На коленке: агрегация VPN, или надежная связь на ненадежных каналах

Как организовать гарантированный канал доставки трафика, даже если нет возможности подвести оптику и закупить дорогостоящее оборудование.

25 марта  • 

Представьте задачу: необходимо обеспечить стабильным интернетом и покрыть бесшовным Wi-Fi здание площадью 300 м2 с возможной расчетной нагрузкой до 100 человек. На первый взгляд, “вроде изян”. Но стоит добавить пару деталей, и задача усложняется:

  • здание стоит в лесопарковой зоне, где нет оптики, так что наш вариант – мобильная связь;
  • нужно обеспечить регулярные видеотрансляции, то есть добиться стабильного интернета при единственном GSM-провайдере;
  • бюджет ограничен.

Итого: потери и отвалы от базовой станции подкрадываются в самое неподходящее время.

Такие проблемы я встречал у колл-центров без выделенных каналов связи, передвижных репортерских комплексов, критически важных удаленных систем. Трудности могут возникнуть не только в случае с VoIP и стримингом видео, но и с любым запросом на гарантированный канал доставки чувствительного к потерям трафика. К сожалению, не всегда есть возможность подвести оптику и закупить дорогостоящее оборудование.

В статье покажу, как в одном проекте я решил эти задачи “дешево и сердито” – такой вариант подойдет малому бизнесу. В конце предложу варианты решения для менее скромного бюджета – для крупных заказчиков.

Схема решения вкратце

Итак, при первом столкновении с проблемой отвалов я начал с агрегации частот и убедился, что это не поможет. Смена категории LTE-модема с Cat4 на Cat6 или – еще круче – Cat12 давала преимущество в скорости, но в потерях и отвалах – нет. Пришел к выводу, что нужен второй LTE-провайдер. При этом при переключении не должен потеряться ни один кадр и трансляция не должна отвалиться.

На помощь пришла такая связка: агрегация, она же bonding, и TCP-OpenVPN-туннель поверх этого.

  1. в облаке создал “сервер агрегации” – виртуалку с CLOUD HOSTED ROUTER (CHR) на базе Router OS;
  2. на ней поднял L2TP-сервер с включенным шифрованием IPsec;
  3. поверх L2TP over IPsec создал два EoIP-туннеля;
  4. EoIP-туннели агрегированы bonding-интерфейсом;
  5. вишенка на торте – TCP-шный OpenVPN-туннель.

Итоговая схема:

Вместо виртуальной машины в дата-центре в качестве R1 может выступать любая железка с достаточной производительностью. Например, тот же MikroTik серии CCR, компьютер, размещенный где угодно. Главное – позаботиться о производительности и стабильных каналах связи, использовать схемы активного резервирования (VRRP в помощь).

Поддержка OpenVPN UDP реализована только в 7-й версии RouterOS, поэтому в этой конфигурации безальтернативно используется протокол TCP.

Сейчас схема стабильно работает, но нет предела совершенству. Для надежности можно добавить еще LTE-провайдеров или проводные каналы связи, когда такая возможность появится.

Теперь расскажу подробнее о строительстве схемы. Начнем с R1 (облачного маршрутизатора) и – далее – R2 (филиального).

Маршрутизатор R1

  1. Сначала берем второй белый IP в дата-центре. У меня CHR находился за Edge в облаке VMware, так что обязательно пробрасываем порты на Edge UDP 1701, 500 и 4500 NAT-T – IPSec Network Address Translator Traversal. Также делаем разрешающее правило в межсетевом экране Edge.
  2. Добавляем в таблицу firewall filter разрешающее правило доступа к маршрутизатору извне для портов UDP 1701, 500 и 4500. Если у вас белые IP непосредственно на маршрутизаторе без пробросов через Edge, галочку NAT Traversal НУЖНО СНЯТЬ!

    Проверяем дефолтный IPsec-профиль:

/ip ipsec profile
set [ find default=yes ] dh-group=modp1024 enc-algorithm=3de
  1. Создаем профиль для L2TP-туннелей:
/ppp profile
add change-tcp-mss=no name=profile01 use-compression=no use-encryption=no use-mpls=no use

и настраиваем учетные записи:

/ppp secret
add local-address=172.16.0.1 name=l2tp_R1-R2_ISP1 password=ros7.elements.forever profile=profile01 remote-address=172.16.0.2 service=l2tp
add local-address=172.16.0.5 name=l2tp_R1-R2_ISP2 password=ros7.elements.forever profile=profile01 remote-address=172.16.0.6 service=l2tp
  1. Активируем L2TP-сервер и включаем шифрование IPsec:
/interface l2tp-server server
set authentication=mschap2 caller-id-type=number default-profile=profile01 enabled=yes ipsec-secret=ВАШ КРУТОЙ ПАРОЛЬ use-ipsec=yes
  1. Поднимаем два EoIP-туннеля поверх L2TP/IPsec-туннелей:
/interface eoip
add keepalive=1s,5 local-address=172.16.0.1 mac-address=00:00:00:00:00:A1 name=eoip-tun1_over_l2tp_R1-R2_ISP1 remote-address=172.16.0.2 tunnel-id=1
add keepalive=1s,5 local-address=172.16.0.5 mac-address=00:00:00:00:00:B1 name=eoip-tun2_over_l2tp_R1-R2_ISP2 remote-address=172.16.0.6 tunnel-id=2

Обязательно указываем минимальный keepalive timeout равным 1 секунде и для каждого EoIP-туннеля указываем уникальный ID.

  1. Настраиваем bonding и назначаем на него IP-адрес:
/interface bonding
add lacp-rate=1sec mii-interval=1ms mode=broadcast name=bonding1 slaves=eoip-tun1_over_l2tp_R1-R2_ISP1,eoip-tun2_over_l2tp_R1-R2_ISP2
/ip address
add address=172.16.1.1/30 interface=bonding1

Тут важно заметить, что в поле mode (режим работы bonding-интерфейса) я указал broadcast, чтобы пакеты отправлялись сразу по двум тоннелям. Таким образом потеря пакета на любом из двух интерфейсов не приведет к потере пакета на bonding-интерфейсе. Остальные значения устанавливаем, как на картинке.

Активируем OpenVPN-сервер

Так как у меня OpenVPN использовался еще и для внешних подключений, то я предварительно сгенерировал сертификаты и импортировал их в CHR. На этом останавливаться подробно не буду.

Создаем /ppp profile и /ppp secret для OpenVPN:

/ppp profile
add change-tcp-mss=no name=profile02 use-compression=no use-encryption=no use-mpls=no use
/ppp secret
add local-address=172.16.2.1 name=ovpn_over_bonding1 password=ros7.elements.forever profile=profile02 remote-address=172.16.2.2 service=ovpn
/interface ovpn-server server
set auth=sha1 certificate=server.crt_0 cipher=aes256 default-profile=profile02 enabled=yes keepalive-timeout=30 port=1194 require-client-certificate=yes

Обязательно прописываем в nat-таблицу межсетевого экрана правило для нашей серой филиальной сети за маршрутизатором R2, чтобы трафик выходил наружу через R1:

/ip firewall nat
add action=masquerade chain=srcnat out-interface-list=WAN src-address=192.168.1.0/24

Обратный маршрут до серой сети за маршрутизатором R2 указываем через OpenVPN-туннель:

/ip route
add check-gateway=ping distance=1 dst-address=192.168.1.0/24 gateway=172.16.2.2

Маршрутизатор R2

  1. Первым делом прописываем маршруты от одного интерфейса LTE-модема до одного белого IP-адреса дата-центра. Запрещаем в настройках межсетевого экрана в цепочке output прохождение пакетов с другого интерфейса:
/ip route
add distance=1 dst-address= 198.51.100.10/32 gateway=lte1
add distance=1 dst-address= 198.51.100.20/32 gateway=lte2
/ip firewall filter
add action=drop chain=output dst-address= 198.51.100.10 out-interface=lte2
add action=drop chain=output dst-address= 198.51.100.20 out-interface=lte1
  1. Приводим в соответствие с R1 дефолтный конфиг /ip ipsec profile:
/ip ipsec profile
set [ find default=yes ] dh-group=modp1024 enc-algorithm=3de
  1. Создаем /ppp profile:

и два L2TP/IPsec-подключения к дата-центру для каждого из провайдеров:

/ppp profile
add change-tcp-mss=no name=profile01 use-compression=no use-encryption=no use-mpls=no use
/interface l2tp-client
add allow=mschap2 connect-to= 198.51.100.10 disabled=no ipsec-secret= ros7.elements.forever keepalive-timeout=30 name=l2tp_to_R1_over_ISP1 password=ros7.elements.forever
    profile=profile01 use-ipsec=yes user=l2tp_R1-R2_ISP1
add allow=mschap2 connect-to= 198.51.100.20 disabled=no ipsec-secret= ros7.elements.forever keepalive-timeout=30 name=l2tp_to_R1_over_ISP2 password=ros7.elements.forever
    profile=profile01 use-ipsec=yes user=l2tp_R1-R2_ISP2
  1. Создаем EoIP-туннели по аналогии с R1, только меняем местами local и remote IP L2TP/IPsec-линков маршрутизатора R2. Bonding-интерфейс такой же, как на R1:
/interface eoip
add keepalive=1s,5 local-address=172.16.0.2 mac-address=00:00:00:00:00:A2 name=eoip-tun1_over_l2tp_R1-R2_ISP1 remote-address=172.16.0.1 tunnel-id=1
add keepalive=1s,5 local-address=172.16.0.6 mac-address=00:00:00:00:00:B2 name=eoip-tun2_over_l2tp_R1-R2_ISP2 remote-address=172.16.0.5 tunnel-id=2
/interface bonding
add lacp-rate=1sec mii-interval=1ms mode=broadcast name=bonding1 slaves=eoip-tun1_over_l2tp_R1-R2_ISP1,eoip-tun2_over_l2tp_R1-R2_ISP2
/ip address
add address=172.16.1.2/30 interface=bonding1
  1. Также импортируем сертификаты, создаем профиль:

Настраиваем OpenVPN-клиента на R2:

/ppp profile
add change-tcp-mss=no name=profile02 use-compression=no use-encryption=no use-ipv6=no use-mpls=no use-upnp=no
/interface ovpn-client
add certificate=client.crt_0 cipher=aes256 connect-to=172.16.1.1 mac-address=00:00:00:00:00:C2 name=ovpn_over_bonding1 password=ВАШ КРУТОЙ ПАРОЛЬ profile=profile02 use-peer-dns=no user="ovpn_over_bonding1 " verify-server-certificate=yes
  1. Туннели загорелись волшебной буквой R, а EoIP – еще и RS. OpenVPN тоже завелся. Теперь можно направлять трафик с компьютера трансляций в наш слоеный бутерброд – в OpenVPN-туннель. Для этого создаем правило /ip firewall mangle и прописываем сразу новую таблицу маршрутизации:
/ip firewall mangle
add action=mark-routing chain=prerouting dst-address-list=google_sites dst-port=1935 new-routing-mark=pc_to_stream-youtube_over_R1 passthrough=yes protocol=tcp src-address=192.168.1.1
  1. Создаем маршрут через наш OpenVPN-туннель с данной таблицей маршрутизации:
/ip route
add check-gateway=ping distance=1 gateway=172.16.2.1 routing-mark=pc_to_stream-youtube_over_R1

И готово!

Траблшутинг

  • При развертывании конфигурации на действующем железе нужно обязательно переключить прямой и обратный маршруты с туннелей L2TP на OpenVPN-туннель. Если, например, переключить только прямой маршрут, а обратный оставить на L2TP вместо OpenVPN, агрегация полностью работать не будет и пакеты все равно будут теряться.
  • Утилиты RouterOS в разделе /tools очень полезны при траблшутинге. Еще неплохо работает связка /tools Packet Sniffer + Wireshark.
  • Не забудьте “поиграться с mtu”, чтобы достичь лучшей производительности туннелей.
  • Качество сигнала никто не отменял. RSRP, RSRQ и SINR покажут, насколько все хорошо. При большом удалении от базовой станции и плохом сигнале помогут внешние направленные антенны.
  • Важно! Если провайдер фильтрует трафик и идет блокировка L2TP, то можно поднять другие туннели в качестве основы для EoIP, например: OpenVPN или SSTP.
  • Чтобы проверить все в деле, можно сымитировать сбой. Отключаем любой из LTE-интерфейсов или создаем потери искусственно: добавляем в межсетевой экран правило частичной блокировки пакетов и указываем при создании нового правила значение в поле random.

Что еще можно улучшить и оптимизировать

  • Не рекомендую заворачивать весь интернет-трафик, так как это вызовет повышенные накладные расходы (утилизация процессоров, каналов и др.). Лучше пользоваться маркировкой для гарантированной доставки действительно необходимого трафика, а все остальное отправлять на LTE-провайдеров. К примеру, я так делал с загрузкой видеофайлов на облачный диск.
  • QOS – хорошая штука, особенно на каналах LTE, и особенно с VoIP. Не забываем про это, чтобы остальной трафик не забил и так не слишком широкий канал.
  • Можно усилить безопасность, если ограничить подключение извне к портам для L2TP и IPsec маршрутизатора R1. Указываем белый IP LTE-провайдера  с помощью firewall и адресных листов. Хоть адрес и из NAT и на нем висит не один клиент, все равно будет лучше. Так как IP динамический, то нужно включить на MikroTik функцию ip – cloud, чтобы DNS-сервера всегда знали актуальный IP, технология DDNS.

Конечно же, у схемы есть коммерческие аналоги с возможностями работы из коробки, например: peplink MAX HD4 LTE и тому подобное оборудование, – агрегирующие соединения. Тут бизнес сам оценивает их стоимость для себя.

Оставляю ссылки на похожие темы:

Также тем, кому интересна эта тема, рекомендую покопать в сторону MPTCP (Multipath TCP).

Расскажите друзьям и коллегам о статье
  • Поделиться
  • Поделиться
  • Поделиться

Последние статьи

Ликбез по серверным стойкам и чек-лист для выбора самых лучших.

10 июня
Алексей Сидоров

Рекомендации по расширению ВМ для тех, кто только переехал в облако.

27 мая
DataLine

Как и для чего клиенты нашего облака переезжают в сервис NGFW

20 мая
Кирилл Голубенко

Комментарии

Подпишитесь на нашу рассылку

Получайте свежие и полезные материалы и приглашения на наши мероприятия

randomness