Multi-­‐Site  Dual  ISP  Redundant  Site-­‐to-­‐Site  VPN  with  OSPF  Failover  

     

 This  document  covers  the  configuration  of  a  multi-­‐site  VPN  scenario  with  dual  ISPs  and  quadruple  VPN  tunnels  at  each  site.  This  scenario  has  three  sites,  two  remote  branches  and  one  main  site.  Each  location  has  two  ISP  connections,  the  remote  branches  do  not  connect  directly  to  each  other,  only  to  the  main  site  but  with  a  full  mesh  configuration  (4  tunnels  per  remote  site).  This  design  will  support  the  loss  of  a  single  connection  at  all  of  the  three  sites  concurrently  while  maintaining  full  connectivity.    To  get  started,  the  below  is  a  quick  (albeit  messy)  diagram  of  the  scenario  network.  The  black  lines  represent  physical  ISP  connections,  the  red  lines  represent  VPN  tunnels  from  the  main  site’s  primary  ISP  connection  and  the  yellow  lines  represent  VPN  tunnels  from  the  main  site’s  secondary  ISP  connection.  Below  the  diagram  there  is  a  layout  of  each  of  the  VPN  tunnels  with  addressing.  The  addressing  at  either  end  of  the  line  is  the  physical  interface  addressing  on  the  firewalls  and  the  the  addressing  below  each  of  the  lines  at  either  end  represent  the  addresses  on  the  tunnel  interfaces  on  each  end  of  the  VPN  tunnel.      Each  of  the  ISP  connections  have  a  separate  address  range  in  the  10.75.200.x  to  10.75.205.x  range,  this  is  to  best  simulate  a  true  distributed  environment  with  completely  separate  address  ranges.  Also  the  tunnel  interfaces  utilize  a  /30  subnet,  this  is  because  there  will  never  be  more  than  two  tunnel  interfaces  as  a  part  of  a  single  VPN  tunnel  so  there  is  no  need  to  waste  addresses  by  using  a  larger  subnet.    This  guide  assumes  that  the  ISP  connections  at  each  site  are  alive  and  routing  correctly.  

By  Mike  Lutgen   January  2016  

 To  begin,  create  the  tunnel  interfaces  on  each  of  the  firewalls  (Network-­‐>Interfaces-­‐>Tunnel),  assign  the  appropriate  IP  addressing  to  each  of  them  and  add  them  to  the  appropriate  zones.  Keep  in  mind  that  the  tunnel  interface  addressing  must  match  on  either  side  of  the  tunnel  so  keep  track  of  which  interfaces  have  which  addresses  assigned  (easiest  to  just  go  in  order).  In  this  scenario  they  will  all  be  added  to  a  single  zone  called  “vpn”;  this  is  a  generally  insecure  method  (as  intra-­‐zone  traffic  is  permitted  by  default).  This  configuration  is  only  recommended  

as  an  initial  setup  measure  to  verify  traffic  is  passing  correctly  before  imposing  security  restrictions  on  it.  Don’t  worry  about  assigning  a  Virtual  router  to  these  interfaces  yet.    In  this  scenario  each  remote  site  will  have  4  tunnel  interfaces  because  there  will  be  a  total  of  4  tunnels  built  and  the  main  site  will  have  8  tunnel  interfaces  because  it  will  have  8  tunnels.    

   

   Next  move  to  IPSec  Tunnels,  (Network-­‐>IPSec  Tunnels)  there  will  be  4  tunnels  for  each  remote  site  and  8  at  the  main  site.  Give  each  tunnel  a  name,  specify  the  tunnel  interface  to  be  used  for  that  tunnel  and  in  the  drop-­‐down  for  IKE  Gateway  click  the  link  to  create  a  new  IKE  Gateway.    

 

 In  the  new  IKE  Gateway  window  specify  the  name,  the  physical  interface  this  tunnel  will  be  tied  to,  select  the  IP  address  in  the  drop-­‐down  (optional  if  only  a  single  IP  address  is  assigned  to  that  interface),  and  specify  the  peer  address  and  pre-­‐shared  key  for  this  tunnel.    

   After  clicking  OK  on  the  IKE  Gateway  creation  window,  select  that  newly  created  IKE  Gateway  from  the  drop-­‐down  back  in  the  IPSec  Tunnel  creation  window,  then  check  the  box  for  Tunnel  Monitor,  specify  the  IP  address  for  the  tunnel  interface  on  the  other  side  of  this  tunnel  (the  tunnel  interface’s  address  on  the  peer  side),  and  select  the  default  Monitor  profile  (this  will  be  adjusted  later,  create  a  unique  Monitor  Profile  right  away  if  desired).  Do  not  specify  any  Proxy  IDs,  leave  everything  on  that  tab  blank.  Each  of  these  tunnels  will  remain  red  (down)  until  the  configuration  is  completed  and  committed  on  both  of  the  peers.    Now  move  to  Virtual  Routers,  every  site  will  have  3  virtual  routers  (no  matter  the  number  of  tunnels);  one  for  each  ISP  and  one  for  all  other  interfaces.  The  reason  for  this  is  that  in  order  to  communicate  each  ISP  connection  will  need  a  next-­‐hop.  Multiple  default  gateway  routes  in  a  single  virtual  router  will  not  accomplish  this  and  traffic  originating  from  the  firewall  does  not  follow  Policy-­‐Based  Forwarding  rules.      Create  each  of  the  ISP  virtual  routers,  add  the  physical  interface  of  the  firewall  that  is  connected  to  that  ISP  and  in  static  routes  add  a  default  route  for  that  ISPs  next  hop.    

   After  that,  create  the  third  virtual  router  and  add  all  other  interfaces  to  this  one,  including  all  tunnel  interfaces.  If  local  internet  access  is  desired  at  that  site,  add  a  default  route  pointing  to  the  virtual  router  of  the  primary  ISP  as  the  next  hop.      

   Then  move  to  Redistribution  Profile  and  click  Add.  Name  it,  set  priority  (1),  select  Connect,    and  then  add  all  connected  interfaces  that  should  have  their  directly  connected  address  ranges  advertised  through  OSPF  to  the  other  locations.  Optionally  create  a  secondary  redistribution  profile  with  a  priority  of  2  selecting  Static  and  specifying  static  routes  you’d  like  to  redistribute  to  other  locations  in  the  middle  column  (under  Destination).    

   Switch  to  the  OSPF  tab  and  click  the  selection  box  to  enable  OSPF  and  give  a  router  ID.  (Note:  this  is  NOT  an  IP  address,  though  it  is  specified  by  4  octets  separated  by  periods  just  like  an  IP  address;  generally  using  the  IP  address  of  the  device  can  simplify  troubleshooting)      

   Click  Add  to  add  an  OSPF  area,  give  it  an  area  ID  (for  most  small  environments  area  0.0.0.0  will  work  perfectly  fine)  and  click  on  the  Interface  tab.  Add  each  of  the  tunnel  interfaces  here,  accepting  all  of  the  default  values  except  for  the  Link  Type,  specify  p2p  for  this.  Toward  the  end  of  this  document  tuning  operations  are  covered  to  adjust  these  timers  for  faster  failover  times.    

   

   Once  all  tunnel  interfaces  are  added  click  OK  to  return  to  the  Virtual  Router  window  on  the  OSPF  tab.  Click  the  Export  Rules  tab  and  Add  the  export  rule  previously  created  to  advertise  all  connected  subnets  out  as  an  Ext-­‐1  type  and  optionally  specify  a  metric  for  it  (if  no  metric  is  specified  it  will  use  the  virtual  router’s  default  metric).  (If  a  secondary  redistribution  profile  was  created  to  advertise  static  routes,  also  add  this  one  in  the  same  manner)    

 

 At  this  point,  the  configuration  to  bring  up  the  VPN  tunnels  and  the  OSPF  neighbors  is  complete.  Verify  that  a  security  rule  is  created  allowing  traffic  to  &  from  the  “vpn”  zone  for  the  desired  areas  of  the  network  at  each  location  and  Commit  the  changes.  If  all  configuration  was  completed  successfully  there  should  be  4  tunnels  at  each  remote  site  showing  green  and  8  tunnels  at  the  main  site  showing  just  the  same.    Remote  Site  1  

   Remote  Site  2  

   Main  Site  

   Switch  over  to  Virtual  Routers  and  select  More  Runtime  Stats  for  the  virtual  router  that  has  all  of  the  tunnel  interfaces  associated  with  it.  On  the  OSPF  tab,  select  the  Neighbor  tab;  in  each  of  the  remote  sites  there  should  be  4  neighbors  and  at  the  main  site  there  should  be  8.      

   If  all  is  correct  so  far,  then  moving  to  the  Routing  tab  there  should  be  routes  for  all  of  the  local  subnets  specified  in  the  redistribution  profiles  at  each  of  the  sites  with  the  flags  A  O1  indicating  that  they  are  Active  routes,  they  were  learned  via  OSPF  and  they  are  Ext-­‐1  routes.    

   Failover  times  in  this  configuration  will  be  approximately  10-­‐15  seconds,  to  decrease  this  follow  the  below  tuning  methods.    

Adjust  the  Monitor  profile  –  this  will  determine  how  long  a  tunnel  interface  is  kept  alive  when  it’s  monitored  address  is  no  longer  accessible.  (Network-­‐>Monitor)  Depending  on  the  stability  of  the  connections  at  each  location  this  can  be  lowered  from  the  default  of  3  second  intervals  with  a  threshold  of  5.  In  the  lab  this  is  configured  at  2  second  intervals  with  a  threshold  of  2.  At  the  very  least,  this  should  be  switched  from  the  Action  of  “wait-­‐recover”  to  “fail-­‐over”.  This  will  create  faster  failovers  during  outages.    Adjust  the  OSPF  timers  –  this  will  determine  reconvergence  times  when  an  interface  drops.  (Network-­‐>Virtual  Routers-­‐><virtual  router  with  the  OSPF  config>-­‐>OSPF  –  Edit  area  0.0.0.0)  For  each  of  the  tunnel  interfaces  the  Timing  can  be  adjusted,  primarily  focusing  on  the  Hello  Interval  and  Dead  Counts  timers.  The  timers  between  each  neighbor  connection  need  to  match,  if  they  do  not  the  neighbor  will  not  come  up,  or  it  may  come  up  but  will  cause  route  flapping.  Again,  the  ability  to  tune  these  will  depend  on  the  stability  of  the  connection  at  the  particular  location  but  in  the  lab  these  are  currently  set  at  5  and  3  respectively  with  failover  times  at  3-­‐4  seconds.      Adjusting  either  of  these  two  mechanisms  too  aggressively  will  cause  flapping  interfaces  and  routes  and  will  lead  to  a  very  unstable  environment;  when  tuning,  it  is  best  to  be  not  aggressive  enough  than  too  aggressive.