使用 FortiGate 和 FortiWeb 为分布式负载提供纵深防御

1 方案概述

作为安全威胁综合防御场景里的最佳实践之一，本案使用的分布式部署架构，通过对入/出站流量的南北、东西静态路径的详尽分析，展现该方案的灵活性、适用性。

2 适配场景

• 支持多可用区部署。灵活适配单可用区、双可用区和三个可用区的不同业务需求；
• 解决方案符合并支持“信息安全技术：网络安全等级保护基本要求”（GB/T 22239-2019）（等保）；
• 支持 FortiGate-VM 防火墙、FortiWeb-VM 应用防火墙的灵活部署。可两者联合组网，也可每种产品独立提供解决方案。

3 方案特点

• 前置防御：FortiGate-VM 防火墙 + AWS Gateway Load Balancer（GWLB），在流量入站时，进入 VPC 的第一时间进行南北向安全检查；
• 分层防御：FortiGate-VM 作为出口防火墙，应对入侵检测、恶意软件/病毒等安全威胁；FortiWeb-VM 作为 WEB 应用防火墙，提供全面的关键业务防护；
• 重点防御：FortiWeb-VM 应用防火墙拥有机器学习引擎，能够防御 OWASP Top10 攻击、机器人威胁，提供 API 防护，可以灵活定制、适配应用场景；
• 南北防护：入站业务流量通过边缘关联拦截进入防火墙做流量清洗，出站返回流量、出站实例流量通过 VPC 路由表引流至防火墙做安全检查；
• 东西检查：无论是同 VPC，还是同账号下的不同 VPC，可以按实际业务要求，分别采用 Transit Gateway（TGW）或者自定义路由引流至防火墙做流量检查；
• 架构解耦：在 VPC-Connect + VPC-Security 的解决方案中，将 FortiGate-VM 防火墙分离为独立的 VPC，可以灵活的 Scale-In/Out；FortiWeb-VM 应用防火墙也可以按需要解耦，独立部署；VPC-Connect 可以承担流量入站、出站，从而使业务 VPC 无需暴露在公网。

4 方案架构示意图

5 方案资源规划

• VPC Connect – Subnets

• VPC Connect – 路由表

• VPC Security – Subnets

• VPC Security – 路由表

• VPC Spoke1 & VPC Spoke2 – Subnets

• VPC Spoke1 & VPC Spoke2 – 路由表

• TGW – 路由表

6 方案部署说明

• 首先创建名为 nlb-public 的 Load Balancer，其 type 为 network，而非 application，因为方案中使用了 FortiWeb-VM，即 Fortinet 的 WAF 产品，所以负载均衡选择了 NLB。
• 根据方案架构示意图和方案资源规划，创建 VPC 并按照说明完成相关配置，VPC 组成、子网（subnet）组成、VPC 路由表以及 TGW 路由表的功能如下：

1. VPC Connect (172.25.0.0/16)

此 VPC 内通常不部署 EC2 实例，或者可以将部署在 VPC Spoke1 中的 WAF 实例 FortiWeb，前移至此 VPC，挂载在 NLB 的目标组（Target Group）中；

NAT 网关：用于整个方案中其它 VPC 的 Internet 出站服务

NLB：提供负载均衡服务

GWLB Endpoint：部署在 VPC Security 的 GWLB 在此 VPC 的Service Endpoint

TGW Landing：Transit Gateway（TGW）在此 VPC 的 Landing 弹性网卡

2. VPC Security (192.168.0.0/16)

此 VPC 内部署有 FortiGate-VM；

通常是分配两个弹性网卡，port1 和 port2。

其中 port1 用于管理，绑定弹性 IP；port2 用于流量检查，通过 GENEVE 隧道与 GWLB 连接。

3. VPC Spoke1 (10.10.0.0/16) 和 VPC Spoke2 (10.20.0.0/16)

上述两个 VPC 内部署业务实例，如作为 WAF 的 FortiWeb，以及测试用的 WEB 服务实例。

7 方案效果展示

7.1 用户访问应用的场景

我们把作为 WAF 的 FortiWeb 部署在 VPC Spoke1 中，将应用实例放在了 VPC Spoke2 中，因此用户访问应用的流量路径是从 Spoke1 的 FortiWeb 到挂载在 Spoke2 的真实 WEB 服务器实例的过程，既有应用入站的南北流量安全检查的过程，也有两个 VPC 间的东西流量安全检查的过程，如下：

7.1.1 应用入站的流量路径：南北流量安全检查

1. 用户访问 NLB 的公网 DNS，如下图所示的 nlb-public-xxxxx.elb.cn-northwest-1.amazonaws.com.cn，IP 解析为 161.189.90.30 和 43.192.17.4，Internet Gateway （IGW）将上述两个公网 IP 映射为 VPC Connect 的内网 IP 172.25.11.23 和 172.25.21.220

2. 通过 IGW 后的流量，目标地址是 NLB 在不同可用区的内网地址，即 172.25.11.23 或 172.25.21.220。查询 VPC Connect 的边缘关联（Edge Association）路由表，命中用户定义路由（UDR，User Defined Route）172.25.11.0/24 或 172.25.21.0/24，将前往 NLB 的流量拦截并转发至 GWLB Endpoint（gwlbe-hub）

3. 流量从 GWLB Endpoint 进入 GWLB，通过 GENEVE 隧道进入 FortiGate 防火墙，做南北流量的安全检查，并返回 GWLB Endpoint 所在的 subnet-gwlbe

4. 返回 subnet-gwlbe 的流量，此时目标地址不变，仍然是 172.25.11.23 或 172.25.21.220。查询路由表 rtb-gwlbe，命中 VPC 的 Local 路由，VPC 会将流量从 gwlbe-hub 转发至 NLB 对应可用区的弹性网卡 eni-nlb

5. NLB 根据监听的端口，将流量转发至目标组（Target Group）的实例。本文方案中，NLB 的 Target Group 挂载了 FortiWeb，CIDR 为 10.10.0.0/16，位于 VPC Spoke1 的多个可用区中。此时，经过 NLB 的处理，目标地址变为 FortiWeb 的内网 IP。查询路由表 rtb-public，命中 UDR-10.10.0.0/16，转发至 tgw

6. VPC Connect 关联了 TGW 路由表 tgw-rtb-vpc-connect，流量命中 TGW 路由表的 UDR-10.10.0.0/16 (spoke1)，转发至 VPC Spoke1

7. 流量到达 VPC Spoke1 中的 TGW Landing 弹性网卡 eni-tgw-spoke1-landing

8. 查询 eni-tgw-spoke1-landing 所在 subnet-spoke1-private 的路由表 rtb-spoke1-private，命中 VPC 的 Local 路由，到达 FortiWeb 实例

7.1.2 FortiWeb 到真实 Web 服务器的流量路径：东西流量安全检查

1. 流量经过 FortiWeb 的内容路由（content routing），转发至真实 WEB 服务器实例，目标地址为 Spoke2 的 CIDR（10.20.0.0/16）。查询 subnet-spoke1-private 关联的路由表 rtb-spoke1-private，命中 UDR 默认路由，转发至 tgw

2. 流量从 TGW 在 VPC Spoke1 的弹性网卡 eni-tgw-spoke1-landing 进入 TGW

3. 查询 VPC Spoke1 关联 TGW 的路由表 tgw-rtb-vpc-spoke，命中 TGW 的 UDR 默认路由，转发至 VPC Connect

4. 流量到达 TGW 在 VPC Connect 的弹性网卡 eni-tgw-hub-landing

5. 查询 eni-tgw-hub-landing 所在的子网 subnet-tgw 关联的路由表 rtb-tgw，命中 UDR-10.20.0.0/16 (spoke2)，转发至 gwlbe-hub

6. 流量从 GWLB Endpoint 进入 GWLB，通过 GENEVE 隧道进入 FortiGate 防火墙，做东西流量的安全检查，并返回 GWLB Endpoint 所在的 subnet-gwlbe

7. 返回 subnet-gwlbe 的流量，目标地址不变，仍然是 WEB 服务器实例所在的 Spoke2 的 10.20.0.0/16。查询路由表 rtb-gwlbe，命中 UDR-10.20.0.0/16，转发至 tgw

8. VPC Connect 关联了 TGW 路由表 tgw-rtb-vpc-connect，流量命中 TGW 路由表的 UDR-10.20.0.0/16，转发至 VPC Spoke2

9. 流量到达 VPC Spoke2 中的 TGW Landing 弹性网卡 eni-tgw-spoke2-landing

10. 查询 eni-tgw-spoke2-landing 所在 subnet-spoke2-private 的路由表 rtb-spoke2-private，命中 VPC 的 Local 路由，到达真实 WEB 服务器

7.1.3 真实 Web 服务器到 FortiWeb 的流量路径：东西流量安全检查

1. 返回流量的目标为 FortiWeb，目标 IP 为 FortiWeb 所在的 VPC Spoke1 的 CIDR（10.10.0.0/16），命中 rtb-spoke2-private 的 UDR 默认路由，转发至 tgw

2. 查询 VPC Spoke2 关联 TGW 的路由表 tgw-rtb-vpc-spoke，命中 TGW 的 UDR 默认路由，转发至 VPC Connect

3. 流量到达 TGW 在 VPC Connect 的弹性网卡 eni-tgw-hub-landing

4. 查询 eni-tgw-hub-landing 所在的子网 subnet-tgw 关联的路由表 rtb-tgw，命中 UDR-10.10.0.0/16 (spoke1)，转发至 gwlbe-hub

5. 流量从 GWLB Endpoint 进入 GWLB，通过 GENEVE 隧道进入 FortiGate 防火墙，做东西流量的安全检查，并返回 GWLB Endpoint 所在的 subnet-gwlbe

6. 返回 subnet-gwlbe 的流量，目标地址不变，仍然是 FortiWeb 实例所在的 Spoke1 的 10.10.0.0/16。查询路由表 rtb-gwlbe，命中 UDR-10.10.0.0/16，转发至tgw

7. VPC Connect 关联了 TGW 路由表 tgw-rtb-vpc-connect，流量命中 TGW 路由表的 UDR-10.10.0.0/16，转发至 VPC Spoke1

8. 流量到达 VPC Spoke1 中的 TGW Landing 弹性网卡 eni-tgw-spoke1-landing

9. 查询 eni-tgw-spoke1-landing 所在 subnet-spoke1-private 的路由表 rtb-spoke1-private，命中 VPC 的 Local 路由，返回 FortiWeb

7.1.4 应用出站的流量路径：南北流量安全检查

1. 流量经过 FortiWeb 处理，准备返回 NLB，目标为 NLB 弹性网卡所在的 VPC Connect 子网 subnet-public 的 CIDR（172.25.11.0/24 或 172.25.21.0/24）。查询 subnet-spoke1-private 关联的路由表 rtb-spoke1-private，命中 UDR 默认路由，转发至 tgw

2. 流量从 TGW 在 VPC Spoke1 的弹性网卡 eni-tgw-spoke1-landing 进入 TGW

3. 查询 VPC Spoke1 关联 TGW 的路由表 tgw-rtb-vpc-spoke，命中 TGW 的 UDR 默认路由，转发至 VPC Connect

4. 流量到达 TGW 在 VPC Connect 的弹性网卡 eni-tgw-hub-landing

5. 查询 eni-tgw-hub-landing 所在的子网 subnet-tgw 关联的路由表 rtb-tgw，命 VPC 的 Local 路由

6. 流量从 subnet-tgw 发送至 subnet-public，到达 NLB

7. 经过 NLB 的处理，从 FortiWeb 返回的流量，目标地址变为访问 nlb-public-xxxxx.elb.cn-northwest-1.amazonaws.com.cn 时的 Client IP，查询路由表 rtb-public，命中 UDR 默认路由，转发至 gwlbe-hub

8. 流量从 GWLB Endpoint 进入 GWLB，通过 GENEVE 隧道进入 FortiGate 防火墙，做出站的南北流量的安全检查，并返回 GWLB Endpoint 所在的 subnet-gwlbe

9. 返回 subnet-gwlbe 的流量，目标地址不变，仍然是访问 NLB 的 Client IP。查询路由表 rtb-gwlbe，命中 UDR 默认路由，从 IGW 出站。

7.2 EC2 访问互联网的场景

VPC Spoke1和VPC Spoke2内的EC2实例需要访问Internet资源，如FortiWeb访问FortiGuard更新特征库、WEB服务器升级更新系统补丁等。

7.2.1 服务器出站的流量路径：南北流量安全检查

1. VPC Spoke2 内的 web-srv 实例访问 Internet 资源，命中路由表 rtb-spoke2-private 中的 UDR 默认路由，转发至 tgw

2. 查询 VPC Spoke2 关联 TGW 的路由表 tgw-rtb-vpc-spoke，命中 TGW 的 UDR 默认路由，转发至 VPC Connect

3. 流量到达 TGW 在 VPC Connect 的弹性网卡 eni-tgw-hub-landing

4. 查询 eni-tgw-hub-landing 所在的子网 subnet-tgw 关联的路由表 rtb-tgw，命中 UDR 默认路由，转发至 NAT 网关（natgw）

5. 流量从 subnet-tgw 发送至 subnet-natgw，到达 NAT 网关

6. 查询 subnet-natgw 关联的路由表 rtb-natgw，命中 UDR 默认路由，转发至 gwlbe-hub

7. 流量从 GWLB Endpoint 进入 GWLB，通过 GENEVE 隧道进入 FortiGate 防火墙，做南北流量的安全检查，并返回 GWLB Endpoint 所在的 subnet-gwlbe

8. 返回 subnet-gwlbe 的流量，目标仍然是 Internet 资源。查询路由表 rtb-gwlbe，命中 UDR 默认路由，从 IGW 出站

7.2.2 服务器出站流量的返回路径：南北流量安全检查

1. 上一步 8 的返回流量到达 IGW

2. 通过 IGW 后的流量，此时目标地址是部署在不同可用区的 NAT 网关的内网地址，即 CIDR 172.25.1.0/24 或 172.25.2.0/24 范围内。查询 VPC Connect 的边缘关联（Edge Association）路由表，命中 UDR 中 172.25.1.0/24 或 172.25.2.0/24，将前往 NAT 网关的流量拦截并转发至 GWLB Endpoint（gwlbe-hub）

3. 流量从 GWLB Endpoint 进入 GWLB，通过 GENEVE 隧道进入 FortiGate 防火墙，做南北流量的安全检查，并返回 GWLB Endpoint 所在的 subnet-gwlbe

4. 返回 subnet-gwlbe 的流量，目标仍然是对应可用区的 NAT 网关（natgw）。查询路由表 rtb-gwlbe，命中 VPC 的 Local 路由，转发至 subnet-natgw 中的 NAT 网关

5. 流量经过 NAT 网关处理，目标变为 VPC Spoke2 的 web-srv 内网地址，即在 10.20.0.0/16 中。查询路由表 rtb-natgw，命中 UDR-10.20.0.0/16，转发至 TGW

6. VPC Connect 关联了 TGW 路由表 tgw-rtb-vpc-connect，流量命中 TGW 路由表的 UDR-10.20.0.0/16，转发至 VPC Spoke2

7. 流量到达 VPC Spoke2 中的 TGW Landing 弹性网卡 eni-tgw-spoke2-landing

8. 查询 eni-tgw-spoke2-landing 所在 subnet-spoke2-private 的路由表 rtb-spoke2-private，命中 VPC 的 Local 路由

9. 流量返回 web-srv 实例，完成 Internet 访问。

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FortiGate：

BYOL（Graviton）：FortiGate Next-Generation Firewall (ARM64/Graviton)

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FortiWeb：

FortiWeb Web Application Firewall WAF VM (BYOL)

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