Cisco DMVPN

Dynamic Multipoint VPN är en skalbar VPN-teknik som kan bygga tunnlar dynamiskt. Målet är att tillhandahålla any-to-any kommunikation utan att behöva en manuellt konfigurerad full-mesh av point-to-point tunnels. Tekniker som används är mGRE, NHRP och CEF som används i kombination med routingprotokoll och IPsec. Det har bl.a. stöd för VRF, Multicast, QoS och load balancing. Det går köra IPv6 över tunnlar som byggs med IPv4, dvs private address = IPv6, NBMA address = IPv4.

Topologier

Hub and spoke

• single hub single dmvpn
• dual hub dual dmvpn
• server load balancing

Dynamic Mesh

• dual hub single dmvpn
• multihub single dmvpn
• hierarchical

Varje DMVPN är ett IP-nät och man kan designa det på olika sätt. T.ex. med dual hub single dmvpn så är hub2-router hubb men konfas också som klient till hub1-router.

NHRP

Next Hop Resolution Protocol (RFC 2332). NHRP-processen på hubben agerar server och håller databasen med de externa IP-adresserna som alla spokes har. Varje spoke registrerar sin IP som en klient till hubben. Behöver en spoke skicka paket till något bakom en annan spoke frågar den hubben om den andres externa IP-adress så den kan bygga en tunnel (förslagsvis med IPsec) direkt. För detta krävs alltså inget routingprotokoll utan det sköts av NHRP. Man kan se NHRP som ARP fast det mappar IP till NBMA IP istället för IP till MAC.

NHRP har stöd för autentisering, detta konfigureras under tunnel-interfacet.

ip nhrp authentication NHRP_AUTH_STRING

Registration request:

Registration reply:

Resolution request:

Konfiguration

DMVPN kan fungera på olika sätt och detta kallas olika faser.

Fas 1

Hub and Spoke: Med Fas 1 används mGRE på hubb och p2p GRE på spokes. Inga tunnlar sätts upp dynamiskt och all trafik går igenom hubben, enda fördelen är något simplare konfiguration.

Static mapping
Hub

interface Tunnel0
 ip nhrp map multicast 172.16.15.X
 ip nhrp map 192.168.0.X 172.16.15.X

Spoke

interface Tunnel0
 ip nhrp map 192.168.0.X 172.16.15.2
 tunnel destination 172.16.15.2

Dynamic mapping
Hub

interface Tunnel0
 ip nhrp map multicast dynamic

Spoke

interface Tunnel0
 ip nhrp map 192.168.0.1 172.16.15.2
 ip nhrp nhs 192.168.0.1
 tunnel destination 172.16.15.2

Verify

show dmvpn

Fas 2

Hub and Spoke with Spoke-to-Spoke tunnels: Routingprotokollet på spokes lär sig prefix direkt av varandra på tunneln. Forwarding görs spoke-to-spoke, man använder IGP istället för NHRP. Det finns scenarion då CEF kan behövas stängas av på spokes. Med Fas 2 används mGRE. Fas 2 går också att köra som static och då nhrp-mappas alla grannskap manuellt.

Hub

interface Tunnel0
 ip address 192.168.0.1 255.255.255.0
 ip nhrp map multicast dynamic
 ip nhrp network-id 1
 tunnel source 172.16.15.2
 tunnel mode gre multipoint

Spoke

interface Tunnel0
 ip address 192.168.0.2 255.255.255.0
 ip nhrp network-id 1
 ip nhrp nhs 192.168.0.1 nbma 172.16.15.2 multicast
 tunnel source 10.10.10.10
 tunnel mode gre multipoint

Verify

show dmvpn
show ip nhrp
clear ip nhrp

Kolla ip nhrp registration timeout ifall recovery tar lång tid efter en clear

Fas 3

Scalable Infrastructure: Routingprotokoll på spokes pratar med hubben för att lära sig prefix samt ha som next-hop men NHRP kickar in och redirectar trafiken direkt mellan spokes. Med Fas 3 används mGRE. Det är mest skalbart och CEF behöver aldrig stängas av tack vare NHRP Shortcut eftersom CEF entry skrivs om efter redirect message. Det är inte ett unikt meddelande i sig utan hub skickar vidare resolution request till den spoke som är lämplig.
Hub: ip nhrp redirect
Spoke: ip nhrp shortcut

Hub

interface Tunnel0
 ip address 192.168.0.1 255.255.255.0
 ip nhrp map multicast dynamic
 ip nhrp network-id 1
 ip nhrp redirect
 tunnel source 172.16.15.2
 tunnel mode gre multipoint

Spoke

interface Tunnel0
 ip address 192.168.0.2 255.255.255.0
 ip nhrp network-id 1
 ip nhrp nhs 192.168.0.1 nbma 172.16.15.2 multicast
 ip nhrp shortcut
 tunnel source 10.10.10.10
 tunnel mode gre multipoint

Verify

show dmvpn
show ip nhrp
clear ip nhrp

Kolla ip nhrp registration timeout ifall recovery tar lång tid efter en clear

IPv6

Både underlay och overlay kan köras med IPv6. Detta är oberoende av fas.

Hub

interface Tunnel0
 ipv6 address 192:168:1::1/64
 ipv6 nhrp map multicast dynamic
 ipv6 nhrp network-id 1
 tunnel source 2000:192:168:1::1
 tunnel mode gre multipoint ipv6

Spoke

interface Tunnel0
 ipv6 address 192:168:1::2/64
 ipv6 nhrp network-id 1
 ipv6 nhrp nhs 192:168:1::1 nbma 2000:192:168:1::1 multicast
 tunnel source 2000:10:10::10
 tunnel mode gre multipoint ipv6

Verify

show dmvpn ipv6
show ipv6 nhrp 

IPsec

Vill man skydda sin trafik kan man kryptera all tunneltrafik. Se även Cisco IPsec.

crypto isakmp policy 10
 encryption aes 256
 authentication pre-share
 hash sha512
 group 14

crypto isakmp key SECRET address 0.0.0.0 0.0.0.0

crypto ipsec transform-set AES256_SHA512 esp-sha512-hmac esp-aes 256
 mode transport

crypto ipsec profile DMVPN
 set transform-set AES256_SHA512

interface Tunnel0
 tunnel protection ipsec profile DMVPN

Verify

show crypto isakmp sa
show crypto ipsec sa
show crypto socket
show crypto map

För att effektivisera krypteringen på en hub när man kör dual dmvpn kan man använda en delad socket för crypto-anslutningarna.

tunnel protection ipsec profile DMVPN shared

GDOI-based DMVPN

Med vanlig DMVPN sätts det upp en permanent IPsec-tunnel mellan hubb - spoke och dynamiska tunnlar mellan spokes. När en spoke-to-spoke tunnel sätts upp blir det lite delay pga IPSec negotiation, för att slippa det kan man använda GDOI. Då är hubb och spokes Group Members. Group Keys och security policies distribueras till GMs av Key Server som t.ex. kan vara en separat IOS-router bakom hubb. Se även GET VPN.

Key Server

crypto key generate rsa general-keys label GDOI modulus 2048 exportable

crypto isakmp policy 10
 authentication pre-share

crypto isakmp key 0 SECRET address 2.2.2.2
crypto isakmp key 0 SECRET address 3.3.3.3
crypto isakmp key 0 SECRET address <next spoke>

crypto ipsec transform-set PHASE2 esp-aes esp-sha-hmac

crypto ipsec profile GDOI_PROFILE
 set transform-set PHASE2

ip access-list extended ACL_GRE
 permit gre any any 

crypto gdoi group GDOI_GROUP
 identity number 123
 server local
  rekey transport unicast
  rekey authentication mypubkey rsa GDOI
  rekey retransmit 60 number 2
  sa ipsec 1
   profile GDOI_PROFILE
   match address ipv4 ACL_GRE
   replay time window-size 5
  address ipv4 1.1.1.1 

Hubb och Spoke

crypto isakmp policy 10
 authentication pre-share

crypto isakmp key 0 SECRET address 1.1.1.1

crypto gdoi group GDOI
 identity number 123
 server address ipv4 1.1.1.1 

crypto map DMVPN local-address Loopback0
crypto map DMVPN 10 gdoi
 set group GDOI

interface Gi2
 description Tunnel Source
 crypto map DMVPN

Verify

show crypto gdoi

Routingprotokoll

EIGRP
Med Fas 1 kan man antingen stänga av split-horizon eller skicka en default route från hub.

Med EIGRP i Fas 2 måste man stänga av split-horizon och next-hop-self på tunnel-interfacet för att uppdateringar och routing mellan spokes ska funka. Nackdelen är att man inte kan summera routes på hub utan att bryta spoke-to-spoke-kommunikation utan då måste allt gå igenom hub.

interface Tunnel0
 no ip next-hop-self eigrp 100
 no ip split-horizon eigrp 100

Med fas 3 kommer endast det första paketet att gå via hub tack vare nhrp redirect/shortcut och man kan skicka ut aggregerade routes på hub utan att påverka spoke-to-spoke. Detta är bra design.

OSPF
Det går att använda point-to-multipoint på hubbens tunnel-interface och p2p på spoksen bara man ser till att timers matchar. Alternativt kan man köra ip ospf network non-broadcast på alla. Alternativt broadcast bara man ser till att hubb är DR. Det man bör ha i åtanke är att beroende på nätverkstyp så ändras next-hop eller ej. OSPF är inget optimalt protokoll för DMVPN.

Hub

interface Tunnel0
 ip ospf network broadcast
 ip ospf priority 255

Spoke, ska inte vara med i DR-election.

interface Tunnel0
 ip ospf network broadcast
 ip ospf prio 0

BGP
Med Fas 1 och BGP måste next-hop-self användas på alla grannskap.

Fas 2 och BGP-konfiguration är som vanligt men för eBGP mellan spokes måste multihop användas.

neighbor 2.2.2.2 ebgp-multihop 2

RIP
Med Fas 1 och RIP behöver split horizon stängas av på hubb.

Others

Monitoring

Man kan övervaka sitt DMVPN med hjälp av SNMP.

snmp-server enable traps nhrp nhs
snmp-server enable traps nhrp nhc
snmp-server enable traps nhrp nhp

När man använder if-state nhrp på en spoke kan den kolla om NHRP-registreringen fungerar och på så sätt veta om interfacet ska vara up eller ej när man kör fas 2 eller 3. Detta fungerar ej på hub interface för det gör ingen registrering utan är alltid up.

interface tun0
 if-state nhrp 

På nyare IOS (XE 16.3) kan man även använda BFD för snabbare feldetektering och NHRP kan då registrera sig som klient till BFD-processen.

interface Tunnel0
 bfd interval 1000 min_rx 1000 multiplier 5

router eigrp 1
 bfd interface Tunnel0

show nhrp interfaces   #hidden

NAT

Man kan köra all sorts nat på spokes men på hubb fungerar endast static nat. Om en spoke befinner sig bakom dynamisk nat, dvs att dennes NBMA-adress kan ändras så kan man stänga av unique flag i NHRP-registreringen. Detta görs med ip nhrp registration no-unique på spoke vilket gör att den registrerade NBMA-adressen får ändras i efterhand vilket inte är fallet default. Befinner sig två spokes bakom PAT så kommer de ej att kunna upprätta någon spoke-to-spoke tunnel mellan varandra. När man kör NAT med DMVPN så måste IPsec transport mode användas. Se även Cisco NAT.

interface tun0
 ip nhrp registration no-unique

VRF

Man kan bygga det precis som man vill routingmässigt genom att separera underlay och overlay i olika VRF:er (detta kallas också front door VRF). Detta möjliggör t.ex. att ha default route över DMVPN utan att få problem med recursive routing. I övrigt görs konfiguration som vanligt.

vrf definition UNDERLAY
 address-family ipv4
 exit

crypto keyring VRF_AWARE_PSK vrf UNDERLAY
 pre-shared-key address 0.0.0.0 0.0.0.0 key DMVPN

interface Tunnel0
 tunnel vrf UNDERLAY

Verify

show crypto session fvrf UNDERLAY
show crypto session ivrf 

MPLS

Man kan köra MPLS över DMVPN och därmed MPLS VPN, detta kallas 2547oDMVPN. Det man ska tänka på är att label switch path måste vara hub-to-spoke, dvs om man vill ha kommunikation mellan två spokes måste det gå spoke-hub-spoke. T.ex. om man kör BGP får man använda next-hop-self all för att säkerställa att MPLS VPN-trafik alltid går igenom hub. Man förlorar dynamiska tunnlar men man kan ha riktig PE-funkionalitet över DMVPN.

mpls ip
mpls ldp router-id loopback0

interface tunnel0
 mpls ip

Per-Tunnel QoS

Med denna feature kan man ha en egress QoS-policy på hubb på tunnelinstansen som man kan konfigurera antingen per endpoint eller per spoke. Detta gör att man kan shapea trafiken till enskilda spokes med en parent policy och sedan skilja på de individuella dataflödena i tunneln med en child policy. Innan man konfigurerar detta måste man ha en fungerande DMVPN-uppsättning.

Class default shaper policy map får endast innehålla class class-default och shape-kommando.

policy-map Parent
 class class-default
  shape average 1000000   
   service-policy Child

Man kan använda NHRP för att bära information om vilken spoke som ska ha vilken QoS-policy. Definiera en NHRP-grupp på spokes och mappa sedan den till en policy på hubb.

Spoke

int tun0
 ip nhrp group GROUP1

Hub

int tun0
 ip nhrp map group GROUP1 service-policy output Parent

Verify

show policy-map multipoint 
show dmvpn detail
show tunnel endpoints | i Endpoint|QoS