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        基于BGP MPLS VPN企業(yè)跨域組網(wǎng)仿真設(shè)計

        2021-04-27 00:25:42李永芳
        實驗室研究與探索 2021年3期
        關(guān)鍵詞:跨域網(wǎng)路路由器

        李永芳

        (南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院通信信號學(xué)院,南京 210031)

        0 引言

        隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)海量增長,傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò),面向無連接的特點,無法提供可靠的服務(wù)質(zhì)量。多協(xié)議標(biāo)簽交換(Multi-Protocol Label Switching,MPLS)[1]是一種IP 骨干網(wǎng)技術(shù)。MPLS 在無連接的IP網(wǎng)絡(luò)引入面向連接的標(biāo)簽交換概念,將3層路由技術(shù)與2層交換技術(shù)結(jié)合,采用一種基于標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)的隧道技術(shù),充分發(fā)揮了IP路由的靈活性和2層交換的簡捷性。

        用戶個性化需求帶來增值業(yè)務(wù)的快速發(fā)展,MPLS技術(shù)逐漸被擴(kuò)展到了新的應(yīng)用領(lǐng)域,如與邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Border Gateway Protocol,BGP)、虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(Virtual Private Network,VPN)技術(shù)結(jié)合的BGP MPLS VPN技術(shù)就是一種應(yīng)用廣泛的3層VPN(Layer 3 VPN,L3VPN)技術(shù)[2],利用BGP 協(xié)議在MPLS 骨干網(wǎng)上傳遞VPN私網(wǎng)路由信息,用MPLS來轉(zhuǎn)發(fā)VPN業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。BGP MPLS VPN使用BGP多協(xié)議擴(kuò)展(MultiProtocol BGP,MP-BGP)確保VPN 的私網(wǎng)路由只在VPN內(nèi)發(fā)布,并實現(xiàn)MPLS VPN成員間的通信[3],提升數(shù)據(jù)傳遞過程中的安全性。該技術(shù)正被越來越多的大型企事業(yè)單位和運營商所青睞。

        1 BGP MPLS VPN技術(shù)

        1.1 普通MPLS VPN技術(shù)

        一般MPLS VPN架構(gòu)將設(shè)備角色分為客戶端邊界路由器(Customer Edge,CE)、運營商邊界路由器(Provider Edge Router,PE)和運營商路由器(Provider Router,P)[4]。PE 與CE 之間建立外部BGP(External BGP,EBGP)對等體關(guān)系,進(jìn)行VPN實例綁定,在具體應(yīng)用中也可以采用多實例CE(Multiple CE,MCE)方式。PE設(shè)備之間建立MP-BGP關(guān)系,傳遞私網(wǎng)路由,PE與P設(shè)備之間建立普通BGP對等體關(guān)系,傳遞公網(wǎng)路由。

        由于VPN業(yè)務(wù)采用私網(wǎng)IP地址,當(dāng)多個VPN業(yè)務(wù)連接到同一個PE上或是多個VPN業(yè)務(wù)相互通信時,就可能存在IP地址沖突問題。為解決不同VPN私網(wǎng)路由沖突,MPLS VPN引入了VPN實例技術(shù),即在PE設(shè)備上創(chuàng)建實例并與VPN業(yè)務(wù)進(jìn)行綁定,實現(xiàn)不同VPN業(yè)務(wù)路由隔離。創(chuàng)建VPN實例相當(dāng)于創(chuàng)建了單獨的VPN路由轉(zhuǎn)發(fā)表(VPN Routing and Forwarding,VRF)[5]。當(dāng)PE 收到來自不同業(yè)務(wù)的私網(wǎng)路由時,通過識別VPN實例將其添加至對應(yīng)的VRF中。為此,一臺PE設(shè)備上會存在一個公網(wǎng)路由表,以及一個或多個VRF[6]。

        1.2 BGP MPLS VPN技術(shù)

        在BGP MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)中,為確保每個業(yè)務(wù)VPN路由的唯一性,在PE設(shè)備上為每個VPN路由分配唯一的路由區(qū)分(Route Distinguisher,RD)值,對不同的私網(wǎng)路由進(jìn)行區(qū)分[7]。同時,給每條私網(wǎng)路由賦予導(dǎo)入、導(dǎo)出的路由目標(biāo)(Route Target,RT)值,用于控制VPN路由信息的發(fā)布。當(dāng)2個VPN業(yè)務(wù)互通時,RD值可以設(shè)置不相同,但是RT值入和出方向的值必須跟對端VPN業(yè)務(wù)的RT值匹配,否則會影響私網(wǎng)路由的通信。

        1.3 跨域MPLS VPN技術(shù)

        普通的MPLS VPN體系結(jié)構(gòu)是在一個自治系統(tǒng)(Autonomous System,AS)域內(nèi)運行,不提供向其他AS傳遞VPN路由信息的功能。而跨域(Inter-AS)的MPLS VPN,可以實現(xiàn)AS之間VPN私網(wǎng)路由信息的交互傳遞[8]。當(dāng)前主流的跨域方式有3種,分別為VPNOption A、VPN-Option B、VPN-Option C。A 方式中,將兩個AS之間的自治系統(tǒng)邊界路由器(Autonomour System Border Router,ASBR)設(shè)備互為CE 關(guān)系,VPN數(shù)據(jù)在ASBR之間是以普通IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),不攜帶任何標(biāo)簽[9]。B方式中,2臺ASBR之間建立多協(xié)議外部BGP(MultiProtocol-external BGP,MP-eBGP)對等體關(guān)系,傳遞VPN路由,轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時,攜帶私網(wǎng)路由標(biāo)簽信息。C方式中,在不同AS的PE間建立MP-eBGP對等體關(guān)系,以傳遞VPN路由,與A、B方式不同的是,ASBR不再維護(hù)和交換VPN路由,以減少設(shè)備負(fù)擔(dān)[10]。3種方式各有所長,使用時需要結(jié)合具體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和組網(wǎng)需求來進(jìn)行選擇。

        2 企業(yè)組網(wǎng)設(shè)計

        2.1 組網(wǎng)需求與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

        某公司總部和分部距離較遠(yuǎn),需要跨越多個區(qū)域運營商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連,為保證業(yè)務(wù)互通,要求采用BGP MPLS VPN技術(shù)來為公司多個業(yè)務(wù)提供安全、高效的跨域互通。圍繞需求,在網(wǎng)絡(luò)仿真工具平臺(Enterprise Network Simulation Platform,eNSP)[11-16],設(shè)計一種企業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

        2.2 具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

        由圖1可見,AS100、AS200為各區(qū)域運營商網(wǎng)絡(luò),作為MPLS骨干網(wǎng),CR1、CR4為ASBR設(shè)備,CR2、CR3、CR5、CR6為PE設(shè)備。AS65001為公司總部;CSW1、CSW2為CE設(shè)備,ASW1、ASW2為總部內(nèi)部業(yè)務(wù)接入設(shè)備;業(yè)務(wù)用VLAN10/20/30/40 進(jìn)行模擬。AS65002為分部網(wǎng)絡(luò),CSW3、CSW4為CE設(shè)備,分部業(yè)務(wù)VLAN50通過ASW3設(shè)備接入。為保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳遞的安全性,業(yè)務(wù)網(wǎng)段以VPNv4路由穿越運營商網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互通。為了減少路由器開銷,PE與CE設(shè)備之間運行BGP協(xié)議,僅允許將業(yè)務(wù)路由引入BGP協(xié)議。所有AS域內(nèi)均運行開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(Open Shortest Path First,OSPF),除公司總部運行多區(qū)域以外,其他AS內(nèi)均運行單區(qū)域。公司內(nèi)部采用多生成樹協(xié)議(Multiple Spanning Tree Protocol,MSTP)和虛擬路由冗余協(xié)議(Virtual Router Redundancy Protocol,VRRP)技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)的可靠接入,總部與分部之間采用OptionB跨域方式實現(xiàn)不同VPN業(yè)務(wù)之間的通信。具體IP地址及業(yè)務(wù)劃分見表1。

        表1 IP地址及VLAN規(guī)劃表

        3 過程分析

        3.1 域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)連通性配置

        依據(jù)設(shè)計,對照表1在完成底層IP地址、MSTP與VRRP相關(guān)配置的基礎(chǔ)上,所有AS域內(nèi)通過運行OSPF協(xié)議來實現(xiàn)域內(nèi)全網(wǎng)互通。AS100、AS200、AS65002均運行單區(qū)域、單進(jìn)程??偛緼S65001內(nèi)運行多區(qū)域,以控制LSA的泛洪,其中CSW1與CSW2之間運行Area0,ASW1與CSW1、CSW2之間運行Area1,ASW2與CSW1、CSW2之間運行Area2。

        CSW1上的相關(guān)配置如下:

        以此參考,完成CSW2、ASW2設(shè)備配置,不再贅述。設(shè)備配置完成后,在CSW1上運行dis ospf routing查看ospf路由,如圖2所示,設(shè)備已學(xué)習(xí)到AS內(nèi)的全部業(yè)務(wù)網(wǎng)段。由于篇幅限制,其他AS域的OSPF協(xié)議配置不再詳述。

        3.2 普通BGP對等體建立

        如圖1所示,在6臺路由器設(shè)備以及公司核心層CSW1~CSW4 4臺設(shè)備上運行BGP協(xié)議。為實現(xiàn)路由傳遞,在域內(nèi)相鄰設(shè)備之間建立內(nèi)部BGP(Internal BGP,iBGP)對等體關(guān)系,通過對等體學(xué)習(xí)和傳遞路由信息。以CR2設(shè)備舉例,配置如下:

        圖2 CSW1設(shè)備上OSPF域內(nèi)路由表

        其他設(shè)備配置不再贅述。在CR2執(zhí)行dis bgp peer查看對等體關(guān)系建立情況,結(jié)果如圖3所示,CR2分別與CR1、CR3的環(huán)回口地址成功建立了對等體關(guān)系。

        圖3 CR2設(shè)備上BGP對等體關(guān)系

        3.3 MPLS標(biāo)簽分發(fā)

        在運營商骨干網(wǎng)絡(luò)中,所有路由器上運行MPLS協(xié)議,路由器通過標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議(Label Distribution Protocol,LDP)為每條內(nèi)部路由映射一個標(biāo)簽,并向自己的對等體進(jìn)行通告,以此來建立標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表,指導(dǎo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。需要在AS100、AS200域內(nèi)設(shè)備全局和設(shè)備互聯(lián)物理接口下同時開啟MPLS和LDP協(xié)議。如CR3配置如下:

        在GE0/0/2 物理接口下配置與GE0/0/1 相同。其他路由器配置與CR3類似。在設(shè)備上執(zhí)行相應(yīng)命令查看標(biāo)簽會話表,如圖4所示,CR3與CR1、CR2標(biāo)簽會話建立成功。

        圖4 CR3設(shè)備上LDP會話表

        3.4 VPN實例創(chuàng)建與綁定

        為了實現(xiàn)業(yè)務(wù)高可靠、安全傳輸,在MPLS公共網(wǎng)絡(luò)上建立私網(wǎng)連接隧道,將私網(wǎng)業(yè)務(wù)與公網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離。同時,建立多個VPN實例承載不同業(yè)務(wù),實現(xiàn)私網(wǎng)業(yè)務(wù)之間的互相隔離。如圖1所示,在CR2~CR6這4臺PE設(shè)備上創(chuàng)建VPN實例,利用物理接口與相應(yīng)的業(yè)務(wù)私網(wǎng)路由進(jìn)行綁定,實現(xiàn)私網(wǎng)路由互相隔離。設(shè)總部VLAN10、VLAN20對應(yīng)實例名為VPNA,VLAN30、VLAN40對應(yīng)實例名為VPNB,分別與CR2、CR3的GE0/0/0接口綁定。分部VLAN50對應(yīng)實例名為VPNC,與CR5、CR6的GE0/0/0接口綁定。為保證每條VPN路由的唯一性以及與其他VPN路由互通,需要為每個VPN實例自定義RD、RT值。

        如,設(shè)置總部實例VPNA、VPNB的RD值均為100∶1,出入方向RT 值均為100∶200。分部實例VPNB,RD值為200∶1,為保證與總部的VPNA、VPNB互通,需要設(shè)置相同的出入方向RT值。分別在4臺PE設(shè)備的G0/0/0接口下綁定對應(yīng)的VPN實例。如CR2配置如下命令:

        此時,在CR2設(shè)備上執(zhí)行dis bgp vpnv4 vpninstance VPNA peer來查看實例對等體關(guān)系,如圖5所示,與CSW1的對等體關(guān)系建立成功。

        圖5 CR2設(shè)備上VPNv4的對等體關(guān)系

        同樣,在CR3創(chuàng)建實例VPNB,CR5、CR6設(shè)備上創(chuàng)建實例VPNC,配置過程不再贅述。

        3.5 私網(wǎng)路由跨域傳遞

        為確??偛亢头植繕I(yè)務(wù)安全性互通,在骨干網(wǎng)跨域傳輸時,依然以VPNv4路由互通。由于普通BGP對等體只能傳遞公網(wǎng)IPv4單播路由,為在公網(wǎng)上傳遞VPNv4私網(wǎng)路由,需要建立MP-BGP對等體來實現(xiàn)。在不同AS域內(nèi),ASBR分別與域內(nèi)PE設(shè)備建立MPiBGP對等體關(guān)系。采用Option B方式跨域時,ASBR設(shè)備上不需要創(chuàng)建VPN實例,需要在ASBR之間建立MP-eBGP對等體關(guān)系,傳遞VPNv4路由。同時,為確保能從對端設(shè)備接收到VPNv4路由,ASBR需要關(guān)閉RT值的過濾匹配功能。在CR1、CR4設(shè)備上完成如下配置命令:

        CR4設(shè)備上配置與CR1基本相同。在設(shè)備上查看對等體關(guān)系,結(jié)果如圖6所示,CR1分別與CR2~CR4成功建立MP-BGP對等體。

        圖6 CR1設(shè)備上MP-BGP對等體關(guān)系

        4 結(jié)果驗證

        4.1 業(yè)務(wù)互通測試

        在CR5、CR6其中一臺PE設(shè)備上輸入dis ip routing-table vpn-instance VPNC 命令,查看綁定的VPN實例VRF路由轉(zhuǎn)發(fā)表,結(jié)果如圖7所示。在VPNC路由表中可以學(xué)習(xí)到總部的所有業(yè)務(wù)網(wǎng)段路由。

        在PC5上分別發(fā)送ping包給其他業(yè)務(wù)網(wǎng)段PC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通性測試,結(jié)果如圖8、9所示,私網(wǎng)業(yè)務(wù)互訪成功。

        圖7 CR6設(shè)備上實例VPNC的VRF路由轉(zhuǎn)發(fā)表

        圖9 PC5與PC1、PC2 ping包測試結(jié)果

        4.2 VPN-OptionB跨域數(shù)據(jù)傳遞分析

        在2臺ASBR設(shè)備CR1、CR4上查看一條私網(wǎng)路由,分析數(shù)據(jù)在Option B方式下跨域傳遞過程,以192.168.10.0/24 網(wǎng)段為例,查看結(jié)果如圖10、11 所示。圖10表明,CR1 從CR2(2.2.2.2)收到該條VPNv4路由,替換私網(wǎng)路由標(biāo)簽,且攜帶路由的RD值以及出方向的RT值。同時將該路由通告給對端CR4(10.10.14.2)設(shè)備。圖11 表明,CR4 從CR1(10.10.14.1)收到該條VPNv4路由,再次替換私網(wǎng)路由標(biāo)簽值,攜帶路由的RD值以及出方向的RT值。將該路由通告給MP-iBGP 對等體CR5(5.5.5.5)、CR6(6.6.6.6)設(shè)備。

        圖10 CR1 設(shè)備上192.168.10.0/24VPNv4 路由信息

        圖11 CR4 設(shè)備上192.168.10.0/24VPNv4 路由信息

        分析可知,業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在跨域過程中,不是通過IPv4路由傳遞,而是以VPNv4私網(wǎng)路由進(jìn)行傳輸?shù)摹9W(wǎng)是基于IP路由表進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),私網(wǎng)路由是基于標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)表來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。在跨域過程中,私網(wǎng)與公網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行隔離,提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

        5 結(jié)語

        針對企業(yè)組網(wǎng)中高效、高安全等技術(shù)需求,提出一種基于BGP MPLS VPN企業(yè)跨域組網(wǎng)設(shè)計方案,并在eNSP模擬環(huán)境中進(jìn)行仿真,在企業(yè)內(nèi)網(wǎng)及骨干網(wǎng)設(shè)備上部署了OSPF、BGP、MPLS VPN等多種復(fù)雜協(xié)議。圍繞業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)跨域傳遞過程,對BGP對等體建立、VPN實例創(chuàng)建、MPLS標(biāo)簽分發(fā)與交換、VPNv4業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)跨域傳輸?shù)葍?nèi)容進(jìn)行了具體配置和過程分析。結(jié)果表明,方案為私網(wǎng)路由分配標(biāo)簽,建立VPNv4業(yè)務(wù)傳輸隧道,為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳遞提供安全保障,增加VPN實例可以靈活擴(kuò)展企業(yè)增值業(yè)務(wù),滿足企業(yè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中安全、靈活和高效等性能需求。

        ·名人名言·

        “成功”的科學(xué)家往往是興趣廣泛的人。他們的獨創(chuàng)精神可能自他們的博學(xué)。多樣化會使人觀點新鮮,而過于長時間鉆研一個窄的領(lǐng)域,則易使人愚蠢。

        ——貝弗里奇

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