华为防火墙在广电出口安全方案中的应用（方案设计、配置、总结）

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一、方案简介

广电行业除了提供家庭广播电视业务，还向ISP租用链路开展宽带用户上网、服务器托管等网络接入服务。此时网络出口处通常部署防火墙作为出口网关提供Internet接入及安全保障功能。

防火墙在广电网络出口的应用

如图所示，防火墙部署在网络出口主要提供如下功能：

• NAT：提供源NAT功能将宽带用户私网IP转换为公网IP，提供NAT Server功能将托管服务器的私网IP转换为公网IP供外网用户访问。
• 多出口智能选路：提供基于目的IP、应用等多种选路措施，合理利用多条ISP链路保证上网质量。
• 安全管理：通过安全区域及安全策略进行区域隔离，提供入侵防御、DDoS攻击防范等安全功能进行安全防护。
• 用户溯源和审计：记录用户NAT前后IP地址、端口等日志发往日志服务器，满足相关部门的审计和溯源需求。

二、方案设计

2.1 典型组网

如图所示，广电向两个ISP各租用了两条链路，为城域网的广电用户提供宽带上网服务。广电还在服务器区部署了服务器，为内外网用户提供服务器托管业务。

广电的Internet出口处部署了两台防火墙双机热备组网（主备方式）。两台防火墙的上行接口通过出口汇聚交换机与两个ISP相连，下行接口通过核心路由器与城域网相连，通过服务器区的交换机与服务器相连。

防火墙在广电网络出口的典型组网

广电网络对Internet出口防火墙的具体需求如下：

• 两台防火墙能够组成主备备份组网，提升网络可靠性。
• 通过防火墙的源NAT功能保证城域网的海量用户能够同时访问Internet。
• 为了提升内网用户的宽带上网体验，广电的出口选路需求如下：
  • 能够根据目的地址所属的ISP进行选路。例如，访问ISP1的服务器的流量能够通过ISP1链路转发，访问ISP2的服务器的流量能够通过ISP2链路转发。
  • 属于同一个ISP的流量在两条链路间按权重负载分担。
  • 引导P2P流量由资费较低、带宽较大的ISP2链路转发。
• 托管的服务器能够供外网用户访问，对服务器进行管理。
• 广电网络内还部署了DNS服务器为以上服务器提供域名解析。广电希望各ISP的外网用户能够解析到自己ISP为服务器分配的地址，从而提高访问服务器的速度。
• 防火墙能够保护内部网络，防止各种DDoS攻击，并对僵尸、木马、蠕虫等网络入侵行为进行告警。
• 为了应对有关部门的审查，防火墙能够提供内网用户访问Internet的溯源功能，包括NAT转换前后的IP地址、端口等。

2.2 业务规划

2.2.1 设备规划

广电网络出口可能用到的设备如表所示：

广电网络出口设备规划

2.2.2 双机热备规划

由于一个ISP接入点无法与两台防火墙直接相连，因此需要在防火墙与ISP之间部署出口汇聚交换机。出口汇聚交换机可以将ISP的一条链路变为两条链路，然后分别将两条链路与两台防火墙的上行接口相连。而防火墙与下行路由器之间运行OSPF，所以这就组成了“两台防火墙上行连接交换机，下行连接路由器”的典型双机热备组网。该种组网方式防火墙上行配置VRRP备份组，下行配置VGMP组监控业务口。

双机热备组网可以转换为图1，将与同一个ISP接入点连接的主备防火墙接口加入同一个VRRP备份组。

双机热备组网

2.2.3 多出口选路规划

广电向不同运营商租用链路，多出口选路功能尤为重要，防火墙提供丰富的多出口功能满足需求：

• 通过DNS透明代理分担内网用户上网的DNS请求，从而达到在多个ISP间分担流量的目的。
• 内网用户上网的第一步是用户访问某个域名，DNS服务器将域名解析为IP地址。这一步存在一个问题，内网PC往往都配置了同一个ISP的DNS服务器，这样将导致用户只能解析到一个ISP的地址，后续的ISP选路也就无从谈起了。防火墙提供DNS透明代理功能解决这一问题，防火墙通过一定的规则将内网用户的DNS请求分担至不同ISP的DNS服务器，从而解析到不同ISP的地址。本例采取指定链路权重的方式分担DNS请求。
• 通过基于多出口的策略路由实现ISP选路。

防火墙的策略路由可以同时指定多个出接口，并配置多个出接口的流量分担方式。例如指定目的地址为ISP1地址的流量从ISP1的两个出接口发送，同时指定两个出接口间按权重进行负载分担。

• 通过基于应用的策略路由将P2P流量引导至ISP2链路。
• 通过健康检查探测链路的可达性。

防火墙探测某个出接口到指定目的地址的链路健康状态，保证流量不会被转发到故障链路上。

2.2.4 源NAT规划

在FW配置源NAT使内网用户可以通过有限的公网IP地址访问Internet。

地址池

根据向ISP申请的公网IP地址，配置两个对应不同ISP的地址池，注意地址池中排除VRRP备份组的公网IP、服务器对外发布的公网IP。

NAPT

Network Address and Port Translation

NAPT同时对IP地址和端口进行转换，内网用户访问Internet的报文到达防火墙后，报文的源地址会被NAT转换成公网地址，源端口会被NAT转换成随机的非知名端口。这样一个公网地址就可以同时被多个内网用户使用，实现了公网地址的复用，解决了海量用户同时访问Internet的问题。

NAT ALG

当防火墙既开启NAT功能，又需要转发多通道协议报文（例如FTP等）时，必须开启相应的NAT ALG功能。例如FTP、SIP、H323、RTSP和QQ等多通道协议。

2.2.5 NAT Server规划

广电的托管服务器业务主要开通网站托管业务，如某个学校的网站托管，同时还有公司内部的办公网，公司门户网站等。由于托管服务器部署在内网的DMZ区域，所以需要在防火墙上部署NAT server功能，将服务器的私网地址转换成公网地址，而且需要为不同的ISP用户提供不同的公网地址。

如果DNS服务器在内网，则需要配置智能DNS使外网用户可以获取最适合的服务器解析地址，即与用户属于同一ISP网络地址避免跨网络访问。

2.2.6 安全功能规划

缺省情况下FW拒绝所有流量通过，需要配置安全策略允许正常的业务访问。具体规划见下文的数据规划。

出口网关作为广电网络与外界通信的关口，需要配置入侵防御（IPS）、攻击防范等安全功能。

本案例使用缺省的IPS配置文件default，对检测到的入侵行为进行阻断；还可以选择配置文件ids先记录攻击日志不阻断，然后根据日志再配置具体的IPS配置文件。

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2.2.7 用户溯源规划

通过与日志服务器配合完成用户溯源：

1. FW配置向日志服务器发送会话日志功能，会话日志中详细记录了会话的原始（即NAT转换前）源IP地址/端口、目的IP地址/端口，以及会话经过NAT转换后的源IP地址/端口和目的IP地址/端口等信息。
2. 如果某个用户在外网发布了非法言论，管理员在日志服务器中根据该用户的公网IP地址追踪到其私网IP地址。
3. 管理员根据企业内部的认证系统等追踪到具体用户账号。

2.2.8 数据规划

根据上述业务规划进行数据规划。

接口和安全区域

FW_A

GE1/0/1

• IP地址：1.1.1.2/29
• 安全区域：isp1_1
• 网关：1.1.1.6/29
• VRRP备份组1：1.1.1.1/29
• VGMP管理组：Active

GE1/0/2

• IP地址：2.2.2.2/29
• 安全区域：isp2_1
• 网关：2.2.2.6/29
• VRRP备份组2：2.2.2.1/29
• VGMP管理组：Active

GE1/0/6

• IP地址：1.1.2.2/29
• 安全区域：isp1_2
• 网关：1.1.2.6/29
• VRRP备份组3：1.1.2.1/29
• VGMP管理组：Active

GE1/0/7

• IP地址：2.2.3.2/29
• 安全区域：isp2_2
• 网关：2.2.3.6/29
• VRRP备份组2：2.2.3.1/29
• VGMP管理组：Active

GE1/0/5

• IP地址：10.0.7.1/24
• 安全区域：hrp

GE1/0/3

• IP地址：10.0.3.1/24
• 安全区域：Trust

GE1/0/4

• IP地址：10.0.5.1/24
• 安全区域：DMZ

FW_B

GE1/0/1

• IP地址：1.1.1.3/29
• 安全区域：isp1_1
• 网关：1.1.1.6/29
• VRRP备份组1：1.1.1.1/29
• VGMP管理组：Standby

GE1/0/2

• IP地址：2.2.2.3/29
• 安全区域：isp2_1
• 网关：2.2.2.6/29
• VRRP备份组2：2.2.2.1/29
• VGMP管理组：Standby

GE1/0/6

• IP地址：1.1.2.3/29
• 安全区域：isp1_2
• 网关：1.1.2.6/29
• VRRP备份组3：1.1.2.1/29
• VGMP管理组：Active

GE1/0/4

• IP地址：2.2.3.3/29
• 安全区域：isp2_2
• 网关：2.2.3.6/29
• VRRP备份组2：2.2.3.1/29
• VGMP管理组：Active

GE1/0/5

• IP地址：10.0.7.2/24
• 安全区域：hrp

GE1/0/3

• IP地址：10.0.4.1/24
• 安全区域：Trust

GE1/0/4

• IP地址：10.0.6.1/24
• 安全区域：DMZ

安全策略

trust_to_isp1

• 源安全区域：Trust
• 目的安全区域：isp1_1、isp1_2
• 动作：permit
• IPS配置文件：default

允许内网用户访问ISP1。

trust_to_isp2

• 源安全区域：Trust
• 目的安全区域：isp2_1、isp2_2
• 动作：permit
• IPS配置文件：default

允许内网用户访问ISP2。

isp1_to_http、isp2_to_http

• 源安全区域：isp1_1、isp1_2、isp2_1、isp2_2
• 目的安全区域：DMZ
• 目的地址：10.0.10.10/24
• 服务：HTTP
• 动作：permit
• IPS配置文件：default

允许ISP访问内网Web服务器。

isp1_to_ftp、isp2_to_ftp

• 源安全区域：isp1_1、isp1_2、isp2_1、isp2_2
• 目的安全区域：DMZ
• 目的地址：10.0.10.11/24
• 服务：FTP
• 动作：permit
• IPS配置文件：default

允许ISP访问内网FTP服务器。

isp1_to_dns、isp2_to_dns

• 源安全区域：isp1_1、isp1_2、isp2_1、isp2_2
• 目的安全区域：DMZ
• 目的地址：10.0.10.20/24
• 服务：FTP
• 动作：permit
• IPS配置文件：default

允许ISP访问内网DNS服务器。

local_to_logcenter

• 源安全区域：local
• 目的安全区域：DMZ
• 目的地址：10.0.10.30/24
• 动作：permit

允许防火墙访问内网日志服务器。

local_to_trust

• 源安全区域：local、Trust
• 目的安全区域：local、Trust
• 服务：OSPF
• 动作：permit

允许防火墙与下游路由器交互OSPF报文。

local_to_isp

• 源安全区域：local
• 目的安全区域：isp1_1、isp1_2、isp2_1、isp2_2
• 动作：permit

允许防火墙访问外网，进行特征库升级服务、发送健康检查报文。

源NAT

• ISP1_1地址池：1.1.1.10～1.1.1.12
• ISP1_2地址池：1.1.2.10～1.1.2.12
• ISP2_1地址池：2.2.2.10～2.2.2.12
• ISP2_2地址池：2.2.3.10～2.2.3.12
• 模式：NAPT

NAT Server

Web服务器

• 私网IP地址：10.0.10.10
• ISP1_1公网IP地址：1.1.1.15
• ISP1_2公网IP地址：1.1.2.15
• ISP2_1公网IP地址：2.2.2.15
• ISP2_2公网IP地址：2.2.3.15

FTP服务器

• 私网IP地址：10.0.10.11
• ISP1_1公网IP地址：1.1.1.16
• ISP1_2公网IP地址：1.1.2.16
• ISP2_1公网IP地址：2.2.2.16
• ISP2_2公网IP地址：2.2.3.16

DNS服务器

• 私网IP地址：10.0.10.20
• ISP1_1公网IP地址：1.1.1.17
• ISP1_2公网IP地址：1.1.2.17
• ISP2_1公网IP地址：2.2.2.17
• ISP2_2公网IP地址：2.2.3.17

ISP1

• 地址文件名称：isp1.csv
• 运营商名称：isp1
• 主用DNS服务器：1.1.1.222
• 备用DNS服务器：1.1.1.223

ISP2

• 地址文件名称：isp2.csv
• 运营商名称：isp2
• 主用DNS服务器：2.2.2.222
• 备用DNS服务器：2.2.2.223

2.3 注意事项

2.3.1 License

IPS功能和智能DNS功能需要License支持，另外智能DNS功能需要加载内容安全组件包才能使用。

2.3.2 硬件要求

对于USG9500，IPS、基于应用的策略路由、智能DNS需要应用安全业务处理子卡（SPC-APPSEC-FW）在位，否则功能不可用。

2.3.3 组网部署

当双机热备与智能选路结合使用时，如果上行部署交换机运行VRRP，防火墙的上行物理接口必须配置与ISP路由器同一网段的公网IP地址，否则无法指定接口的gateway。gateway命令是智能选路、链路健康探测的必选配置。

如果上行是路由器则无此限制。

2.3.4 智能选路

• 防火墙在接口下提供gateway命令生成等价缺省路由，协议类型为UNR，路由优先级为70，低于静态路由的优先级（60）。配置了此命令后不能再手动配置多出口的静态等价路由
• 策略路由智能选路不能和IP欺骗攻击防范功能或URPF（Unicast Reverse Path Forwarding，单播逆向路径转发）功能一起使用。如果开启IP欺骗攻击防范功能或URPF功能，可能导致防火墙丢弃报文。

2.3.5 黑洞路由

防火墙支持为NAT地址池中的地址生成UNR（User Network Route）路由，该UNR路由的作用与黑洞路由的作用相同，可以防止路由环路，同时也可以引入到OSPF等动态路由协议中发布出去。对于NAT Server来说，如果指定了协议和端口，则还需要手工配置目的地址为公网地址的黑洞路由，使外网访问公网地址但没有匹配到Server-Map的报文匹配到黑洞路由后直接被丢弃，防止路由环路。

三、配置脚本

整体配置分为：

• 配置接口和安全区域
• 配置智能选路及路由
• 配置双机热备
• 配置源NAT
• 配置NAT Server和智能DNS
• 配置安全策略及安全防护
• 配置用户溯源

配置脚本下载链接：

链接：https://pan.quark.cn/s/eba7fecc4329
提取码：mcvC

3.1 结果验证

• 内网用户可以正常访问Internet。
• 外网用户可以通过公网IP访问内网服务器。
• eSight可以获取防火墙会话日志。
• 在主防火墙的接口GigabitEthernet 1/0/1上执行shutdown命令，模拟链路故障，发现主备正常倒换，业务不会中断。

四、方案总结与建议

4.1 方案总结

本案例介绍了防火墙部署在广电网络出口的组网规划及部署，实际可以根据需求选择配置的功能。该方案有如下几点总结：

• 网络部署上采取了双机热备部署方式，上行连接交换机部署VRRP，下行连接路由器运行OSPF。实际还可能上行也部署出口路由器运行OSPF。本案例中的部署方式尤其注意防火墙上行接口需规划公网地址，否则无法指定接口网关。
• 多出口智能选路是广电出口的重要需求，本例通过如下方式实现需求：
• 出站：本例通过多出口策略路由实现了两个需求，目的地址属于哪个ISP就从哪条链路转发、属于同一个ISP的流量在该ISP的多条链路间按权重负载分担。
• 入站：

配置NAT Server向不同ISP公布不同的服务器公网IP地址。同时如果为服务器提供域名解析的DNS服务器部署在内网，防火墙还提供了智能DNS功能使各ISP的外网用户能够解析到自己ISP为服务器分配的地址，从而提高访问服务器的速度。

4.2 其他配置建议

本例中使用了最常用的NAPT进行地址转换，如果网络中P2P流量较多可以选择配置三元组NAT节省二级运营商的运营资费。

文件共享、语音通信、视频等P2P应用的实现原理都是先从服务器获取对端的IP和端口，然后直接与对方建立连接。此时NAPT与P2P不能很好地共存。

例如：内网PC1首先和外网的P2P服务器进行交互（登录、认证等操作），防火墙会对PC1访问P2P服务器的报文进行NAPT方式的转换，P2P服务器记录PC1经过转换后的公网地址和端口。当PC2需要下载文件时，服务器会将PC1的地址和端口发给PC2，然后PC2从PC1上下载文件。但是因为PC2访问PC1无法匹配会话表而被防火墙拒绝访问，PC2就只能再向其他主机请求资源文件。

这样如果PC1和PC2都位于内网，PC2却只能向外网主机请求资源文件。这样当有大量的内网用户进行P2P下载时，这种业务就会占用很多运营商带宽，而且浪费了二级运营商的流量资费。同时，对于跨网络访问，用户的下载体验也不佳。

三元组NAT可以解决此问题，无论PC1是否访问过PC2，只要PC2获取到PC1经过NAT转换后的地址和端口，就可以主动向该地址和端口发起访问。防火墙上即使没有配置相应的安全策略，也允许此类访问报文通过。两台内网PC可以不通过外网直接进行P2P下载，节约了二级运营商的流量资费。

三元组NAT配置与NAPT配置差异不大，只是指定地址池类型为full-cone类型。

HRP_M[FW_A] nat address-group pool_isp1
HRP_M[FW_A-address-group-pool_isp1] mode full-cone global
HRP_M[FW_A-address-group-pool_isp1] section 1.1.1.10 1.1.1.12
HRP_M[FW_A-address-group-isp1] quit

💡说明：

对于USG9500配置三元组NAT前，必须保证HASH选板模式为源地址HASH模式。具体的配置命令如下：

[FW] firewall hash-mode source-only

配置完成后需要重新启动设备才能生效。