F5 Networks多出口链路负载均衡解决方案

F5Networks多出口链路负载均衡解决方案来源：日期：2010-1-17一．多出口链路负载均衡需求分析为了保证XXXX出口链路的高可用性和访问效率，举例计划拥有两条线路：一条中国网通链路，一条中国电信链路。F5公司的多链路负载均衡设备（Linkcontroller）能够提供独具特色的解决方案，不但能够充分利用这两条链路（双向流量按照预设的算法分担到不同的链路上，一旦一条链路不通的情况下，能够无缝切换到另外一条可用链路上）；而且可以根据对不同链路的侦测结果，将最快速的链路提供给外部用户进行响应，从而解决目前广泛存在的多个ISP之间的互联互通问题。具体解决方案特色如下：提供内网至internet流量的负载均衡（Outbound）实现从Internet对服务器访问流量的负载均衡（Inbound）支持自动检测和屏蔽故障Internet链路支持多种静态和动态算法智能均衡多个ISP链路的流量支持多出口链路动态冗余，流量比率和切换支持多种DNS解析和规划方式，适合各种用户网络环境支持Layer2－7交换和流量管理控制功能完全支持各种应用服务器负载均衡，防火墙负载均衡多层安全增强防护，抵挡黑客攻击业界领先的双机冗余切换机制，能够做到毫秒级切换详细的链路监控报表，提供给网络管理员直观详细的图形界面对于用户完全透明对所有应用无缝支持业界优异的硬件平台和性能稳定，安全的设备运行记录二．多出口链路负载均衡解决方案概述2.1多出口链路负载均衡网络拓朴设计下面是专门为XXXX设计的多出口链路负载均衡网络拓扑图（单机版）。下面是专门为XXXX设计的多出口链路负载均衡网络拓扑图（双机冗余版）。2.2方案描述此方案中，分别设计单台链路负载均衡和双机冗余链路负载均衡两种网络拓扑，供xx政府信息中心选择。考虑到链路负载均衡在网络构架中的位置，以及今后的扩展性，建议采用F5公司的Linkcontroller2400两台(当然，如果不考虑双击冗余，也可以采用一台F5Linkcontroller2400),提供两条出口链路（中国网通和中国电信）的负载均衡，其中两条Internet出口链路都通过普通网线或光电转换器与Linkcontroller2400连接（如果双机冗余，需要从每个ISP引进两根进线，可以在Linkcontroller2400前面放置一台二层交换机做端口拓展），Linkcontroller2400与两台冗余的防火墙通过网络端口连接。两台Linkcontroller2400互为冗余。通过这样的优化后，系统具有以下特征：结构合理：整个网络结构布局合理，层次分明，便于管理与维护。可用性高:Linkcontroller动态检查各条出口链路的健康状态，并将下一个请求分配给最有效率的链路，任何一条链路发生故障时，LINKCONTROLLER即刻将请求分配给其他的链路，从而达到99.999%系统有效性。安全性高:LINKCONTROLLER支持地址翻译技术和安全地址翻译，这样一来客户不可能知道真正提供服务的服务器的IP地址与端口，LINKCONTROLLER采用SSH和SSL技术，可以防止来自内部或互联网上的黑客攻击。效率高:LINKCONTROLLER可以智能寻找最佳的出口链路，从而保证客户得到最快的上网访问速度。可扩展性高:LINKCONTROLLER可以支持动态增加或删除其负载均衡的链路群组的任何数量的链路，而不需要对客户端或后台做任何改变从而使得系统扩展轻松方便。可管理性高:LINKCONTROLLER可以实时监控整个链路群组的流量状态，并分析发展趋势帮助客户及时根据流量增长增加出口带宽。保护投资：LINKCONTROLLER还免费带有服务器负载均衡和防火墙负载均衡的功能。2.3方案优点2.3.1拓扑结构方面1)可以轻松形成全冗余连接方法,保证网络没有单点故障的存在。2)提供多出口链路的负载均衡，今后，通过免费无缝拓展，可以对各种应用服务器，防火墙/VPN/IDS等网络设备全部可以采用负载均衡方式处理网络流量,提高网络服务能力和投资回报率。3)比较少的网络层次,较少网络延迟，避免运行维护时面对大量网络设备。4)灵活的扩展空间,用户可以根据实际的网络流量和压力增加带宽，增加链路,添加防火墙或增加服务器来提高整体的服务水平。2.3.2安全机制方面1)HTTPS,SSH等加密的网络管理,避免明码通讯对网络设备控制时的安全隐患。2)F5的VIP一旦配置成功,服务的TCP/UDP端口也就同时确认,除特定服务外,其他的端口就全部被封闭了,保护服务器避免被端口扫描.3)在防止DOS攻击方面,F5提供免费的防护,特别对于PingofDeath,F5的VIP一旦规定成功就对Ping包做中继处理,避免攻击对服务器的压力.并且，F5具备攻击回收技术，同时可以设置在资源消耗在97%（可设）时重启，切换到备份设备工作。三．技术实现3.1F5多出口链路负载均衡（产品选型：Linkcontroller2400）Linkcontroller2400的特色：提供内网至internet流量的负载均衡（Outbound）实现从Internet对服务器访问流量的负载均衡（Inbound）支持自动检测和屏蔽故障Internet链路支持多种静态和动态算法智能均衡多个ISP链路的流量支持多出口链路动态冗余，流量比率和切换支持多种DNS解析和规划方式，适合各种用户网络环境支持Layer2－7交换和流量管理控制功能完全支持各种应用服务器负载均衡，防火墙负载均衡多层安全增强防护，抵挡黑客攻击业界领先的双机冗余切换机制，能够做到毫秒级切换详细的链路监控报表，提供给网络管理员直观详细的图形界面对于用户完全透明对所有应用无缝支持业界优异的硬件平台和性能稳定，安全的设备运行记录[技术实现原理]：下图是一个典型的F5多出口链路负载均衡解决方案的应用案例。图中F5多链路负载均衡设备通过ISP1和ISP2接入Internet。每个ISP都分配给该网络一个IP地址网段，假设ISP1分配的地址段为100.1.1.0/24，ISP2分配的地址段为200.1.1.0/24（此处的200.1.1.0/24表示网络IP地址段为：200.1.1.0，子网掩码为24位，即255.255.255.0）。同样，Internet知道通过ISP1访问100.1.1.0/24，通过ISP2访问200.1.1.0/24。网络中的主机和服务器都属于私有网段192.168.1.0/24。多链路负载均衡设备解决方案就是在内部交换机和连接ISP的路由器之间，跨接一台多链路负载均衡设备应用交换机，所有的地址翻译和Internet链路优化全部由多链路负载均衡设备来完成。如果网络中有防火墙，也可以选择由防火墙来做地址翻译。3.2Outbound流量负载均衡实现原理F5多链路负载均衡设备主要采用以下几种技术来处理Outbound流出流量。DefaultGatewayPool在DefaultGatewayPool中，定义相应的ISP对端路由器地址，作为负载均衡的对象，并且可以捆绑健康检查，负载均衡算法以及会话保持等属性。DefaultGatewayPool中的Nodes定义为多个F5多链路负载均衡设备的缺省路由。IRules对于复杂的链路选择需求，可以使用F5独有的irules来定义。WildcartVirtualServerWildcartVirtualServer－0.0.0.0:0/internal，WildcartVirtualServer是指0.0.0.0这个特殊的虚拟服务器，一般用于捆绑DefaultGatewayPool。SNAT/SNATAutomap对于Outbound流量的地址翻译，F5多链路负载均衡设备使用了称为SNAT的方法。当选定一个路由器（某一个ISP）传送Outbound流量时，多链路负载均衡设备将选择该ISP提供的地址。在上图中，如果多链路负载均衡设备选择ISP1作为Outbound流量的路径，则它将把内部的主机地址192.168.1.A翻译为100.1.1.A，并作为Outbound数据包的源地址。同样，如果多链路负载均衡设备选择ISP2作为Outbound流量的路径，则它将把内部的主机地址192.168.1.A翻译为200.1.1.A，并作为Outbound数据包的源地址。当F5多链路负载均衡设备定义：将内部的主机地址翻译为VlanSelf-IP时，即100.1.1.A=100.1.1.2，200.1.1.A＝200.1.1.2时，称为SNATAutomap。3.3Inbound流量负载均衡实现原理F5多链路负载均衡设备主要采用以下几种技术来处理Inbound流入流量。DNS解析器（WideIP）Inbound流量负载均衡的核心技术是DNS解析的问题。外部用户访问在DNS请求时，就通过F5多链路负载均衡设备获知了链路的健康状况和链路优先选择，这样多链路负载均衡设备必须承担部分DNS的功能，以便返回给用户相应的访问IP地址。F5多链路负载均衡设备支持A记录和*记录解析。WideIP可以捆绑各种Inbound负载均衡算法：CompletionRate，GlobalAvailability，hops，kilobytes/second，leastconnections，PacketRate，QualityofService，Random，Ratio，RoundRobin，RoundTripTime，StaticPersist，VSCapacity。VirtualServer/NetworkVirtualServer/TransparentVirtualServer由于所有的F5多链路负载均衡设备可以兼做服务器负载均衡，因此F5返回给用户DNS解析是VirtualServer；对于一些特殊的场合，需要配置一些特殊的VirtualServer，例如：NetworkVirtualServer以及TransparentVirtualServer。ForwardingPool有的情况下，既不需要地址翻译，有不需要服务器负载均衡，但是又需要pool的一些特性时（例如：AutoLasthop），必须配置ForwardingPool。Lasthoppool/AutoLasthopF5的Lasthop功能，称为基于连接的路由，用在F5处理数据包回应时，会根据上一跳路由设备的MAC地址，确定返回路径，以便正确返回给最初发起访问数据包的网络设备。NAT对于直接通过IP地址进行访问的Inbound流量，并且内部主机需要Outbound访问，需要配置相应的NAT记录，来保证从多条链路都能访问内部服务器，与VirtualServer加上SNAT功能相当（细节有所不同）。对于Email而言，由于外部Email服务器需要进行地址反向解析，因此使用VirtualServer+SNAT方式。3.4在链路负载均衡环境中的DNS设计和域名解析方式Issue：1、多链路负载均衡设备只能做A记录和*记录解析；2、有的RootDNSServer（注册DNS）不支持二级子域的NS委派，例如：新网3、用户LocalDNSServer的Cache问题所以，产生出以下多种域名解析方式。3.4.1RootDNS（注册DNS）直接与F5多链路负载均衡器配合CNAME方式。INNSlc2.wideip.a.com。lc1.wideip.a.com.INA100.1.1.2（F5设备地址）lc2.wideip.a.com.INA200.1.1.2（F5设备地址）在Inbound负载均衡中，普遍使用的一种域名解析方法。NS委派方式。INNSlc2.a.com。lc1.a.com.INA100.1.1.2（F5设备地址）lc2.a.com.INA20