Cisco MPLS

Multiprotocol Label Switching (RFC 3031) är protokoll som routrar kan använda för att forwardera paket baserat på labels istället för destination IP address. Routrarna kallas då LSR, Label Switch Router. Genom att separera forwarding decision från destination IP address kan besluten baseras på andra faktorer såsom QoS eller Traffic Engineering. Det kan användas för vanlig unicast IP forwarding men också annat som t.ex. VPN-tjänster. En grupp av paket som skall till ett visst destinationsnät kommer vanligtvis att skickas samma väg genom nätverket. I MPLS grupperas dessa paket i klasser som kallas Forwarding Equivalence Class, FEC. Alla paket som tillhör samma FEC skickas med samma label. En MPLS-header är 4 bytes och innehåller bl.a. ett 20-bitars fält som är den unika labeln. Bottom-of-stack bit, QoS marking och TTL finns också i headern. Olika protokoll kan användas för control plane, t.ex. LDP och MP-BGP. MPLS på Cisco-enheter använder sig av CEF. MPLS går även att tunnla över IP (RFC 4023), se Cisco GRE.

Tables

För varje VRF skapas det nya tabeller, show cef table | begin active

RIB

show ip route
show ip route vrf NAME

LIB, innehåller all labels known to LSR

show mpls ldp bindings
show mpls ldp binding summary
show mpls ldp bindings vrf NAME

FIB, används för paket utan label

show ip cef
show ip cef vrf NAME

LFIB, används för paket med label

show mpls forwarding-table
show mpls forwarding-table vrf NAME

LDP

För att veta vilka labels en LSR ska sätta på paketen som ska skickas iväg används Label Distribution Protocol (TDP är legacy). Routrar bygger LDP-grannskap och utbyter sedan dynamiskt labels med varandra för att kunna bygga korrekta forwarding tables. Det fungerar ungefär som ett routingprotokoll. För unicast IP routing så utbyts en label per prefix i routingtabellen, Cisco IOS använder independent label distribution control. Dyker det upp något nytt i routingtabellen skapas en ny lokal label i LIB och sedan annonseras det till alla LDP-grannarna. På så sätt kan en label-switched path (LSP) byggas. Dessa är enkelriktade och en enskild LSR känner inte till hela pathen för det behövs inte. En label går aldrig längre än till grannen utan där poppas eller byts den mot nästa routers label. MPLS låter routingtabellen och IGP stå för path selection och därmed loop-prevention och convergence.

LDP använder sig utav två sorts paket för att kommunicera. För neighbor discovery skickas Hello-paket till 224.0.0.2 UDP 646 var 5:e sekund. När grannskap är bildat görs all informationsöverföring (updates) med unicast som skickas på TCP 646.

LDP Hello:

MPLS-nätet måste använda något routingprotokoll för att lära sig routes och dra nytta av label-annonsering, vanligtvis används ett IGP för detta. När en ny lokal label skapas, pga nylärd route från IGP, annonseras det till alla LDP-grannarna (även den man fick route-uppdateringen ifrån, frame-mode MPLS har inte hört talas om split horizon :). Detta händer för alla routes på alla LSR. Router-ID väljs på exakt samma sätt som för OSPF. Om man har en LSR med LDP-grannskap till säg 5 andra enheter så kommer alla grannskap gå ner om man stänger ett av sina 5 interface eftersom LDP skapar sitt ID utifrån tillgängliga IGP interface. Det ändras om ett interface försvinner vilket det gör om man t.ex. shutar ett av dem. Hold time ska kommas överens om och är default 15 sekunder (3x Hello). Om två LSR inte kommer överens om timers, label distribution method etc kan man öka intevallet mellan försöken med mpls ldp backoff-kommandot. T.ex. från 5 sekunder till att börja med till 120 sekunder mellan varje försök.

Global

mpls label protocol ldp  #Default
mpls ldp router-id loopback0 [force]
show mpls ldp parameters 

Man kan per interface slå på MPLS, höja MTU för att stödja MPLS-headers och ändra vilken adress som ldp ska bygga grannskap med. Om man har flera länkar till samma LSR och ska sätta upp flera parallella LDP-sessioner måste man använda samma transport address på alla interface. LDP RID används default som transport address.

interface gi1/1
 mpls ip
 mpls mtu 1508
 mpls ldp discovery transport-address interface

Verify

show mpls interfaces [vrf NAME]
show mpls ldp neighbor
show mpls ldp discovery

Graceful restart

mpls ldp graceful-restart
show mpls ldp graceful-restart

Allow MPLS forwarding for ip default route

mpls ip default-route 

Labels

Special-Purpose Label Values

• 0 – IPv4 Explicit null – Instead of popping label at PHP, the second last router sets top label to zero, this means EXP bits are preserved.
• 1 – Router alert – Alerts LSR that packet needs a closer look. Can’t be forwarded in hardware, software needed.
• 2 – IPv6 Explicit null
• 3 – Implicit null – Pop label

Label range, default på IOS är 16-1048575 (label range kan skilja beroende på modell). Att byta label range tar effekt när MPLS startas om, det görs snabbast med de globala kommadona no mpls ip -> mpls ip.

mpls label range 200-299
show mpls label range

Advertisments
Default på Cisco IOS annonseras labels för allt, detta går att ändra.

no mpls ldp advertise-label
mpls ldp advertise-lable for <dest prefix> to <ldp peer>

För att slippa hålla koll på prefix-listor kan man konfigurera att det endast ska allokeras och annonseras labels för /32-routes i RIB:en.

mpls ldp label
 allocate global host-routes

Label space

show mpls ldp discovery
10.0.0.10:0
0 betyder platform wide label space
1 betyder interface label space

TTL

När en ingress E-LSR får in ett IP-paket sänker den IP TTL med ett och sedan pushar den en label och kopierar TTLen till MPLS-headern. När sedan paketet traverserar en LSR sänks endast MPLS-TTLen men vid egress E-LSR kopieras MPLS-TTLen till IP TTL och skickas vidare. Detta går att ändra på så att IP-TTL inte kopieras utan MPLS-TTL sätts till 255 av ingress E-LSR för att hela MPLS-nätet verkligen ska vara som ett router hop. Detta behöver endast konfigureras på PE.

no mpls ip propagate-ttl

Session Protection

Om två directly connected LDP-grannar tappar kontakten flushas alla bindings från LIB. Men det behöver inte betyda att det inte fortfarande finns IP-reachability mellan dem en annan väg. Session Protection är en optimerings-feature som gör att LIB inte flushas sålänge det finns en annan väg till LDP-peer, targeted LDP sätts då upp för att hålla LIB synkat. Dvs om det slutar att komma in multicast hellos så skickas det unicast UDP-paket till grannes LDP transport address för att förhindra timeout. När sedan directly connected grannskapet kommer tillbaka behöver inte allt synkas om. Detta är en global inställning och måste konfigureras på båda sidor annars kommer inte andra sidan acceptera targeted hellos. Max hops är 255 och för Hello och Hold time gäller 10 sekunder respektive 90 sekunder default.

mpls ldp session protection
mpls ldp discovery targeted-hello accept

show mpls ldp neighbor detail | i Targeted|Session 

Både session protection och accept unicast hellos kan begränsas med ACL. Med show mpls ldp neighbor kommandot ser man att det finns en lista på Addresses bound to peer LDP Identity, det är så de fattar vilka andra IP-adresser som kan användas för LDP-kommunikation.

Security

Med tcp-autentisering kan man säkra LDP-kommunikationen. ACL ska träffa LDP ID som andra sidan har och måste vara standard.

ip access-list standard LDP-PEERS
 permit host 10.0.0.5
 permit host 10.0.0.6
mpls ldp password required for LDP-PEERS
mpls ldp neighbor 10.0.0.5 password SECRET

Kräv lösenord för alla LDP-grannskap. Om man inte har angett något lösenord för en specifik granne kommer fallback att användas om det finns konfigurerat.

mpls ldp password required
mpls ldp password fallback SECRET

Verify

show mpls ldp discovery detail | i Ethernet|Password

IGP

LDP går att autokonfa tillsammans med IS-IS och OSPF, dvs slå på LDP på de interface som är aktiva i IGPn, detta kan antingen göras per interface eller under routingprocessen. Man kan även använda prefix suppression så kommer det inte att genereras lika många labels för ens core-nätverk.

router ospf/isis 1
 mpls ldp autoconfig

Synchronization
Länkkostnaden för nyetablerade grannskap sätts till max tills LDP är klar med labelutbyte och berättar för link-state IGP att det är okej att använda länken.

Under IGP-processen

router ospf/isis 1
 mpls ldp sync

Alternativt per interface

interface gi2
 mpls ldp igp sync

Verify

show mpls ldp igp sync
show mpls interface detail | i Interface|IGP

VPN

MPLS VPN (RFC 4364) är en populär MPLS-applikation och det räknas som trusted VPN. PHP för transport label används default för att slippa en lookup. För PE-PE label utbyten används MP-BGP, det kan dock gå via route reflector precis som vanligt för ökad skalbarhet. För att VPN-trafik ska fungera måste PE ha en route till next-hop PE, det går ej med en default route. Control plane kommer att fungera men ej data plane eftersom forwardering med labels lärda från BGP endast fungerar om det finns en /32-route i RIB. För L2 VPN se Cisco VPLS och för multicast se Cisco MLDP. Det går även att integrera NAT med MPLS VPN.

ip bgp-community new-format
show ip bgp community ?  #Så står det antingen aa:nn eller 1-4294967295

Route Distinguisher: är ett 64-bitars nummer som skickas med BGP-uppdateringarna och används för att göra routes unika mellan VRFer. Det används med adressfamiljerna vpnv4 och vpnv6.

Route Target: skickas med BGP-uppdateringarna som ett Extended Community PA. Det används för att bestämma vilken/vilka VRFer routsen ska in i.

Import och export bestämmer vad som ska redistribueras mellan VRF och BGP.

Add IBGP neighbor. Man konfar inte next-hop-self eftersom VPNv4 sätter det default.

router bgp 100
 neighbor 10.0.0.10 remote-as 100
 address-family vpnv4 unicast
  send-community extended

Default är att droppa VPNv4 updates för RTs som det inte finns någon lokal vrf för. Detta kan man ändra på.

router bgp 100
 no bgp default route-target filter

Man kan dölja MPLS-nätet endast för VPN-kunder.

no mpls ip propagate-ttl forwarded 

Label Mode avgör hur det ska allokeras labels. Har man VPN-kunder med många routes kan man av effektivitetsskäl byta till per-vrf mode och då kommer varje kund få en label per PE oavsett hur stor routingtabellen är i den VRF:en och därmed sparas det minne. Däremot måste en routing lookup göras när paketet kommer fram eftersom alla paket har samma label oavsett var de ska. Det finns därför en mellanvariant som kallas per-ce där det allokeras en label per next-hop per vrf och man sparar minne samtidigt som man slipper routing lookup.

mpls label mode all-vrfs protocol all-afs per-prefix  #Default
mpls label mode all-vrfs protocol bgp-vpnv6 per-vrf
mpls label mode vrf INTERNET protocol bgp-vpnv4 per-ce

Man kan partitionera upp nätverket genom att skapa RR-grupper som filtrerar på route-targets.

address-family vpnv4
 bgp rr-group EXTCOM-LIST

6VPE

6VPE (RFC 4659) är en teknik för att köra IPv6 över IPv4 MPLS-nät. Adressfamilj VPNv6 måste aktiveras på IPv4 iBGP-grannskapen mellan PEs/RRs. VPNv6 prefixen har en IPv4-mappad IPv6-adress som next-hop genom MPLS-nätet och en IPv4 LSP finns mellan PEs. Next-hop-adressen måste finns i IPv4-routingtabellen och en LSP måste existera för destinationen.

router bgp 100
 address-family vpnv6
  neighbor 10.0.0.10 activate
  neighbor 10.0.0.10 send-community extended

Inter-AS MPLS VPN

Back to Back VRFs Option 10A
PE använder iBGP för att distribuera labeled VPN-routes inom sitt AS som vanligt. PE kommunicerar med andra sidan PE med ett sub-interface, länknät och eBGP-grannskap per VRF. Det krävs ingen MPLS mellan PE utan det är unlabeled IP-adresser som annonseras. Detta är dock inte den mest skalbara lösningen.

VPNv4 eBGP Option 10B
PE använder iBGP för att distribuera labeled VPN-routes inom sitt AS som vanligt. PE använder sedan eBGP för att distribuera labeled VPN-routes till PE i ett annat AS, som i sin tur distribuerar dem till PE routrar i sitt AS. Det kan finnas flera vägar mellan de olika AS för redundans och ökad kapacitet. Service Providers måste komma överens om detta. Detta är mer skalbart eftersom det räcker med ett BGP-grannskap per koppling mellan AS. Följande fetmarkerade kommando slår på att /32-routes för eBGP-grannar autoläggs in i RIB och därmed möjliggör label forwarding, så fungerar ej IOS XR utan där måste man lägga till statiska routes manuellt.

interface GigabitEthernet1/0
 description Connection to other AS
 mpls bgp forwarding

router bgp 100
 neighbor 2.2.2.2 remote-as 200
 neighbor 10.0.0.10 description iBGP
 address-family vpnv4
  neighbor 2.2.2.2 activate
  neighbor 10.0.0.10 activate
  neighbor 10.0.0.10 next-hop-self

show bgp vpnv4 unicast all labels

VPNv4 between RRs Option 10C
(eller PEs using multihop eBGP)

Istället för att använda PEs för att hålla koll och distribuera VPN-routes bygger man grannskap mellan RRs i varje AS. Dock måste PE hålla koll på labeled routes till alla andra PE/RR i sitt AS och skicka med eBGP till andra sidan AS så deras PE/RR hittar till PE/RR i det egna AS. Då kan PE/RR i olika AS bygga eBGP multi-hop grannskap (det måste finnas LSP mellan dessa) och utbyta labeled VPN-routes. Om P routrar får känna till PE i andra AS fungerar det som vanligt med dubbla labels. Men om det däremot inte är uppsatt så måste det trippel labelas. En för kundens IP till egress PE, en satt av ASBR för egress PE och en för IGP next-hop. Använder man RR är detta ett väldigt skalbart alternativ.

router bgp 100
 neighbor 10.0.0.10 description eBGP
 address-family vpnv4
  neighbor 10.0.0.10 next-hop-unchanged

BGP-LU

BGP Labeled Unicast (RFC 3107) tillhandahåller MPLS-transport mellan IGP-domäner. Genom att annonsera loopbacks och label bindings går det att kommunicera med routrar över IGP-gränser. BGP-LU annonseras mellan edge routrar och transport-routrarna i mitten märker inget. De vanligaste use casen för BGP-LU är Inter-AS MPLS VPN Option C, Seamless/Unified MPLS, CSC VPN och IGP free data center.

router bgp 100
 address-family ipv4
  neighbor 10.0.0.10 send-community both
  neighbor 10.0.0.10 next-hop-self
  neighbor 10.0.0.10 send-label 

Traffic Engineering

Det finns olika tekniker för att göra TE i ett MPLS-nät. Det mest flexibla är Segment Routing, se egen artikel.

Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering (RFC 3209) är en extension till RSVP som används för Traffic Engineering i MPLS-nät. Det fungerar både som MPLS label distribution protocol och MPLS signaling protocol. En ingress LSR kan använda RSVP-TE för att notifiera alla LSR:er längs pathen till egress att den vill sätta upp en LSP. Bandbredd kan då allokeras genom hela MPLS-nätverket. RSVP är unidirectional och det sätts upp en LSP per riktning. Det fungerar både med IPv4 och IPv6.

Paket

• Path messages: används av ingress LSR för att begära LSP setup hop-by-hop längs hela pathen.
• Resv messages: används av egress LSR för att svara på Path message från ingress.

För att hålla LSP aktuell skickas periodvis PATH refresh och RESV refresh meddelanden. Om det inte finns tillräckliga resurser att tillgå någonstans längs vägen kommer den LSR:en att besvara ingress LSR som då får hitta en annan väg eller misslyckas med LSP-uppsättningen.

Konfiguration

mpls traffic-eng tunnels

Per interface, detta måste konfas på alla core-interface.

interface gi2
 mpls traffic-eng tunnels
 ip rsvp bandwidth

IGP, OSPF använder opaque LSA:er och IS-IS använder nya TLV:er för att skicka TE attribut.

router ospf 1
 mpls traffic-eng router-id Loopback0
 mpls traffic-eng area 0

router isis 1
 mpls traffic-eng router-id Loopback0
 mpls traffic-eng level-2

Tunnel. För att tunneln ska användas måste man routa över den, detta kan t.ex. göras med statisk routing eller autoroute. Eftersom det inte är en vanlig GRE-tunnel uppstår ingen recursive routing.

interface Tunnel0
 ip unnumbered Loopback0
 tunnel mode mpls traffic-eng
 tunnel destination x.x.x.x
 tunnel mpls traffic-eng path-option 1 dynamic
 tunnel mpls traffic-eng autoroute destination

Verify

show mpls traffic-eng tunnel
show ip route

traceroute mpls traffic-eng tunnel 0

Logging, detta är för att skicka traps.

mpls traffic-eng logging lsp
mpls traffic-eng logging tunnel

Fast Reroute
RSVP-TE kan använda sig av backup LSPer för snabbare konvergens.

mpls traffic-eng auto-tunnel backup

ICMP

MPLS Echo skickas unicast till LDP-grannen med L3 destination address 127.0.0.1 på UDP 3503.

Echo Request:

Echo Reply:

Man kan med MPLS-ping testa konnektivitet till en FEC, så detta funkar endast ifrån en LSR samt inga VPN-prefix fungerar heller utan endast det man lärt sig med LDP.

ping mpls ipv4 10.1.1.1/32 

Med MPLS-traceroute kan man få ut mer information jämfört med vanlig traceroute eftersom det skickas mer data i payloaden.

traceroute mpls ipv4 10.1.1.1/32

6PE

IPv6 Provider Edge (RFC 4798) är en teknik för att köra IPv6 över ett IPv4+MPLS-nät. IPv6 prefix med tillhörande label utbyts genom att skicka det med IPv4 iBGP mellan PEs (eller via route reflector). Alla IPv6-prefix finns i den globala routingtabellen till skillnad från 6VPE. IPv6 prefixen har en IPv4-mappad IPv6-adress som next-hop inom MPLS-nätet och IPv4 LSP:er används mellan 6PEs. Detta gör att man inte behöver konfigurera next-hop-self. Däremot om IPv4-adressen inte finns i routingtabellen eller om det inte finns någon LSP kommer IPv6-prefixet att stå som inaccessible.

router bgp 100
 address-family ipv6
  neighbor 10.0.0.10 activate
  neighbor 10.0.0.10 send-label

show bgp ipv6 unicast labels

NX-OS

Förutsättningar

install feature-set mpls
feature-set mpls
feature mpls l3vpn
feature mpls ldp

interface loopback 1
 ip address 10.0.0.1/24

mpls ldp configuration
 session protection
 router-id loopback 1

Aktivera på interface

interface e1/1
 mpls ip

Synk med routing protokoll

router isis P1
 mpls ldp sync

Authentication

ip prefix-list <namn> permit <granne1>/32
mpls ldp configuration
 password required for <prefix-list>
 password option 1 for <prefix-list> key-chain <key-chain-name>