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BGP MPLS L3VPN原理及实践

Leo Lee 发表于 2019/12/25 11:08:48 2019/12/25

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【摘要】使用场景在运营商骨干网络上提供L3VPN业务，利用BGP协议发布路由信息，在骨干网内部使用MPLS转发VPN报文。概念CE（Consumer Edge）：用户边缘路由器，与运营商网络直接相连的路由器。感知不到VPN的存在，一个CE设备只能对应一个VPN主要功能就是将VPN客户的路由通告给PE，以及从PE学习同一个VPN下其他站点的路由PE（Provider Edge）：运行商（骨干网）边缘路...

使用场景

在运营商骨干网络上提供L3VPN业务，利用BGP协议发布路由信息，在骨干网内部使用MPLS转发VPN报文。

概念

CE（Consumer Edge）：用户边缘路由器，与运营商网络直接相连的路由器。

感知不到VPN的存在，一个CE设备只能对应一个VPN
主要功能就是将VPN客户的路由通告给PE，以及从PE学习同一个VPN下其他站点的路由

PE（Provider Edge）：运行商（骨干网）边缘路由器，与用户网络相连的路由器。

负责VPN业务接入，处理VPN-IPV4路由
使用VRF对VPN客户进行隔离
通过与客户设备CE进行路由协议，以便获取客户路由，并将路由生成VPNv4前缀放入MPLS VPN骨干网传递到对端PE

P（Provider）：骨干网路由器，与PE或其他P相连。

负责快速转发数据
不知道VPN客户网络，以及客户的路由。只负责在骨干网内运载标签数据

VRF（Virtual Router Forwarding）：PE上的虚拟路由器（路由进程）。

一张独立的路由表，包括独立的地址空间
一组归属于这个VRF的接口的集合，
一组只用于本VRF的路由协议
一个VPN对应一个VRF

RD（Route-Distinguisher)：路由标识符
BGP进程用该字段区分不同VPN，有了RD后就可以解决不同VPN之间的IP地址重叠问题，VPN用户的IP地址不再是整个系统全局唯一，而是VPN内唯一即可。
长度：8字节
RD有两种格式：

16位自治系统号:32位用户自定义数，例如：101:3。自治系统号的取值范围是0～65535；用户自定义数的取值范围是0～4294967295。其中，自治系统号和用户自定义数不能同时为0，即RD的值不能是0:0。
32位IP地址:16位用户自定义数，例如：192.168.122.15:1。IP地址的取值范围是0.0.0.0～255.255.255.255；用户自定义数的取值范围是0～65535。

RT（Route-Target）
每个VRF表达自己的路由输出和输出方式，主要用于控制VPN路由的发布和安装策略。
属性：

import 声明当前VPN接受的路由属性
export 声明当前VPN发出的路由属性
对端PE接收路由时，首先接收所有的路由，并根据每个VRF配置的RT.import规则进行检查，如果与路由中的RT属性匹配，则将该路由加入到相应的VRF中。

RT和RD有着同样的结构，为什么不用RD来区分VPN（即用RD实现RT功能）？

分开定义有分开定义的灵活性。
当一条路由需要传递到多个VPN时，如果没有RT，就需要创建多条BGP数据，每条有着不同的RD。而有RT的话，只需要创建一条BGP数据，带上多个RT即可。从数据的长短来看，后者更有优势。

原理

MPLS VPN主要采用的技术及其解决的问题：

MPLS隧道技术：隧道的动态建立
多VRF技术：本地地址冲突
MP-BGP技术：VPN私网路由学习

PE之间，是通过MPLSTunnel（LSP）通讯的，是通过MP-BGP协议传递路由信息。MPLSTunnel则是承载在P上。

CE-PE之间，是两个普通路由器之间的交流，可以是IGP，如：OSPF，EIGRP，可以是BGP，也可以配置静态路由。

实验

组网

路由器

序号	设备	Router-ID	换回接口	IP地址
1	PE1	1.1.1.1	Loopback0	1.1.1.1
2	PE2	2.2.2.2	Loopback0	2.2.2.2
3	P1	3.3.3.3	Loopback0	3.3.3.3
4	P2	4.4.4.4	Loopback0	4.4.4.4

VPN实例

序号	实例名	RD	RT
1	vpn1	100:1	100:1
2	vpn2	200:1	200:1

其他
各个接口的IP地址规划请见组网图。

配置

PE1配置

#
ip vpn-instance vpn1
 ipv4-family
  route-distinguisher 100:1
  vpn-target 100:1 export-extcommunity
  vpn-target 100:1 import-extcommunity
#
ip vpn-instance vpn2
 ipv4-family
  route-distinguisher 200:1
  vpn-target 200:1 export-extcommunity
  vpn-target 200:1 import-extcommunity
#
mpls lsr-id 1.1.1.1
mpls
 label advertise non-null
#
mpls ldp
#
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.0.13.1 255.255.255.252
 mpls
 mpls ldp
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip binding vpn-instance vpn1
 ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 ip binding vpn-instance vpn2
 ip address 192.168.2.1 255.255.255.0
#
interface LoopBack0
 ip address 1.1.1.1 255.255.255.255
#
bgp 100
 router-id 1.1.1.1
 undo default ipv4-unicast
 peer 2.2.2.2 as-number 100
 peer 2.2.2.2 connect-interface LoopBack0
 #
 ipv4-family unicast
  undo synchronization
  undo peer 2.2.2.2 enable
 #
 ipv4-family vpnv4
  policy vpn-target
  peer 2.2.2.2 enable
 #
 ipv4-family vpn-instance vpn1
  import-route direct
 #
 ipv4-family vpn-instance vpn2
  import-route direct
#
ospf 1
 area 0.0.0.0
  network 1.1.1.1 0.0.0.0
  network 10.0.13.0 0.0.0.3

PE2配置

#
ip vpn-instance vpn1
 ipv4-family
  route-distinguisher 100:1
  vpn-target 100:1 export-extcommunity
  vpn-target 100:1 import-extcommunity
#
ip vpn-instance vpn2
 ipv4-family
  route-distinguisher 200:1
  vpn-target 200:1 export-extcommunity
  vpn-target 200:1 import-extcommunity
#
mpls lsr-id 2.2.2.2
mpls
 label advertise non-null
#
mpls ldp
#
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.0.24.1 255.255.255.252
 mpls
 mpls ldp
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip binding vpn-instance vpn1
 ip address 192.168.3.1 255.255.255.0
#
interface GigabitEthernet0/0/2
 ip binding vpn-instance vpn2
 ip address 192.168.4.1 255.255.255.0
#
interface LoopBack0
 ip address 2.2.2.2 255.255.255.255
#
bgp 100
 router-id 2.2.2.2
 undo default ipv4-unicast
 peer 1.1.1.1 as-number 100
 peer 1.1.1.1 connect-interface LoopBack0
 #
 ipv4-family unicast
  undo synchronization
  undo peer 1.1.1.1 enable
 #
 ipv4-family vpnv4
  policy vpn-target
  peer 1.1.1.1 enable
 #
 ipv4-family vpn-instance vpn1
  import-route direct
 #
 ipv4-family vpn-instance vpn2
  import-route direct
#
ospf 1
 area 0.0.0.0
  network 2.2.2.2 0.0.0.0
  network 10.0.24.0 0.0.0.3

P1配置

#
mpls lsr-id 3.3.3.3
mpls
 label advertise non-null
#
mpls ldp
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.0.13.2 255.255.255.252
 mpls
 mpls ldp
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.0.34.1 255.255.255.252
 mpls
 mpls ldp
#
interface LoopBack0
 ip address 3.3.3.3 255.255.255.255
#
ospf 1
 area 0.0.0.0
  network 3.3.3.3 0.0.0.0
  network 10.0.13.0 0.0.0.3
  network 10.0.34.0 0.0.0.3

P2配置

#
mpls lsr-id 4.4.4.4
mpls
 label advertise non-null
#
mpls ldp
#
interface GigabitEthernet0/0/0
 ip address 10.0.24.2 255.255.255.252
 mpls
 mpls ldp
#
interface GigabitEthernet0/0/1
 ip address 10.0.34.2 255.255.255.252
 mpls
 mpls ldp
#
interface LoopBack0
 ip address 4.4.4.4 255.255.255.255
#
ospf 1
 area 0.0.0.0
  network 4.4.4.4 0.0.0.0
  network 10.0.24.0 0.0.0.3
  network 10.0.34.0 0.0.0.3

连通性测试

PC1 ping PC3

PC2 ping PC4

PC1 ping PC2&PC4 —- 不同VPN，不通

分析

VPN路由表

# vpn1路由表
<Huawei>dis ip routing-table vpn-instance vpn1
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: vpn1
         Destinations : 5        Routes : 5
Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface
    192.168.1.0/24  Direct  0    0           D   192.168.1.1     GigabitEthernet0/0/1
    192.168.1.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
  192.168.1.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/1
    192.168.3.0/24  IBGP    255  0          RD   2.2.2.2         GigabitEthernet0/0/0
255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0

#vpn2路由表
<Huawei>dis ip routing-table vpn-instance vpn2
Route Flags: R - relay, D - download to fib
------------------------------------------------------------------------------
Routing Tables: vpn2
         Destinations : 5        Routes : 5
Destination/Mask    Proto   Pre  Cost      Flags NextHop         Interface
    192.168.2.0/24  Direct  0    0           D   192.168.2.1     GigabitEthernet0/0/2
    192.168.2.1/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/2
  192.168.2.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       GigabitEthernet0/0/2
    192.168.4.0/24  IBGP    255  0          RD   2.2.2.2         GigabitEthernet0/0/0
255.255.255.255/32  Direct  0    0           D   127.0.0.1       InLoopBack0

查看BGP邻居

[Huawei-bgp]display bgp vpnv4 all peer
 BGP local router ID : 1.1.1.1
 Local AS number : 100
 Total number of peers : 1          Peers in established state : 1
  Peer            V          AS  MsgRcvd  MsgSent  OutQ  Up/Down       State PrefRcv
  2.2.2.2         4         100        4        5     0 00:00:09 Established   2

BGP路由通告数据包
在PE1和P1之间抓包：

数据面数据包
PC1 ping PC3，同时在PE1和P1之间抓包：

在骨干网内通过MPLS协议转发VPN数据包（ICMP报文）。

PE1上查看MPLS LSP

<Huawei>dis mpls lsp
-------------------------------------------------------------------------------
                 LSP Information: BGP  LSP
-------------------------------------------------------------------------------
FEC                In/Out Label  In/Out IF                      Vrf Name
192.168.1.0/24     1031/NULL     -/-                            vpn1
192.168.2.0/24     1032/NULL     -/-                            vpn2
-------------------------------------------------------------------------------
                 LSP Information: LDP LSP
-------------------------------------------------------------------------------
FEC                In/Out Label  In/Out IF                      Vrf Name
2.2.2.2/32         NULL/1028     -/GE0/0/0
2.2.2.2/32         1033/1028     -/GE0/0/0
3.3.3.3/32         NULL/1024     -/GE0/0/0
3.3.3.3/32         1034/1024     -/GE0/0/0
4.4.4.4/32         NULL/1027     -/GE0/0/0
4.4.4.4/32         1035/1027     -/GE0/0/0
1.1.1.1/32         1036/NULL     -/-

说明：
实验使用eNSP仿真软件进行，路由器型号为AR3260。

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