng)絡以及數(shù)據(jù)中心環(huán)境中很常見。

公共IP分配

pfSense的WAN端至少需要一個/ 29的公共IP范圍，它提供了六個可用的IP地址。 兩個防火墻部署只需要三個，但這是容納三個IP地址的最小IP子網(wǎng)。 每個防火墻都需要一個IP，并且WAN端至少需要一個CARP VIP。

第二個公共IP子網(wǎng)將通過ISP、數(shù)據(jù)中心或上游路由器路由到CARP VIP。 由于此子網(wǎng)路由到CARP VIP，因此路由不會依賴于單個防火墻。 對于本章中所描述的示例配置，將使用/ 24公共IP子網(wǎng)，并將其分成兩個/ 25個子網(wǎng)。

網(wǎng)絡概述

這里描述的示例網(wǎng)絡是一個數(shù)據(jù)中心環(huán)境，由兩個pfSense防火墻組成，每個防火墻有四個接口：WAN、LAN、DBDMZ和pfsync。 該網(wǎng)絡包含許多網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫服務器。 它不是基于任何真實的網(wǎng)絡，但會有類似這樣的實例部署。

WAN網(wǎng)絡

WAN側(cè)連接到上游網(wǎng)絡，即ISP、數(shù)據(jù)中心或上游路由器。

WEB 網(wǎng)絡

該網(wǎng)絡中的網(wǎng)段使用“LAN”接口，但已重命名。 它包含Web服務器，所以它被命名為WEB，但可以稱為DMZ，SERVERS或任何所需的東西。

DBDMZ網(wǎng)絡

該段是一個OPT接口并包含數(shù)據(jù)庫服務器。 在托管環(huán)境中，將網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫服務器分隔成兩個網(wǎng)絡是很常見的。 數(shù)據(jù)庫服務器通常不需要從互聯(lián)網(wǎng)直接訪問，因此不受Web服務器的危害影響。

Sync網(wǎng)絡

此圖中的同步網(wǎng)絡用于通過XML-RPC同步pfSense配置的修改，以及pfsync同步兩個防火墻之間的狀態(tài)表修改。 建議使用專用接口。

網(wǎng)絡拓撲

網(wǎng)絡拓撲如下圖所示，包括所有可路由的IP地址、WEB網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫DMZ。

HA與路由IPs的關(guān)系圖

注意

包含數(shù)據(jù)庫服務器的網(wǎng)段通常不需要公開訪問，因此更常用的是使用私有IP子網(wǎng)，但可以使用此處說明的示例，而不考慮兩個內(nèi)部子網(wǎng)的功能。

第2層冗余

本節(jié)介紹規(guī)劃冗余網(wǎng)絡時要考慮的第2層設計元素。 本章假定只部署兩個系統(tǒng)，當然也可以根據(jù)需要擴展到更多的部署。

如果兩個冗余pfSense防火墻都接入到同一臺交換機任何接口上，則該交換機將成為單點故障。 為了避免這種單點故障，最好的選擇為每個接口部署兩個交換機（除了專用的pfsync接口）。

下圖以網(wǎng)絡為中心，未顯示交換機基礎結(jié)構(gòu)。 具有冗余交換機的HA圖圖解釋了該環(huán)境如何與冗余交換機基礎架構(gòu)配合使用。

具有冗余交換機的HA示意圖

交換機配置

使用多個交換機時，交換機應互連。 只要兩臺交換機之間有單一連接，并且任何一臺防火墻上都沒有網(wǎng)橋，對任何類型的交換機來說都是安全的。 在使用橋接的情況下，或者在交換機之間存在多個互連的情況下，必須小心避免第2層環(huán)路。 如果是這種情況，就需要一個管理型交換機，它能夠使用生成樹協(xié)議（STP）來檢測和阻塞會產(chǎn)生交換機環(huán)路的端口。 當使用STP時，如果活動鏈路斷路，例如交換機故障，那么備份鏈路可以自動提交到它的位置。

pfSense還支持lagg（4）鏈路聚合和鏈路故障切換接口，允許將多個網(wǎng)絡接口插入一個或多個交換機以提高容錯能力。 有關(guān)配置鏈路聚合的更多信息，請參閱LAGG（鏈路聚合）。

主機冗余

獲得防火墻內(nèi)關(guān)鍵系統(tǒng)的主機冗余比較困難。 每個系統(tǒng)都可以使用兩個網(wǎng)卡，使用鏈路聚合控制協(xié)議（LACP）或類似的供應商特定功能連接到每組交換機。 服務器也可以有多個網(wǎng)絡連接，并且根據(jù)操作系統(tǒng)，可以在一組服務器上運行CARP或類似的協(xié)議，以便它們形成相互冗余。

其他單點故障

當試圖設計一個完全冗余的網(wǎng)絡時，會許多單點故障會被忽略。需要考慮的事情比簡單的交換機故障要多得多。以下是一些常見的冗余示例：

• 為每個冗余段提供隔離電源。

• 為冗余系統(tǒng)使用單獨的斷路器。

• 使用多個UPS/發(fā)電機。

• 使用多個電力供應商，盡可能進入建筑物的兩側(cè)。

• 即使是多WAN配置也不能保證Internet正常運行。

• 使用多種互聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)（DSL，Cable，F(xiàn)iber，Wireless）。

• 如果任何兩個運營商使用相同的光纖/隧道/路徑，他們都可能同時被淘汰。

• 備份冷卻，冗余冷水機組或便攜式/應急空調(diào)。

• 考慮將第二套冗余設備放置在另一個房間，另一個樓層或另一個建筑物中。

• 在城鎮(zhèn)或其他城市的另一部分有重復的設置。

• 我聽說火星上的主機價格便宜，但延遲是殺手級的。

高可用性與橋接

高可用性目前不兼容本地橋接。

使用IP別名減少心跳流量

如果某個網(wǎng)段上有大量的CARP VIP，則會導致很多組播流量。 每個CARP VIP每秒發(fā)送一次心跳。 為了減少這種流量，額外的VIP可以在接口上的一個CARP VIP上“堆疊”。 首先，選擇一個CARP VIP作為接口的“主要”VIP。 然后，將同一子網(wǎng)中的其他CARP VIP更改為IP別名類型VIP，選擇“主”CARP VIP接口作為它們在VIP配置上的接口。

這不僅減少了在給定細分受眾中看到的心跳，而且還會導致所有IP別名VIP與“主”CARP VIP一起更改狀態(tài)，從而降低第2層問題，減少故障轉(zhuǎn)移出現(xiàn)問題的概率。

IP別名VIP通常不會通過XML-RPC配置同步進行同步，但是，以這種方式設置為使用CARP接口的IP別名VIP將會進行同步。

接口

如果在與HA的單個接口上需要多個子網(wǎng)，則可以使用IP別名來完成。 與主接口IP地址一樣，我們建議每個防火墻在附加子網(wǎng)內(nèi)都有一個IP地址，每個子網(wǎng)總共至少有三個IP。 必須將單獨的IP別名條目添加到新子網(wǎng)內(nèi)的每個節(jié)點，以確保其子網(wǎng)掩碼與新子網(wǎng)的實際子網(wǎng)掩碼相匹配。 直接在接口上的IP別名VIP不同步，安全可以得到保證。

一旦將IP別名VIP添加到兩個節(jié)點以在新子網(wǎng)中獲得立足點，則可以使用來自新子網(wǎng)的IP地址添加CARP VIP。

只要不需要附加子網(wǎng)和兩個獨立HA節(jié)點之間的通信，就可以省略IP別名，并直接在另一個子網(wǎng)中使用CARP VIP。

故障排除

高可用性配置相對復雜，且有許多不同的方式來配置故障轉(zhuǎn)移群集。在本節(jié)中，一些常見（不常見）的問題在大多數(shù)情況下討論并有望解決。如果在咨詢本節(jié)后問題仍然存在，那么在pfSense論壇上有專門的CARP / VIPs討論區(qū)。

在繼續(xù)之前，請花時間檢查HA群集的所有成員以確保它們具有一致的配置。通常，這有助于通過示例設置，仔細檢查所有正確的設置。在輔助節(jié)點上重復該過程，并注意輔助節(jié)點上配置不同的地方。請務必檢查CARP狀態(tài)（檢查CARP狀態(tài)），并確保所有集群成員都啟用CARP。

系統(tǒng)狀態(tài)>系統(tǒng)日志，系統(tǒng)選項卡會記錄與HA有關(guān)的錯誤。檢查涉及的每個系統(tǒng)上的日志，看看是否有任何與XMLRPC同步、CARP狀態(tài)轉(zhuǎn)換或其他相關(guān)錯誤的信息。

常見錯誤配置

有三種常見的錯誤配置會阻止HA正常工作。

每個CARP VIP使用不同的VHID

在給定接口或廣播域上創(chuàng)建的每個CARP VIP上必須使用不同的VHID。 使用單個HA時，輸入驗證將防止重復的VHID。 不過，也不總是那么簡單。 CARP是一種組播技術(shù)，因此在同一網(wǎng)段上使用CARP的任何內(nèi)容都必須使用唯一的VHID。 VRRP也使用與CARP類似的協(xié)議，因此確保與VRRP VHID沒有沖突，例如ISP或本地網(wǎng)絡中的其他路由器正在使用VRRP。

最好的解決方法是使用一組獨特的VHID。 如果正在使用已知安全的專用網(wǎng)絡，請從1開始編號。在VRRP或CARP發(fā)生沖突的網(wǎng)絡上，咨詢該網(wǎng)絡的管理員以查找空閑區(qū)域的VHID。

不正確的時間

檢查所涉及的系統(tǒng)是否正確同步時間并具有有效時區(qū)，尤其是在虛擬機中運行時。 如果時間相差太大，某些同步任務（如DHCP故障切換）將無法正常工作。

不正確的子網(wǎng)掩碼

真正的子網(wǎng)掩碼必須用于CARP VIP，而不是/ 32。 這必須與分配CARP IP的接口上的IP地址的子網(wǎng)掩碼相匹配。

CARP接口的IP地址

CARP VIP所在的接口在使用前必須已經(jīng)在接口（VLAN，LAN，WAN，OPT）上直接定義了另一個IP。

不正確的哈希錯誤

如果CARP在出現(xiàn)此錯誤時無法正常工作，則可能是配置不匹配。 確保對于給定的VIP、VHID、密碼和IP地址/子網(wǎng)掩碼都匹配。

如果設置正確，并且在生成此錯誤消息時CARP仍不起作用，那么在同一廣播域中可能會有多個CARP實例。 使用tcpdump（數(shù)據(jù)包捕獲）禁用CARP并監(jiān)控網(wǎng)絡，以檢查其他CARP或類似CARP的流量，并適當調(diào)整VHID。

如果CARP工作正常，并且系統(tǒng)啟動時此消息在日志中，則可以忽略它。 只要CARP繼續(xù)正常工作（主節(jié)點顯示MASTER，輔助節(jié)點顯示BACKUP狀態(tài)），啟動時就會看到此消息是正常的。

兩個系統(tǒng)都顯示為MASTER

如果輔助節(jié)點無法從主節(jié)點收到CARP廣播，則會發(fā)生這種情況。 檢查防火墻規(guī)則、連接、交換機配置。 同時檢查系統(tǒng)日志是否有可能導致解決方案的相關(guān)錯誤信息。 如果在虛擬機（VM）產(chǎn)品（如ESX）中遇到此問題，請參閱虛擬機（ESX）中的問題。

主節(jié)點降級為BACKUP

在某些情況下，在系統(tǒng)恢復聯(lián)機后，可能會在短時間內(nèi)正常發(fā)生這種情況。 但是，某些硬件故障或其他錯誤情況可能會導致服務器默默承擔240的較高優(yōu)先級，以表示它仍然存在問題，并且不應成為主設備。 這可以通過GUI或通過shell或系統(tǒng)診斷>命令來進行檢查。

在GUI中，此狀態(tài)顯示在系統(tǒng)狀態(tài)> CARP的錯誤消息中。

當主節(jié)點被降級時CARP狀態(tài)

在shell或系統(tǒng)診斷>命令中，運行以下命令檢查降級：

#sysctl net.inet.carp.demotion
net.inet.carp.demotion: 240

如果該值大于0，則該節(jié)點已降級。

在這種情況下，隔離防火墻，檢查網(wǎng)絡連接，并執(zhí)行進一步的硬件測試。

如果降級值為0，并且主節(jié)點仍然將自己降級為BACKUP或不斷變化，請檢查網(wǎng)絡以確保沒有第2層環(huán)路。 如果防火墻從交換機接收到自己的心跳，它也可以觸發(fā)對BACKUP狀態(tài)的更改。

虛擬機內(nèi)部問題（ESX）

在虛擬機內(nèi)部使用HA時，尤其是VMware ESX，需要一些特殊的配置：

• 在vSwitch上啟用混雜模式。

• 啟用“MAC地址更改”。

• 啟用“偽傳輸”。

ESX VDS混雜模式解決方法

如果正在使用虛擬分布式交換機，則可以為啟用混雜模式的防火墻接口創(chuàng)建端口組，并為其他主機設置單獨的非混雜端口組。論壇上有用戶使用這種方式來平衡讓CARP功能和保護客戶端端口的要求。

ESX VDS 升級問題

如果在4.0或4.1中使用VDS（虛擬分布式交換機）并將其從4.0升級到4.1或5.0，則VDS將無法正確傳遞CARP流量。 如果在4.1或5.0上創(chuàng)建了新的VDS，它可以正常工作，但升級后的VDS則不會。

可以在VDS上禁用混雜模式，然后重新啟用它可以解決該問題。

ESX VDS端口鏡像問題

如果在VDS上啟用端口鏡像，則會打破混雜模式。 要修復它，請禁用然后重新啟用混雜模式。

ESX客戶端端口問題

如果物理HA集群使用ESX主機（lagg組或類似設備）上的多個端口連接到交換機，并且目標VM只能訪問某些設備/ IP，則端口組設置可能需要調(diào)整 ESX將基于IP設置組的負載平衡設置為基于散列，而不是始發(fā)接口。

設置不正確的副作用包括：

• 流量僅在其NIC上以混雜模式到達目標VM。

• 當主防火墻的“真實”IP地址可以到達時，無法從目標VM到達CARP VIP。

• 到目標VM的端口轉(zhuǎn)發(fā)或其他入站連接從一些IP地址工作，而不是其他IP地址。

ESX物理網(wǎng)卡故障無法觸發(fā)故障切換

CARP中的自我降級依賴于交換機端口鏈路的丟失。 因此，如果主防火墻實例和輔助防火墻實例位于不同的ESX單元上，并且主設備丟失了交換機端口鏈接并且不會將其公開給虛擬機，CARP將在其所有VIP上保留MASTER，并且次要設備也會相信它應該是MASTER。 解決這個問題的方法之一是在ESX中編寫一個事件，如果物理端口丟失鏈接，該事件將取消VM上的交換機端口。 在ESX中也可能有其他方法。

KVM + Qemu問題

使用e1000網(wǎng)卡（em（4）），ed（4）網(wǎng)卡或CARP VIP不會離開init狀態(tài)。

VirtualBox 問題

在VM的相關(guān)接口上設置“混雜模式：允許CARP在任何接口類型（橋接，主機，內(nèi)部）上運行，

其他交換機和第2層問題

• 如果節(jié)點單元插入單獨的交換機，請確保交換機正確中繼并傳遞廣播/多播通信。

• 一些交換機具有廣播/多播過濾，限制或“風暴控制”功能，可以打破CARP。

• 某些交換機已損壞固件，導致IGMP Snooping等功能干擾CARP。

• 如果使用調(diào)制解調(diào)器/ CPE背面的開關(guān)，請嘗試使用真正的開關(guān)。 這些內(nèi)置交換機通常無法正確處理CARP流量。 通常將防火墻插入合適的交換機，然后上行到CPE將消除問題。

配置同步問題

• 在遇到配置同步問題時，請仔細檢查以下項目：

• 所有節(jié)點上的用戶名必須為admin。

• 主服務器上的配置同步設置中的密碼必須與備份中的密碼相匹配。

• WebGUI必須位于所有節(jié)點上的相同端口上。

• WebGUI必須在所有節(jié)點上使用相同的協(xié)議（HTTP或HTTPS）。

• 必須允許流量通過同步流量接口上的WebGUI端口。

• 必須在所有節(jié)點上啟用和配置pfsync接口。

• 確認只有主同步節(jié)點啟用了配置同步選項。

• 確保在輔助節(jié)點上的同步配置到IP中沒有指定IP地址。

• 確保兩個節(jié)點上的時間都是最新的，并且相當準確。

HA和多WAN故障排除

如果在處理多WAN時遇到CARP VIP麻煩，請仔細檢查是否存在與防火墻配置中提到的規(guī)則相同的規(guī)則。

翻譯自pfsense book

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網(wǎng)站欄目：pfSensebook之高可用性集群(HA)-創(chuàng)新互聯(lián)
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