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UNIVERSITÉ DE TECHNOLOGIE
COMPIÈGNE
Cours SR04 du 09/12/2013
UTC – Cours MPLS
MPLS
(MultiProtocol Label Switching)
Christophe Fillot
DSI
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Rappels sur le routage IP
Intérêt de MPLS
09/12/2013
Christophe FILLOT
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MPLS
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Routage des paquets IP
• Le routeur reçoit un paquet IP sur une de ses interfaces,
• Il extrait l ’adresse IP de destination présente dans le paquet,
• Il consulte sa table de routage et détermine l’interface de sortie et l’adresse IP du
routeur suivant (next-hop ou prochain saut),
• Il construit une nouvelle entête de niveau 2 (avec des protocoles comme ARP par
exemple) en fonction des informations obtenues.
• Il envoie le paquet sur l’interface de sortie.
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MPLS
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Routage IP « saut par saut »: chaque saut doit connaitre l’ensemble des routes!
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MPLS
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Internet: des interconnexions complexes de réseaux…
• Peering : échange de trafic « utilisateur » entre 2 AS
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• Transit: fourniture d’une connectivité Internet complète
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Problématique
• Une recherche dans la table de routage IP est dite « longest match » : pour une
adresse IP donnée on doit trouver le préfixe le plus spécifique (ex: 192.168.1.0/24
est plus spécifique que 192.168.0.0/18)
• Complexe pour les routeurs ayant toutes les routes Internet (plus de 430000 en
2012, actuellement: ~480000).
• MPLS visait à l’origine à accélérer la commutation des paquets, en utilisant un
numéro/label plutôt que l’adresse IP de destination (ou une combinaison de
plusieurs critères). Un label est ajouté en entrée de réseau, et supprimé à la sortie,
ce qui rend l’opération transparente au final. Sur le chemin, il y a « remplacement »
(swap) de label.
• Ainsi, les routeurs intermédiaires n’ont plus à prendre de décision complexe à
chaque paquet, juste à analyser un label (lookup dans une table).
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• Il faut toutefois mettre en place un système de distribution des labels pour créer
des chemins (LSP – Label Switched Path).
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Principes de base de MPLS
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Encapsulation
• Les labels sont insérés entre l’entête de niveau 2 (Ethernet, …) et l’entête de
niveau 3 (IPv4, IPv6, …)
• On peut dire qu’il s’agit du niveau « 2.5 »…
• Il est possible d’avoir plusieurs labels consécutifs (stacking)
• Un label a une taille de 4 octets (32-bits) et contient les informations suivantes:
•
•
•
•
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MPLS
Label : entier sur 20 bits
TTL (Time-To-Live) : 8 bits
CoS/EXP : 3 bits (utilisé pour la qualité de service)
BoS (Bottom of Stack): 1 bit (dernier label de la pile si = 1)
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Commutation de label
• On peut résumer les opérations de commutation:
• « Push Label » : insère un nouveau label (en tête) => routeur d’entrée (ingress)
• « Pop Label » : supprime le 1er label => routeur de sortie (egress)
• « Swap » : remplacement de label => routeurs intermédiaires
• Les routeurs utilisent le 1er label de la pile pour la commutation.
• Un peu de terminologie:
•
•
•
•
•
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MPLS
Label Switched Path (LSP): chemin MPLS
Label Switch Router (LSR): routeur supportant MPLS
Ingress LSR: routeur d’entrée (insertion de label)
Egress LSR: routeur de sortie (pop de label)
Forwarding Equivalent Class (FEC): groupe de paquets qui sont commutés de la même
manière, suivant les mêmes critères (ex le plus courant: adresse IP destination), avec le
même chemin.
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Distribution de Labels
• Protocole : LDP (Label Distribution Protocol) – RFC 5036
• Les routeurs voisins établissent une adjacence (Hello en UDP multicast, puis
connexion TCP)
• 2 modes:
• Downstream on Demand : un routeur demande explicitement un label pour une FEC ;
• Unsollicited Downstream : le routeur annonce à ses voisins un label pour chaque
préfixe/FEC qu’il connait.
• Les routeurs construisent une LIB (Label Information Base), en consolidant les
informations reçues de leurs voisins LDP.
• On a typiquement plusieurs labels pour un même préfixe IP => comment choisir ?
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Construction de la LFIB
• Les routeurs utilisent toujours un IGP pour calculer le meilleur chemin : ils
construisent une RIB (Routing Information Base), à partir des différents protocoles
configurés (routes connectées, statiques, OSPF, etc)
• Avec l’aide de la RIB, on peut déterminer le meilleur label à utiliser pour un préfixe
donné (le nexthop figure dans la LIB).
• On garde les meilleurs labels pour générer la LFIB (Label Forwarding Information
Base)
• Le routeur utilise la LFIB pour la commutation des paquets MPLS. La LFIB contient
typiquement ces informations:
•
•
•
•
Label d’entrée
Label de sortie (ou indication de « pop label » si dernier saut)
Interface de sortie
Préfixe IP
• Pour les routeurs hardware, la LFIB est programmée dans le matériel (TCAM, …)
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Construction de la LFIB : résumé
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Exemple de LFIB
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Pen-Ultimate Hop Popping (PHP)
• Plutôt qu’annoncer un « vrai » label, le dernier routeur du LSP peut annoncer un
label appelé « Implicit-Null » (label réservé « 3 »).
• L’avant-dernier routeur, lorsqu’il reçoit ce binding, sait qu’il doit réaliser une
opération « pop » au lieu d’une opération « swap ». Le label Implicit-Null n’apparaît
en fait jamais sur le lien.
• => Cela évite que le dernier routeur ait à analyser un label puis à faire un lookup IP
dans sa FIB (il ne fait plus que le lookup IP).
• Par défaut sur Cisco IOS
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Qualité de service (QoS)
• Un label MPLS contient un champ de 3 bits appelé CoS (ou EXP) qui sert au
marquage de la QoS.
• Similaire à l’IP Precedence du champ DSCP d’un paquet IP.
• Les routeurs MPLS se basent sur ce champ CoS pour appliquer les règles de QoS
(les routeurs « IP » utilisent le champ DSCP).
• Par défaut, les routeurs ingress recopient le champ IP DSCP dans le champ CoS
MPLS.
• Possibilité sur le routeur Egress d’annoncer un label « Explicit-Null » pour garder
l’information de CoS MPLS jusqu’au bout. Explicit-Null est un label réservé (0 pour
IPv4, 2 pour IPv6) qui apparaît sur le lien.
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Cœur de réseau « BGP-free »
• On reprend notre exemple initial, où tous les routeurs sont peers BGP et
connaissent l’ensemble des routes.
• On active MPLS sur l’ensemble des routeurs, et on ne garde BGP qu’entre
routeurs de bordure (il faut donc juste un IGP (pour les routes du coeur) et LDP sur
les routeurs intermédiaires).
• Les routeurs d’entrée encapsulent les paquets avec un label MPLS. Ce label
correspond au routeur de bordure de sortie (next-hop BGP pour le préfixe
correspondant à l’adresse IP de destination).
• C’est le chemin optimal, puisque le label a été choisi en fonction de ce qui a été
calculé par l’IGP.
• Les routeurs intermédiaires acheminent le trafic en se basant sur le label, et
n’examinent plus l’entête IP. Ils peuvent donc acheminer des paquets pour lesquels
l’adresse IP de destination leur est totalement inconnue.
09/12/2013
• En sortie, le routeur reçoit un paquet IP (PHP…) et le route normalement.
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Routage IP/MPLS : seuls les routeurs de bordure connaissent toutes les routes
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VPN niveau 3 avec MPLS/VPN
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VPN niveau 3 (L3VPN)
• De nombreuses entreprises disposent de sites externes (agences) qui doivent se
raccorder à un site central (le siège)
• On utilise généralement des adresses IP privées (RFC 1918), non routables sur
Internet, pour l’adressage interne (10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16).
• Elles peuvent faire appel à des opérateurs capables de leur fournir un service de
VPN niveau 3 (l’opérateur s’occupe du routage entre les sites de l’entreprise)
• Problème: différents clients sont susceptibles d’utiliser des plans d’adressage
privés qui se recouvrent.
• MPLS/VPN permet de résoudre ce problème, en isolant complètement le trafic des
clients.
• Attention, MPLS/VPN ne fournit aucun chiffrement, il s’agit d’isoler du trafic. Pour
sécuriser le trafic, il faut utiliser un protocole comme IPSec.
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Exemple d’opérateur raccordant 3 clients différents
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Virtual Routing and Forwarding (VRF)
• Un routeur IP « classique » ne dispose généralement que d’une seule table de
routage, utilisée pour tout le trafic IP.
• Pour MPLS/VPN, il est nécessaire d’isoler le trafic entre les différents clients, qui
peuvent en plus avoir des plans d’adressages recouvrants (adressage privé)
• => Les routeurs MPLS/VPN supportent plusieurs tables de routage dissociées
appelées « VRF ». Chaque VRF dispose de ses propres RIB et FIB.
• Pour placer le trafic dans une VRF donnée, il existe plusieurs méthodes:
• Assignation en « dur » d’une interface ou d’une sous-interface dans la VRF
• Méthode dynamique, en fonction de différents critères (typiquement adresses IP des
paquets entrants).
• Il est possible d’utiliser les VRF sans utiliser MPLS/VPN, il s’agit de VRF Lite.
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Exemples de configuration Cisco IOS
! Definition de la VRF
ip vrf BLUE
rd 100:1
route-target import 100:1
route-target export 100:1
!
interface Ethernet1/0
ip vrf forwarding BLUE
ip address 10.0.0.1 255.255.255.0
!
ip route vrf BLUE 10.1.0.0 255.255.255.0 10.0.0.2
!
router ospf 200 vrf BLUE
network 10.0.0.0 0.0.0.255 area 0
!
router bgp 65000
address-family ipv4 vrf BLUE
neighbor 10.0.0.3 remote-as 65001
neighbor 10.0.0.3 activate
!
!
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Mapping de sous-interfaces dans des VRF différentes
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Mapping de sous-interfaces dans des VRF différentes: Cisco IOS
interface Ethernet1/0.1
encapsulation dot1Q 100 ! Description VLAN 100: « Personnels »
ip vrf forwarding pers
ip address 10.0.0.1 255.255.255.0
!
interface Ethernet1/0.2
encapsulation dot1Q 200 ! Description VLAN 200: « Etudiants »
ip vrf forwarding etu
ip address 10.1.0.1 255.255.255.0
!
interface Ethernet1/0.3
encapsulation dot1Q 300 ! Description VLAN 300: « Invités »
ip vrf forwarding guests
ip address 10.2.0.1 255.255.255.0
!
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Terminologie
• 3 types de routeurs : P, PE, CE
• Router « P » (Provider) : appartient au cœur de réseau de l’opérateur, il n’a aucune
notion de VRF ou de VPN (pas de connexion de clients)
• Router « PE » (Provider Edge): appartient à l’opérateur, ces routeurs raccordent
les clients et utilisent des VRF pour isoler leur trafic.
• Routeur « CE » (Customer Edge): appartient au client, et n’a aucune notion de
MPLS ou de VRF.
• Les routeurs « P » ne sont pas obligatoires, il est tout à fait possible de monter un
backbone avec uniquement des routeurs PE.
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MP-BGP
• Les routeurs PE « peerent » entre eux en MP-BGP (Multi-Protocol BGP), en
utilisant l’address-family « VPNv4 » [AFI 1 (IPv4), SAFI 128 (VPN)]
• Les routes échangées contiennent notamment un préfixe dit « VPN-IPv4 » (Préfixe
IPv4 + Route Distinguisher) et un Label MPLS, local au PE qui fait l’annonce.
• Le RD (Route Distinguisher) permet de distinguer les routes de clients différents.
Le RD a une taille de 8 octets (il est configuré manuellement par l’opérateur).
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Exemple d’update MP-BGP
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Acheminement du trafic
• Dans notre exemple, on voit que PE1 reçoit le label 28 du routeur PE2 pour la
route VPN-IPv4 100:1:192.168.1.0/24
• Problème: comment utiliser ce label qui est local à PE2 ? Si on envoie un paquet
avec le label 28 à P1, celui-ci ne connaît pas ce label (ou il est utilisé pour tout
autre chose) => il faut pouvoir aiguiller le trafic vers PE2 !
• Dans l’update MP-BGP, on connait le next-hop (PE2), et on a appris par LDP un
label pour cette adresse.
• PE1 va construire un paquet avec 2 labels MPLS:
• Le 1er label correspond au label pour atteindre PE2. Il est appris via LDP
• Le 2nd label correspond au label VPN utilisé par PE2. Il est appris par MP-BGP
• Les routeurs intermédiaires ne s’occupent que du 1er label: lorsque le paquet arrive
à PE2, le 1er label a été retiré (PHP), seul reste le 2nd label, qui va permettre à PE2
d’aiguiller le paquet vers la bonne interface de sortie.
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Exemple d’acheminement
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Route-Targets (RT)
• Les RT sont des communautés étendues BGP
• Un routeur PE annonce les routes d’une VRF avec les RT spécifiés en export.
• Les autres routeurs PE importent ces routes dans les VRF qui sont configurées
pour importer ces valeurs de RT.
• Ne surtout pas confondre avec le RD qui sert à distinguer les routes!
• Exemple: le routeur 1 exporte les routes de la VRF « FOO » avec le RT « 100:1 ».
Le routeur 2 importe les routes marquées avec le RT 100:1 dans la VRF « BAR ».
!
hostname Router1
!
ip vrf FOO
rd 400:150
route-target export 100:1
!
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MPLS
!
hostname Router2
!
ip vrf BAR
rd 300:200
route-target import 100:1
!
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Route-Targets: Topologie Any To Any
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Route-Targets: Topologie Hub & Spoke
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Configuration Cisco IOS
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!
hostname PE2
!
ip vrf BLUE
rd 100:1
route-target both 100:1
! Both= Import + Export
!
interface Loopback0
ip address 10.2.2.2 255.255.255.255
!
interface Ethernet0/1
description Client 1
ip vrf forwarding BLUE
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
!
router bgp 65000
neighbor 10.1.1.1 remote-as 65000
neighbor 10.1.1.1 update-source Loopback0
!
address-family vpnv4
neighbor 10.1.1.1 activate
neighbor 10.1.1.1 send-community extended
!
address-family ipv4 vrf BLUE
redistribute connected
!
!
MPLS
35 / 56
6PE
(IPv6 Provider Edge)
09/12/2013
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MPLS
36 / 56
Principes de 6PE
• Raccordement de clients IPv6, à travers un cœur MPLS (RFC 4798)
• Pas de normalisation de LDP pour IPv6 => Utilisation de MP-BGP [AFI 2 (IPv6),
SAFI 4 (label)]
• Avec 6PE, le cœur n’a pas besoin d’être « IPv6-aware »
• Avantages :
• Ne nécessite pas un upgrade du cœur, on conserve l’existant
• Seuls les routeurs PE doivent être mis à jour et supporter 6PE, cela peut se faire de
manière incrémentale
• Même principe que pour VPNv4 => 2 labels sont utilisés, le 1er pour atteindre le PE
de sortie, le 2nd correspondant au préfixe IPv6 sur le PE.
09/12/2013
• Le Next-Hop BGP est annoncé sous forme d’adresse IPv6 « IPv4-Mapped ». Les
PE extraient l’adresse IPv4 et recherchent le label annoncé par LDP pour cette
adresse.
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37 / 56
Exemple d’acheminement
09/12/2013
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38 / 56
Configuration Cisco IOS
!
hostname PE2
!
ipv6 unicast-routing
ipv6 cef
!
interface Loopback0
ip address 10.2.2.2 255.255.255.255
!
interface Ethernet0/1
description Client IPv6
ipv6 address 2001:660::1/48
!
router bgp 65000
neighbor 10.1.1.1 remote-as 65000
neighbor 10.1.1.1 update-source Loopback0
!
address-family ipv6
neighbor 10.1.1.1 activate
neighbor 10.1.1.1 send-label
redistribute connected
!
!
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MPLS
39 / 56
6VPE
(IPv6 VPN Provider Edge)
09/12/2013
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MPLS
40 / 56
Principes de 6VPE (RFC 4659)
• 6PE permet de raccorder des sites en IPv6, mais sans notion d’isolation de trafic
(trafic « global »).
• 6VPE reprend les mêmes concepts que pour VPNv4 (VRF, RD/RT)
• Les avantages sont les mêmes que pour 6PE (pas de mise à jour du cœur qui
reste en IPv4/MPLS, pas de configuration supplémentaire sur le cœur, …).
• Le Next-Hop BGP est annoncé sous forme d’adresse IPv6 « IPv4-Mapped ». Les
PE extraient l’adresse IPv4 et recherchent le label annoncé par LDP pour cette
adresse.
09/12/2013
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MPLS
41 / 56
AToM
« AnyThing Over MPLS »
09/12/2013
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MPLS
42 / 56
AnyThing Over MPLS
• AToM permet de transporter des paquets de niveau 2 (ATM, Frame-Relay,
Ethernet, HDLC, PPP…) à travers un cœur de réseau MPLS: émulation d’une
liaison niveau 2 point-à-point (Pseudo-wire – PW).
• Session LDP directe établie entre les 2 routeurs d’extrémités: affectation d’un label
pour le circuit.
• Aucune configuration nécessaire sur les routeurs intermédiaires (routeurs P)
• 2 labels utilisés sur le chemin:
• 1er label (appris par LDP) pour atteindre le routeur d’extrémité
• 2nd label (appris par la session LDP entre routeurs PE) pour déterminer le circuit
• « Cross-connect »
• Intérêt : permet de raccorder 2 sites avec une technologie niveau 2 sans avoir
besoin de créer une liaison spécialisée.
09/12/2013
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MPLS
43 / 56
MPLS-TE
Traffic Engineering
09/12/2013
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44 / 56
Principes de MPLS-TE
• L’IGP sélectionne le meilleur chemin suivant différents critères (bande passante,…)
• Sur les réseaux fortement maillés, des liens sont susceptibles d’être sous-utilisés
voire pas utilisés du tout
• Le Traffic Engineering permet de créer des chemins alternatifs pour re-router du
trafic.
• On créée par configuration des LSP qui vont passer par les liens sous-utilisés
• 2 méthodes:
• Chemin explicite: on liste les next-hops sur le routeur de départ
• Par « affinité »: utilisation de valeurs avec masques binaires (à définir par les gestionnaires
du réseau)
• Protocoles mis en jeu:
• Extensions IGP (OSPF et IS-IS) pour le calcul du chemin ;
• RSVP-TE (Extension de RSVP – Resource Reservation Protocol) – Signalisation/mise en
place du LSP
09/12/2013
Christophe FILLOT
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45 / 56
Pour aller plus loin…
09/12/2013
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MPLS
46 / 56
Autres possibilités
• VPLS (Virtual Private LAN Service) : Emulation d’un LAN par-dessus MPLS
• MPLS CsC (Carrier Supporting Carrier) : Permet de construire son propre réseau
MPLS par-dessus un réseau MPLS d’un autre opérateur
• Inter-AS MPLS/VPN …
• etc
09/12/2013
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MPLS
47 / 56
Questions ?
09/12/2013
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MPLS
48 / 56
Démonstration / Maquette
09/12/2013
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MPLS
49 / 56
Topologie / Adressage IP
09/12/2013
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MPLS
50 / 56
Partie 0: Configuration backbone
• Initialement, on a préparé la configuration suivante:
• Routeurs P et PE configurés avec:
•
•
Loopbacks, Interconnexions IP (/30)
OSPF (une seule aire, l’aire 0)
• Les routeurs clients, avec:
•
•
•
L’interconnexion IP avec le routeur PE correspondant
Une route par défaut vers le PE
Une loopback pour simuler le LAN
• Au départ, les routeurs clients (CE) n’ont bien sûr pas de connectivité entre eux.
09/12/2013
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MPLS
51 / 56
Partie 0: Exemple avec P1
!
hostname P2
!
ip cef
!
interface Loopback0
ip address 10.254.0.1 255.255.255.255
!
interface Ethernet0/0
description Vers PE1
ip address 10.0.0.1 255.255.255.252
!
interface Ethernet0/1
description Vers PE2
ip address 10.0.0.5 255.255.255.252
!
router ospf 100
network 10.0.0.0 0.255.255.255 area 0
!
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Christophe FILLOT
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Partie 1: Etapes pour l’activation de MPLS
• Vérifier la connectivité (ping, traceroute) dans le backbone avant d’activer MPLS
• Activer MPLS (+ LDP) sur les interfaces du backbone (pas sur les interfaces côté
clients!) avec la commande « mpls ip ».
• Vérifier que les adjacences LDP sont bien établies avec « show mpls ldp
neighbor ».
• Tester (ping, traceroute) la connectivité. Le traceroute donne les indications de
label.
• Note: sur un réseau de production, attention aux problématiques de MTU !
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Partie 2: Etapes pour l’activation de MPLS/VPN
• Configurer le peering BGP entre PE1 et PE2.
• Configurer les VRF « BLUE » et « RED » sur PE1 et PE2, avec les informations
suivantes:
•
•
•
•
PE1 / BLUE : RD 100:1, RT 65000:100
PE1 / RED : RD 200:1, RT 65000:200
PE2 / BLUE : RD 100:2, RT 65000:100
PE2 / RED : RD 200:2, RT 65000:100
• Configurer les interfaces clientes pour les placer dans les VRF (commande « ip vrf
forwarding <VRF> »). Mettre en place les routes statiques pour les subnets en
172.x.x.x (commande ip route vrf <VRF> <subnet> <mask> <nexthop>)
• Redistribuer les routes connectées et statiques dans BGP (redistribute
connected et redistribute static dans BGP, sous l’address-family ipv4 vrf <VRF>)
• Vérifier la bonne réception des routes BGP avec « show ip route vrf <VRF> »
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• Tester (ping, traceroute) la connectivité entre routeurs PE puis entre routeurs
clients. Le traceroute donne les indications de label.
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Partie 2: Exemple avec PE1 (1/2)
ip vrf BLUE
rd 100:1
route-target export 65000:100
route-target import 65000:100
!
ip vrf RED
rd 200:1
route-target export 65000:200
route-target import 65000:200
!
interface Ethernet0/2
description Vers RED1
ip vrf forwarding BLUE
ip address 192.168.1.1 255.255.255.252
!
interface Ethernet0/3
description Vers BLUE1
ip vrf forwarding RED
ip address 192.168.2.1 255.255.255.252
!
ip route vrf BLUE 172.16.0.0 255.255.0.0 192.168.1.2
ip route vrf RED 172.20.0.0 255.255.0.0 192.168.2.2
!
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Partie 2: Exemple avec PE1 (2/2)
router bgp 65000
no synchronization
bgp log-neighbor-changes
neighbor 10.254.1.2 remote-as 65000
neighbor 10.254.1.2 update-source Loopback0
no auto-summary
!
address-family vpnv4
neighbor 10.254.1.2 activate
neighbor 10.254.1.2 send-community extended
exit-address-family
!
address-family ipv4 vrf BLUE
no synchronization
redistribute connected
redistribute static
exit-address-family
!
address-family ipv4 vrf RED
no synchronization
redistribute connected
redistribute static
exit-address-family
!
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Commandes Cisco IOS utiles
• show ip vrf : liste les VRF avec les interfaces associées
• ping vrf <VRF> <adresse_ip> : réalise un ping dans la VRF indiquée
• traceroute vrf <VRF> <adresse IP> : Traceroute
• show ip route vrf <VRF> : affiche les routes de la VRF
• show mpls ldp neighbor : affiche les voisins LDP
• show mpls ldp bindings : affiche la LIB (Label Information Base)
• show mpls forwarding-table : affiche la LFIB (Label Forwarding Information Base)
• show ip cef vrf <VRF> <subnet> <masque> : affiche les informations de forwarding
(y compris les labels MPLS utilisés)
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