CN111131547A - 一种nat网关主备切换时避免tcp连接中断的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法。该NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，将连接主、备两台NAT网关的下行交换机的接口都配置成trunk mode，并确保这两个下行交换机接口允许的VLAN list设置完全相同；将连接主、备两台NAT网关的上行交换机的接口也置成trunk mode，并确保这两个上行交换机接口允许的VLAN list设置完全相同；从而在没有添加任何额外的设备的情况下实现主、备两台NAT网关数据包的状态同步。该NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，无须增加硬件投入和支出，使用廉价的方式实现了TCP连接不间断的NAT网关切换，能够保证主NAT网关宕机时正在使用的TCP服务不受任何影响，既改善了NAT网关的用户体验，又降低了网关维护的运维成本。

Description

一种NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法
技术领域
本发明涉及NAT网关高可用部署技术领域，特别涉及一种NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法。
背景技术
NAT(Network Address Translation，网络地址转换)，即通过把私网IP地址转换成公网IP地址来实现内网/私网物理机或虚拟机对外网/公网的访问。一对一NAT即每个私网IP对应一个公网IP，这样IP包只做IP地址转换，不做端口转换。
Conntrack(Connection Track)，即连接状态跟踪机制，它是Linux实现防火墙，SNAT，NAT的基础。它为所有的网络连接维护了一个连接状态表，每一个表项跟踪一个特定的连接的状态。它不仅仅用于TCP，UDP，ICMP等都可以用它来跟踪。
在目前的NAT网关高可用部署中，如果主NAT网关坏了，备NAT网关将激活扮演做主NAT网关，但是原来的TCP连接将全部被中断，客户端必须重新建立TCP连接才能正常工作。
一些现存的实现TCP连接不间断的方案极其复杂，它要求各NAT网关之间需要专门的网络接口来做包的状态同步。但是，这无疑会增加部署成本，同时严重影响NAT网关自身的性能，而且实现的复杂性极其高。因此，当一个NAT网关出现问题后，TCP连接的稳定性和可靠性都无法得到保证。
基于上述情况，本发明提出了一种NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种简单高效的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，将连接主、备两台NAT网关的下行交换机的接口都配置成trunk mode(中继模式)，并确保这两个下行交换机接口允许的VLAN list设置完全相同；
下行来的流量都将进入主、备两台NAT网关，从而在没有添加任何额外的设备的情况下实现主、备两台NAT网关数据包的状态同步；
第二步，将连接主、备两台NAT网关的上行交换机的接口也置成trunk mode(中继模式)，并确保这两个上行交换机接口允许的VLAN list设置完全相同；
上行来的流量同时进入主、备两台NAT网关，从而实现了主、备两台NAT网关数据包的状态同步。
所述主、备两个NAT网关使用Conntrack(连接状态跟踪机制)来建立连接状态表，不需要借助任何额外的网络或硬件设备，仅利用交换机现有的trunk mode(中继模式)，主、备两个NAT网关即可接收所有TCP连接上收发的数据包，从而实现精确的连接状态同步。
所述主、备两台NAT网关中，备用NAT网关在状态同步完后就将数据包丢弃，从而保证主、备两台NAT网关的TCP连接实现状态同步；当主NAT网关宕机时，备用NAT网关能立刻切换为主NAT网关，处理原来的TCP连接，完全不影响客户端业务，TCP连接不会中断，也无须重新建立TCP连接。
所述主NAT网关用于处理TCP连接上收发的数据包，实现NAT网关功能；而所述备用NAT网关仅用于实现同步连接状态，然后就把数据包扔掉。
当主NAT网关宕机时，备用NAT网关将立刻反备为主；变成主NAT网关后，NAT网关不再扔掉数据包，而是处理TCP连接上收发的数据包，实现真正的NAT功能。
所述主、备两台NAT网关使用软件keepalived实现主NAT网关与备用NAT网关的切换。
所述主、备两台NAT网关的openflow流表项中，主NAT网关为output action，备用NAT网关为drop action，除此以外其他项设定完全相同。
所述NAT网关功能使用虚拟交换机Open vSwitch实现；当主、备NAT网关发生切换时，原备用NAT网关利用软件keepalived调用脚本来修改Open vSwitch的openflow流表，将原来的drop action修改为output action，从而切换为主NAT网关，开始行使真正的NAT网关功能。
当宕机的主NAT网关修复后又能重新实现在线服务时，宕机的主NAT网关利用软件keepalived调用脚本修改Open vSwitch的openflow流表，将原来的output action修改为drop action，从而切换为备用NAT网关，并与正在实现NAT功能的主NAT网关实现TCP连接状态同步。
本发明的有益效果是：该NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，无须增加硬件投入和支出，使用廉价的方式实现了TCP连接不间断的NAT网关切换，能够保证主NAT网关宕机时正在使用的TCP服务不受任何影响，既改善了NAT网关的用户体验，又降低了网关维护的运维成本。
附图说明
附图1为本发明NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
该NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，包括以下步骤：
第一步，将连接主、备两台NAT网关的下行交换机的接口都配置成trunk mode(中继模式)，并确保这两个下行交换机接口允许的VLAN list设置完全相同；
下行来的流量都将进入主、备两台NAT网关，从而在没有添加任何额外的设备的情况下实现主、备两台NAT网关数据包的状态同步；
第二步，将连接主、备两台NAT网关的上行交换机的接口也置成trunk mode(中继模式)，并确保这两个上行交换机接口允许的VLAN list设置完全相同；
上行来的流量同时进入主、备两台NAT网关，从而实现了主、备两台NAT网关数据包的状态同步。
所述主、备两个NAT网关使用Conntrack(连接状态跟踪机制)来建立连接状态表，不需要借助任何额外的网络或硬件设备，仅利用交换机现有的trunk mode(中继模式)，主、备两个NAT网关即可接收所有TCP连接上收发的数据包，从而实现精确的连接状态同步。
所述主、备两台NAT网关中，备用NAT网关在状态同步完后就将数据包丢弃，从而保证主、备两台NAT网关的TCP连接实现状态同步；当主NAT网关宕机时，备用NAT网关能立刻切换为主NAT网关，处理原来的TCP连接，完全不影响客户端业务，TCP连接不会中断，也无须重新建立TCP连接。
所述主NAT网关用于处理TCP连接上收发的数据包，实现NAT网关功能；而所述备用NAT网关仅用于实现同步连接状态，然后就把数据包扔掉。
当主NAT网关宕机时，备用NAT网关将立刻反备为主；变成主NAT网关后，NAT网关不再扔掉数据包，而是处理TCP连接上收发的数据包，实现真正的NAT功能。
所述主、备两台NAT网关使用软件keepalived实现主NAT网关与备用NAT网关的切换。
所述主、备两台NAT网关的openflow流表项中，主NAT网关为output action，备用NAT网关为drop action，除此以外其他项设定完全相同。
所述NAT网关功能使用虚拟交换机Open vSwitch实现；当主、备NAT网关发生切换时，原备用NAT网关利用软件keepalived调用脚本来修改Open vSwitch的openflow流表，将原来的drop action修改为output action，从而切换为主NAT网关，开始行使真正的NAT网关功能。
当宕机的主NAT网关修复后又能重新实现在线服务时，宕机的主NAT网关利用软件keepalived调用脚本修改Open vSwitch的openflow流表，将原来的output action修改为drop action，从而切换为备用NAT网关，并与正在实现NAT功能的主NAT网关实现TCP连接状态同步。
所述主、备两台NAT网关进行主备切换切换时，TCP客户端对此是无感知的，因为备用NAT网关有在主NAT网关上的所有TCP连接的状态表，并且与主NAT网关上的状态表数据精确一致。
与现有技术相比，该NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，具有以下特点：
首先，该NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，使用廉价的方式实现了TCP连接不间断的NAT网关切换，这对网关维护意义重大。
其次，该NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，改善了NAT网关的用户体验，能够保证一个NAT网关宕机时正在使用的TCP服务不受任何影响。
最后，该NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，无须增加硬件投入和支出，降低了网关维护的运维成本。
以上所述的实施例，只是本发明具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将连接主、备两台NAT网关的下行交换机的接口都配置成trunk mode，并确保这两个下行交换机接口允许的VLAN list设置完全相同；
下行来的流量都将进入主、备两台NAT网关，从而在没有添加任何额外的设备的情况下实现主、备两台NAT网关数据包的状态同步；
第二步，将连接主、备两台NAT网关的上行交换机的接口也置成trunk mode，并确保这两个上行交换机接口允许的VLAN list设置完全相同；
上行来的流量同时进入主、备两台NAT网关，从而实现了主、备两台NAT网关数据包的状态同步。
2.根据权利要求1所述的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：所述主、备两个NAT网关使用Conntrack来建立连接状态表，不需要借助任何额外的网络或硬件设备，仅利用交换机现有的trunk mode，主、备两个NAT网关即可接收所有TCP连接上收发的数据包，从而实现精确的连接状态同步。
3.根据权利要求1或2所述的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：所述主、备两台NAT网关中，备用NAT网关在状态同步完后就将数据包丢弃，从而保证主、备两台NAT网关的TCP连接实现状态同步；当主NAT网关宕机时，备用NAT网关能立刻切换为主NAT网关，处理原来的TCP连接，完全不影响客户端业务，TCP连接不会中断，也无须重新建立TCP连接。
4.根据权利要求3所述的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：所述主NAT网关用于处理TCP连接上收发的数据包，实现NAT网关功能；而所述备用NAT网关仅用于实现同步连接状态，然后就把数据包扔掉。
5.根据权利要求4所述的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：当主NAT网关宕机时，备用NAT网关将立刻反备为主；变成主NAT网关后，NAT网关不再扔掉数据包，而是处理TCP连接上收发的数据包，实现真正的NAT功能。
6.根据权利要求1所述的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：所述主、备两台NAT网关使用软件keepalived实现主NAT网关与备用NAT网关的切换。
7.根据权利要求1或6所述的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：所述主、备两台NAT网关的openflow流表项中，主NAT网关为output action，备用NAT网关为drop action，除此以外其他项设定完全相同。
8.根据权利要求7所述的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：所述NAT网关功能使用虚拟交换机Open vSwitch实现；当主、备NAT网关发生切换时，原备用NAT网关利用软件keepalived调用脚本来修改Open vSwitch的openflow流表，将原来的drop action修改为output action，从而切换为主NAT网关，开始行使真正的NAT网关功能。
9.根据权利要求7所述的NAT网关主备切换时避免TCP连接中断的方法，其特征在于：当宕机的主NAT网关修复后又能重新实现在线服务时，宕机的主NAT网关利用软件keepalived调用脚本修改Open vSwitch的openflow流表，将原来的output action修改为dropaction，从而切换为备用NAT网关，并与正在实现NAT功能的主NAT网关实现TCP连接状态同步。
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