MVPN-L3 sobre VPN-L2

1      MPLS VPN – Virtual Private Network

1.1    Conceitos de VPN MPLS

•      Customer Edge router (CE) – É o dispositivo localizado físicamente no cliente. Ele conecta a rede do provedor usando tecnologia nível 2 como Frame Relay, ATM, or Ethernet.

·         Nas VPNs layer 3, o CE forma uma relação de protocolo para trocar conhecimentos de rota. O router CE pode ser o único dispositivo em uma localidade de um determinando cliente, ou pode participar de um domínio de roteamento de uma localidade.

·         Para VPN Layer 2, o CE transmite frames para o provedor que são destinados a um cliente remoto. O CE pode ter uma única rota estática que aponta para o provedor, ou pode se comunicar por protocolo de roteamento com outro CE.

•      Provider Edge router (PE) – É o dispositivo localizado no provedor e se comunica diretamente com o CE. Ele mantém relacionamento com outros routers dentro do provedor.

·         Para L3VPN o PE se comunica com o CE para receber atualizações de rotas. Essas informações são passadas para o PE router conectado ao outro CE do cliente. Quando o PE router recebe pacotes destinados ao site remoto ele encaminha o pacote usando MPLS LSP através do provedor.

·         Para L2VPN ele simplesmente recebe o frame L2 do CE local que encaminha para o PE remoto usando MPLS LSP.

•      Provider router – Localizado no core do provedor. O P não tem nenhum conhecimento da VPN do cliente, simplesmente encaminha pacotes MPLS de um PE para o outro;

•      VPN routing and forwarding table – Em L3VPN, todos os PEs mantem uma VPN routing and forwarding table (VRF) separada para cada cliente conectado no PE. Cada tabela VRF contém conhecimentos de roteamento específico para a rede do cliente. Quando o CE anuncia rotas de uma localidade, o PE as coloca na tabela VRF. O router então anuncia para o PE remoto que o anuncia para o CE remoto.

1.2    Layer 3 VPNs

Com Layer 3 VPN, o cliente anuncia conhecimento de roteamento IP para a rede do provedor. O ISP anuncia essas informações de roteamento através da rede para as outras localidades do cliente. Esse conceito simples requer coordenação entre o provedor e o cliente. A rede do provedor deve ser configurada para suportar anúncios dessas rotas.

•      VPN Network Layer Reachability Information (NLRI) – Um dos principios do core para operação de VPN é manter a separação com a rede do cliente. As regras normais do BGP fazem dessa uma tarefa dificil quando várias versões da mesma rota passam através do algorítimo de seleção e somente um único caminho é escolhido. Layer 3 VPN usa um formato especial para representar as rotas dos clientes. Esse formato permite que cada router do provedor veja as rotas de cada cliente de forma diferente mesmo quando eles anunciam o mesmo prefixo. Para anunciar a NLRI requer o estabelecimento de sessões MBGP entre os PEs.

•      Distinção de Rotas – É um campo de 8-octet que consiste em 3 partes Type, the Administrator, and Assigned Number fields.

•      Type of RD indica qual o tamanho do campo do Administrator e do Assigned Number, sendo 0 o Assigned Number maior e 1 o Administrator maior.

•      Quando o Administrator tem 2-octet é colocado o AS, quando é de 4-octets é usado o router ID do PE que originou.

•      Basic Operational Concepts – Quando se usa L3VPN, você precisa estar por dentro de tanto da operação dos anúncios de rota e do encaminhamento de pacotes.

·         The Control Plane (anúncios de rotas) – Rotas de clientes em uma L3VPN são anunciadas entre os PEs da rede do provedor. Para garantir que essas rotas serão entregues para o cliente final, o provedor tem duas escolhas:

·         The Data Forwarding Plane (encaminhamento de pacotes) – Uma vez que rotas apropriadas são anunciadas e recebidas pelo CE, o cliente pode começar a encaminhar dados atraves da red do cliente.

•      Usando BGP para anúncio de rotas PE-CE - Permite o uso de RIP, OSPF, e BGP como protocolo de roteamento para a conexão CE-PE connection.

•      Internet Access for VPN Customers – O cliente mesmo tendo uma VPN ele pode solicitar acesso a Internet. Existem 3 jeitos de fazer: Acesso de for a da tabela VRF, Acesso distribuido para cada site VPN e acesso centralizado de um único site

·         Acesso independente – A tabela de roteamento do PE nunca é consultada para encaminhamento de pacotes. O CE tem que encaminhar trafego direto pra internet.

·         Acesso Distribuido – Configuração de 2 circuitos independetes na interface do CE. Um com VPN e outro sem.

·         Acesso Centralizado – Um CE possui acesso compartilhado e todos os outros encaminham tráfego pra ele destinado a internet.

2      Multicast VPN

A solução da Cisco de Multicast dentro de VPN Multicast é simples e bastante escalável. A arquitetura MVPN introduz protocolos e processos que ajuda a permitir que um ISP suporte multicast dentro de VPNs. O transporte de multicast através do backbone do ISP é transparente e é integrado de forma transparente a solução MPLS VPN.

A solução MVPN é baseado no Draft IETF draft-rosen-vpn-mcast-08.txt. A solução MVPN usa o GRE com uma arvore de encaminhamento chamada multicast distribution tree (MDT) para realizar a escalabilidade do multicast dentro do core network. O Cisco MVPN é Baseado em uma solução de domínio Multicast com os recursos default MDT e data MDT. O MVPN introduz informações de roteamento multicast na tabela de roteamento da VRF criando uma Multicast VRF.

É importante notar que o uso de MVPN não modifica o jeito que a rede do cliente é administrada em relação a Endereçamento, politicas de roteamento, topologia, etc. Também é importante lembrar que as redes multicast dos clientes não possuem nenhuma relação com a rede multicast do provedor. Da visão do provedor, os pacotes multicast dos clientes são meramente dados.

3      AToM

O Any Transport over MPLS (AToM) é uma solução usada para transportar pacotes L2 através de um backbone MPLS. O AToM permite a conectividade entre os sites dos clientes com suas tecnologias L2 existentes através da infraestrutura de rede baseada em pacote.

Com a tecnologia AToM o aprovisionamento e a conectividade são diretas. Um cliente usando Ethernet num edifício ou campus em um local pode se conectar por meio de um provedor via Ethernet sobre MPLS a clientes em locais remotos.

AToM estabelece um quadro comum para encapsular e transportar trafegos Layer 2 sobre a rede MPLS. Os provedores podem usar uma infra-estrutura única MPLS para oferecer aos clientes a conectividade Layer 2.

O AToM suporta os tipos de transporte abaixo:

•      ATM AAL5 over MPLS

•      ATM Cell Relay over MPLS

•      Ethernet VLAN over MPLS

•      Frame Relay over MPLS

•      PPP over MPLS

•      HDLC over MPLS

3.1       Ethernet over MPLS

O transporte do L2 funciona através do encapsulamento Ethernet PDUs em pacotes MPLS e encaminha-os através da rede MPLS. Cada PDU é transportado como um único pacote. As seguintes etapas descrevem o processo de encapsular o PDU.

3.1.1        Ingress PE Router

•      O PE de entrada recebe o PDU e remove o preamble, o delimitador do frame (SFD), e o frame check sequence (FCS). O resto do cabeçalho permanece o mesmo.

•      O PE copia o codigo de controle do cabeçalho, mesmo que não seja usado, adiciona um label VC e um label do túnel LSP para o roteamento normal do MPLS através do backbone. A rede roteia os dados usando o tunnel LSP convencional do MPLS sem distinguir o tipo de tráfego.

3.1.2        Egress PE Router

•      O PE de destino recebe o pacote e remote o label do LSP, caso exista (Penultimo geralmente retira), retira o label de controle e o label do VOCÊ;

•      O PE atualiza o cabeçalho se necessário e envia o pacote para o CE associado.

4      Cenário

4.1       Objetivo

Seis roteadores (CE1, PE1, P1, P2, PE2 e CE2) são conectados formando um backbone (PE1, P1, P2 e PE2) com dois roteadores de clientes conectados (CE1 e CE2). Pede-se:

Na conexão entre o P1 e o P2 deverá existir o protocolo OSPF na área 0 somente entre eles;

• O P1 e o P2 deverá prover uma VPN L2 com AToM entre o PE1 e o PE2. O PE1 e o PE2 deverão pertencer a mesma rede 12.12.12.0/24 através da conexão com P1 e P2;
• Na conexão entre o PE1 e o PE2 deverá existir o protocolo OSPF na área 0 somente entre eles;
• Deverá ser configurado o MBGP no AS 1 entre o PE1 e o PE2 para exclusivamente a troca de informações de VRF;
• Deverá ser usado o MPLS IP com LDP no backbone com a interface loopback 0 como router-id;
• Deverá ser configurada uma VRF com nome VPN_A com RD e RT = 1:1 nas conexões do PE1 e do PE2 com o CE1 e o CE2 respectivamente;
• Deverá ser habilitado o multicast no PE1 e no PE2 para o uso de multicast dentro da VRF VPN_A. O grupo MDT da VPN_A deverá ser 232.0.0.1 com SSM habilitado no backbone com o grupo default;
• Dentro da VRF, o CE1 é source de 224.1.1.1 e o CE2 é client. O RP deverá ser a Loopback do CE2.

4.2       Topologia

4.3       IOS utilizados

•      CE1, PE1, P1, P2, PE2 e CE2– c7200-k91p-mz.122-25.S15.bin

4.4       Configuração dos Roteadores

4.4.1    Configurações do OSPF nos Backbones

Em todos os roteadores configura-se o roteamento OSPF pelo comando “router ospf ” onde o “processo” é um numero do processo OSPF. O roteador também possui um router ID único que geralmente é a interface loopback ou então o maior endereço IP do roteador.

Para adicionar interfaces deve-se usar o comando “network área ”. Um roteador pode ter interfaces em áreas distintas, define-se cada área pelo comando network. 
Para o roteador fazer vizinhança OSPF é necessário que a rede da interface esteja no comando “network” e a interface não esteja configurada como “passive-interface”. 

4.4.2    Configurações do MPLS

 Antes de qualquer configuração, o Cisco Express forwarding deve ser habilitado com o comando “ip cef”. Para habilitar o MPLS no modo LDP, usa-se o comando global “mpls label protocol ldp”.  

4.4.3    Configuração do MBGP  

Para estabelecer uma VPN é necessário configurar o MBGP para a troca de informações de prefixos de VPN. Pode-se somente configurar o MBGP nos roteadores PEs da rede que possuem conexão com os CEs, ou seja, conectados diretamente aos sites.
O MBGP funciona como o BGP, configura-se em todos os roteadores pelo comando “router bgp ” onde o “AS” é o Autonomous System do backbone. Dentro da configuração de BGP adicionam-se os vizinhos estaticamente com o comando “neighbor remote-as ”.
Adiciona-se o IP da interface loopback como Router-ID pelo comando “bgp router-id ”.
Como os roteadores dentro do mesmo AS não divulgarão as rotas IBGP entre eles, faz-se o full-mesh de conexão MBGP ou configuram-se os roteadores centrais como Router-reflectors adicionando os demais roteadores como clientes pelo comando “neighbor router-reflector-client”.
O MBGP é configurado dentro do protocolo BGP, porém deve-se separar a família de roteamento com o comando “address-family vpnv4”. Para o envio de prefixos das VPNs, deve-se habilitar o envio de community extendida com o comando “neighbor send-community extended”.
Todos os recursos como route-map, next-hop-self, router-reflector, etc. podem ser configurados dentro da família VPNv4 para manipular ou resolver problemas de roteamento. 

4.4.4    Criando uma VPN VRF no BGP

Após todos os roteadores PEs da rede possuem conectividade MBGP, ou diretamente ou por router-reflector, cria-se a VPN com o comando “ip vrf ”, dentro desse comando ficam os parâmentros de marcação da VPN e das communities associadas aos prefixos daquela VPN. Configura-se o Route-Distinguisher da VPN, que deve ser único na rede, com comando “rd :”, e também cria-se a  community que será exportada para aqueles prefixos de rede com o comando “route-target :”, onde “import” significa importar as rotas e “export” exportar as rotas.
Cria-se então uma address-family dentro do BGP com o comando “address-family ipv4 vrf ” com o mesmo nome da VPN criada no “ip vrf” fora do roteamento BGP. Dentro dessa address-family são configuradas as redes que serão redistribuídas para os outros sites. Para divulgar as redes é necessário que a rede exista na tabela de roteamento interna e, ou adicionar o comando “network mask ” ou redistribuindo rotas para o MBGP com o comando “redistribute”, que pode ser vinculado à um route-map para definir exatamente as rotas que serão divulgadas de um protocolo para outros sites.
Enfim, para que uma interface conectada ao CE faça parte da VPN BGP, usa-se o comando “ip vrf forwarding ” dentro da interface. 

4.4.5    Configuração do Túnel AToM 

O tunnel L2 AToM é configurado na interface do PE conectada diretamente ao CE com o comando “xconnect pw-class ”. O ID do VC tem que ser o mesmo nos dois PEs. O é criado com o comando global “pseudowire-class ” Dentro da configuração dessa classe são adicionadas as informações do túnel como “encapsulation mpls” para o tipo de encapsulamento. 

4.4.6    Configuração do Multicast no Backbone com SSM

É necessário configurar o roteamento multicast no roteador com o comando “ip multicast-routing” e também dentro das VPNs com o comando “ip multicast-routing vrf ” aplicado nos PEs.
Para definir o escopo do Souce Specific Multicast usa-se uma ACL definindo o escopo e aplica-a no comando “ip pim ssm range ”, ou então usa-se o default que é 232.0.0.0. 

4.4.7    Configuração do Multicast na VPN 

Antes de configurar o PIM é necessário configurar o roteamento multicast no roteador com o comando “ip multicast-routing”. No PIM a configuração para o sparse mode é feita a configuração “ip pim sparse-mode” nas interfaces com os roteadores que trafegam multicast. O Sparse mode necessita de um Rendevouz Point. 
 A configuração de Rendevouz Point estático é feita pelo comando “ip pim rp-address ”. 

4.4.8    Configurações do IGMP 

O IGMP é configurado em todas as interfaces que estão com o multicast PIM configurado. Caso algum host conectado ao roteador enviar um trafego de “join multicast” o roteador automaticamente passará para o Source daquele grupo, caso exista.
Nesse exemplo pode-se utilizar o comando “ip igmp join-group ” para enviar uma solicitação de join no grupo multicast. 

4.6       Comandos Importantes de Verificação

PE1#show ip mroute vrf VPN_A

IP Multicast Routing Table

Flags: D - Dense, S - Sparse, B - Bidir Group, s - SSM Group, C - Connected,

       L - Local, P - Pruned, R - RP-bit set, F - Register flag,

       T - SPT-bit set, J - Join SPT, M - MSDP created entry,

       X - Proxy Join Timer Running, A - Candidate for MSDP Advertisement,

       U - URD, I - Received Source Specific Host Report, Z - Multicast Tunnel

       Y - Joined MDT-data group, y - Sending to MDT-data group

Outgoing interface flags: H - Hardware switched, A - Assert winner

 Timers: Uptime/Expires

 Interface state: Interface, Next-Hop or VCD, State/Mode

(*, 224.1.1.1), 00:00:16/stopped, RP 20.20.20.1, flags: SPF

  Incoming interface: Tunnel0, RPF nbr 2.2.2.2

  Outgoing interface list: Null

(10.10.10.1, 224.1.1.1), 00:00:16/00:03:23, flags: FT

  Incoming interface: FastEthernet0/0, RPF nbr 0.0.0.0

  Outgoing interface list:

    Tunnel0, Forward/Sparse, 00:00:16/00:03:13

(*, 224.0.1.40), 00:48:47/00:02:59, RP 20.20.20.1, flags: SJCL

  Incoming interface: Tunnel0, RPF nbr 2.2.2.2

  Outgoing interface list:

    FastEthernet0/0, Forward/Sparse, 00:48:14/00:02:59

P1#show mpls l2transport vc detail

Local interface: Fa0/0 up, line protocol up, Ethernet up

  Destination address: 22.22.22.22, VC ID: 100, VC status: up

    Output interface: Fa1/0, imposed label stack {16}

    Preferred path: not configured 

    Default path: active

    Tunnel label: imp-null, next hop 12.12.12.2

  Create time: 04:10:24, last status change time: 04:05:47

  Signaling protocol: LDP, peer 22.22.22.22:0 up

    MPLS VC labels: local 16, remote 16

    Group ID: local 0, remote 0

    MTU: local 1500, remote 1500

    Remote interface description:

  Sequencing: receive disabled, send disabled

  VC statistics:

    packet totals: receive 8301, send 8332

    byte totals:   receive 847189, send 1033403

    packet drops:  receive 0, send 20

5      Configuração

5.1       CE1

!

ip multicast-routing

!

!

interface FastEthernet0/0

 ip address 10.10.10.1 255.255.255.0

 ip pim sparse-mode

!

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.10.10.254

!

ip pim rp-address 20.20.20.1

!

5.2       PE1

!

ip cef

!

ip vrf VPN_A

 rd 1:1

 route-target export 1:1

 route-target import 1:1

 mdt default 232.0.0.1

!

ip multicast-routing

ip multicast-routing vrf VPN_A

!

mpls label protocol ldp

!

interface Loopback0

 ip address 1.1.1.1 255.255.255.255

 ip pim sparse-mode

!

interface FastEthernet0/0

 ip vrf forwarding VPN_A

 ip address 10.10.10.254 255.255.255.0

 ip pim sparse-mode

!

interface FastEthernet1/0

 ip address 12.12.12.1 255.255.255.0

 ip pim sparse-mode

 mpls mtu 1524

 mpls ip

!

router ospf 1

 router-id 1.1.1.1

 network 1.1.1.1 0.0.0.0 area 0

 network 12.12.12.1 0.0.0.0 area 0

!

router bgp 1

 bgp router-id 1.1.1.1

 neighbor 2.2.2.2 remote-as 1

 neighbor 2.2.2.2 update-source Loopback0

 !

 address-family vpnv4

 neighbor 2.2.2.2 activate

 neighbor 2.2.2.2 send-community extended

!

 address-family ipv4 vrf VPN_A

 redistribute connected

!

ip pim ssm default

!

ip pim vrf VPN_A rp-address 20.20.20.1

!

5.3       P1

!

ip cef

!

mpls label protocol ldp

!

pseudowire-class ATOM

 encapsulation mpls

!

!

!

interface Loopback0

 ip address 11.11.11.11 255.255.255.255

!

interface FastEthernet0/0

 xconnect 22.22.22.22 100 pw-class ATOM

!

interface FastEthernet1/0

 ip address 12.12.12.1 255.255.255.0

 mpls mtu 1524

 mpls ip

!

router ospf 1

 router-id 11.11.11.11

 network 11.11.11.11 0.0.0.0 area 0

 network 12.12.12.1 0.0.0.0 area 0

!

5.4       P2

!

ip cef

!

mpls label protocol ldp

!

pseudowire-class ATOM

 encapsulation mpls

!

!

interface Loopback0

 ip address 22.22.22.22 255.255.255.255

!

interface FastEthernet0/0

 xconnect 11.11.11.11 100 pw-class ATOM

!

interface FastEthernet1/0

 ip address 12.12.12.2 255.255.255.0

 mpls mtu 1524

 mpls ip

!

router ospf 1

 router-id 22.22.22.22

 network 12.12.12.2 0.0.0.0 area 0

 network 22.22.22.22 0.0.0.0 area 0

!

5.5       PE2

!

ip cef

!

ip vrf VPN_A

 rd 1:1

 route-target export 1:1

 route-target import 1:1

 mdt default 232.0.0.1

!

ip multicast-routing

ip multicast-routing vrf VPN_A

!

mpls label protocol ldp

!

!

interface Loopback0

 ip address 2.2.2.2 255.255.255.255

 ip pim sparse-mode

!

interface FastEthernet0/0

 ip vrf forwarding VPN_A

 ip address 20.20.20.254 255.255.255.0

 ip pim sparse-mode

!

interface FastEthernet1/0

 ip address 12.12.12.2 255.255.255.0

 ip pim sparse-mode

 mpls mtu 1524

 mpls ip

!

router ospf 1

 router-id 2.2.2.2

 network 2.2.2.2 0.0.0.0 area 0

 network 12.12.12.2 0.0.0.0 area 0

!

router bgp 1

 bgp router-id 2.2.2.2

 neighbor 1.1.1.1 remote-as 1

 neighbor 1.1.1.1 update-source Loopback0

 !

 address-family vpnv4

 neighbor 1.1.1.1 activate

 neighbor 1.1.1.1 send-community extended

!

 address-family ipv4 vrf VPN_A

 redistribute connected

!

ip pim ssm default

!

ip pim vrf VPN_A rp-address 20.20.20.1

!

5.6       CE2

!

ip multicast-routing

!

!

interface FastEthernet0/0

 ip address 20.20.20.1 255.255.255.0

 ip igmp join 224.1.1.1

 ip pim sparse-mode

!

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 20.20.20.254

!

ip pim rp-address 20.20.20.1

!