Frank Brüggemann, Jens Hektor, Andreas Schreiber Rechen- und Kommunikationszentrum, RWTH Aachen

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1 Leistungsfähige Firewall Systeme am X-WiN Frank Brüggemann, Jens Hektor, Andreas Schreiber Rechen- und Kommunikationszentrum, RWTH Aachen

2 Agenda RWTH-Uplink zum XWiN Januar 2006 Struktur: XWiN-Uplink Firewallcluster - Peripherieswitches Absehbare Anforderungen -> Konzept zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und Dienstgüte Migration Uplink auf 10 Gbit/s redundant via BGP Mehrstufiger Ausbau und Optimierung des Firewallclusters Einsatz von Cisco VSS-Systemen Aktuelle Leistungsdaten Ausblick / Wunschzettel / ToDo's

3 RWTH-XWiN im Januar 2006 Uplink in 10 Gbit/s Ethernet, 5 Gbit/s verfügbare Bandbreite, statisch geroutet, single homed, nicht redundant Firewallcluster der Firma Stonesoft, drei Knoten in Gigabit Ethernet Eingebettet in Cisco Catalyst 6509 Mulitlayer Switches, modulares Chassis

4 Leistungsanforderungen Anfang 2006: mehrere hundert Mbit/s Durchsatz durch das Uplink-System Traffic-MIx: Studierende, Backup, Fileserver... ca. 40% jährlicher Zuwachs des kontinuierlichen Traffics Erhebliche Sondereffekte durch spezielle Nutzergruppen (LHC-Grid!) Plan: Stufenweise Migration aller Uplink-Komponenten auf 10 GbE Gleichzeitige Erhöhung der Dienstgüte / Eliminierung von Single Points of Failure Herausforderung: Adäquate Technologien befinden sich 2006 teilweise in frühen Produktzyklen bzw. sind noch nicht am Markt verfügbar

5 Der Uplink zum XWiN Steigerung der verfügbaren Bandbreite von 5 Gbit/s auf 10 Gbit/s Redundanz durch Umstellung von statischem Routing auf BGP RWTH ist Single Homed -> privates AS (65011), DFN-Verein AS 680 Bereitstellung zweites Interface auf Kundenrouter, BGP Nachbarn auf beiden DFN-Verein annonciert das Prefix /0 (Default-Route) mit jeweils unterschiedlichem MED (Metrik) BGP-Kandidatenroute mit besserer Metrik wird in den Routing Table eingetragen, im Rekonvergenzfalle greift die zweite Kandidatenroute Weitgehend redundante Trassenführung vom Kundenrouter in den DFN-Backbone

6 Uplink: Redundanz durch BGP Migrationspfad statisches Routing -> BGP entspannt und für den Nutzer transparent (AD 20 vs. 1) Umstellung im Herbst 2006, geringer Aufwand, reibungslose Zusammenarbeit mit dem DFN- Verein Läuft seither stabil und praktisch wartungsfrei Zusatznutzen: weitere direkte regionale Peeringpartner konnten im Nachgang ebenfalls allesamt auf BGP umgestellt werden

7 Migration Firewallcluster Clustersoftware des Herstellers Stonesoft / Helsinki Betriebssystem: gehärtetes Linux Hardware selbst beschafft, zertifiziert oder unterstützt durch Hersteller Zunächst ein zusätzlicher Testknoten mit 10 GbE NIC Optimierung der Software für 10 GbE im Produktivbetrieb in enger Zusammen arbeit mit Stonesoft

8 Migration Firewallcluster II Erfolgreicher Umbau auf 10 Gbit/s in allen vier Knoten im August 2006 Stresstests ergeben maximalen Durchsatz von ca. 2 Gbit/s CPU-Auslastung Flaschenhals -> weitere Optimierungen erforderlich Stonesoft schlägt Umstellung auf Layer 2 Multicast basiertes Load Balancing vor

9 Cluster Load Balancing Modi Virtuelles Clusterinterface mit Unicast-MAC in der Firewall konfiguriert Load Balancing Algorithmus wählt einen Masterknoten aus Physikalisches Interface des Masterknotens arbeitet mit der virtuellen MAC-Adresse Traffic, der auf den Firewallcluster geroutet wird, wird initial vom Masterknoten übernommen und an einen geeigneten Knoten weitergereicht Virtuelles Clusterinterface mit Multicast-MAC in der Firewall konfiguriert Alle physikalischen Interfaces der Knoten akzeptieren Multicast- Traffic Statisch generierte Einträge in arp table und mac address table der assoziierten Catalysts Traffic, der auf den Firewallcluster geroutet wird, erreicht alle Knoten, interne Entscheidung ob zuständig oder nicht

10 Multicast Load Balancing - Firewall

11 Multicast Load Balancing c6k-xwin#show conf... ip route ip route ip route arp ARPA... mac-address-table static vlan 108 interface TenGigabitEthernet1/1 TenGigabitEthernet1/3 TenGigabitEthernet2/2 TenGigabitEthernet2/3

12 Optimierungen Firewall-Cluster II Oktober 2007: 10 GbE NICs von Intel in PCI Express Architektur verfügbar Labtests von Stonesoft vielversprechend Sukzessiver Umbau aller Knoten auf PCI Express Maximaler Durchsatz mehr als verdoppelt

13 Erhöhung der Redundanz: Cisco VSS Fortsetzung des Redundanzkonzepts Modulare Cisco 650x Chassis bereits intrinsisch redundant (Netzteile, Backplane, Supervisor Engine, Portchannel) Standort nicht fail safe : engagiertes Patchen im Uplinkschrank, Stromausfall mit Erschöpfung der USV-Kapazitäten, Brand, Flugzeug... Duplizierung der Systeme aufwändig, Spanning Tree, Next Hop Reundancy (VRRP, GLBP) erforderlich, Konfigurationsaufwand Lösung: Cisco VSS Kopplung zweier physikalischer Chassis Cisco 6506E mit Sup GE über einen 10 GbE Portchannel zu einem logischen VSS-System

14 Cisco VSS II Umsetzung erfolgte in Januar 2008 Konfigurationsaufwand gering Systeme laufen seitdem stabil in Produktion

15 Cisco VSS III Physikalische Migration einer Uplinkhälfte in Zweitstandort Entfernung Luftlinie ca. 1km Sukzessiver Umbau der Sekundärchassis der VSS- Systeme und zweier Firewallknoten Umbau im Frühjahr 2008, Maßnahmen für den Nutzer vollkommen transparent

16 Traffic Snapshot RWTH Uplink

17 Traffic Snapshot / Smokeping

18 Wunschliste / ToDo's Uplink: Neuen Tarif XI14 ausrollen (20 Gbit/s, 6,67 Gbit/s Backup) Firewallcluster: Kernelupgrade, Hardwareupgrade, mehr Knoten -> mehr Kapazität VSS: IOS-Upgrade mit ISSU, IPv6, MPLS,... Cluster/VSS-System als building block für betriebskritische Netzwerksegmente Sinnvolle Stresstests zur Ermittlung der maximalen Systemleistung

19 Danke! Fragen?

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