Ce chapitre a pour objectif de montrer l'impact d'IPv6 sur la technologie MPLS (Multi Protocol Label Switching). Trois usages qui lient IPv6 à MPLS peuvent être différenciés :

• transition IPv4 vers IPv6 : dans ce contexte, MPLS a été identifié comme une technologie permettant le transport de flux IPv6 à moindre coût. En effet, une fois que le paquet IPv6 est encapsulé dans une trame MPLS sur le routeur d'entrée (le PE-routeur en terminologie MPLS), celle-ci est commutée comme toute autre trame sur les routeurs MPLS de coeur (les P-routeurs). Cette méthode, appelée 6PE (IPv6 Provider Edge) permet de connecter des sites distants IPv6 au travers d'un réseau de coeur MPLS IPv4. La première partie de ce chapitre décrit en détail cette technique. On y trouvera également un exemple concret d'activation de tunnel 6PE sur routeur Cisco;
• mise en place des tunnels MPLS : des protocoles spécifiques (LDP : Label Distribution Protocol, TDP : Tag Distribution Protocol) ou adaptés (BGP, RSVP) construisent les chemins MPLS (les LSP : Label Switched Path) sur la base des informations contenues dans les tables de routage interne. Si les extensions sont décrites dans les RFC 3036 pour LDP et RFC 3209 pour RSVP-TE, aucun contructeur ne les implémente ;
• réseaux privés virtuels : les L3 VPN MPLS représentent le service le plus utilisé de la technologie MPLS. Ils permettent le déploiement de réseaux privés (virtuels car une seule infrastructure physique est utilisée) en assurant une étanchéité entre eux, tout comme si chaque réseau était physiquement différent. Ils se basent sur le RFC 2547 (BGP/MPLS VPN), à laquelle des extensions ont été ajoutées pour le support d'IPv6. La deuxième partie de ce chapitre explore cette technique.

MPLS comme outil de transition IPv4 vers IPv6

Utiliser un coeur de réseau MPLS pour transporter des flux IPv6 permet d'interconnecter des îlots IPv6 au travers d'un coeur de réseau IPv4 MPLS. Cette solution est intéressante dans le cadre d'un déploiement d'IPv6 car MPLS commute des labels et non pas des en-têtes IP. Elle offre donc l'avantage de ne pas avoir à mettre à jour les routeurs de coeur.

Historiquement, plusieurs solutions d'encapsulation ont été proposées. Nous allons les décrire rapidement afin d'arriver à la technique 6PE qui est la plus aboutie et finalement la dernière solution avant de passer à un coeur de réseau MPLS gérant directement IPv6.

La figure Architecture MPLS dans le contexte IPv6 schématise ces différentes architectures dans le cadre de l'interconnexion de sites IPv6

• Tunnels IP : dans ce cas, le routeur CE19 encapsule les paquets IPv6 dans des paquets IPv4 et les envoie en direction du routeur PE qui les traite comme des paquets IPv4 "normaux" et les transmet dans le LSP MPLS. La liaison CE-PE dans ce cas n'est pas IPv6. Cette technique, repose sur un relayage traditionnel et par conséquent, il n'est pas nécessaire d'avoir des équipments MPLS. L'inconvénient est que d'une part les performances d'encapsulation IPv6 dans IPv4 sont médiocres (lorsqu'elle n'est pas traitée par une carte tunnel dédiée) et d'autre part que la configuration de ces tunnels doit être faite de façon unitaire (ce qui ne tient pas le facteur d'échelle);
• VPN de niveau 2 : dans ce cas, le routeur CE encapsule les paquets IPv6 dans des trames de niveau 2 (Ethernet ou ATM) et les envoie au routeur PE. Celui-ci les transmet directement dans les LSP MPLS. L'avantage de cette technique est la performance de commutation (qui se fait au niveau trame et non plus au niveau 3 comme la solution précédente). L'interconnexion CE-PE voit passer de l'IPv6 dans des trames de niveau 2 mais le routeur PE ne sait pas qu'il met en tunnel des paquets IPv6 (pour lui il s'agit uniquement du niveau 2 transmis dans MPLS). Il n'a donc pas besoin d'être double pile IPv4/IPv6;
• VPN de niveau 3 : dans ce cas, l'interconnexion CE-PE est IPv6. Le routeur PE créé une classe d'équivalence MPLS dédié à chaque préfixe IPv6 et lui attribue un label MPLS20. Comme pour les autres types de L3VPN, les trames MPLS ont alors deux labels :
  • un label de transport pour déterminer le LSP (qui peut éventuellement changer à chaque commutation sur un routeur P) et
  • un label de "service 6PE" qui est inchangé pour un préfixe IPv6 donné.

L'avantage de cette méthode est la performance de commutation d'une part et le fait que l'interconnexion CE-PE est IPv6. Par ailleurs, MP-iBGP est utilisé pour attribuer dynamiquement les labels (cela évite d'avoir une configuration manuelle full-mesh des tunnels). Il faut que le routeur PE implémente la fonction 6PE (les routeurs P restent inchangés par contre).

Il est intéressant de constater l'évolution de ces techniques. En effet, au fur et à mesure, les paquets IPv6 se sont rapprochés du routeur PE et donc du coeur de réseau. Aujourd'hui la technique 6PE est la plus aboutie et la plus performante dans le cas d'un déploiement d'IPv6 sur un coeur MPLS IPv4.

La technique 6PE

La technique 6PE (cf. figure Architecture 6PE) permet de connecter des îlots IPv6 entre eux au travers d'un coeur de réseau IPv4 MPLS. L'architecture utilisée est la suivante :

• tunnels MPLS dans le coeur;
• utilisation de MP-iBGP pour annoncer les préfixes IPv6.

Ce mode, décrit dans le draft IETF 6PE [NGF-id], est nommé ainsi en référence à IPv6 et aux PE des VPN MPLS (RFC 2547), mais contrairement à ces derniers, la technique 6PE ne permet pas de faire des VPN. Ainsi, les préfixes IPv6 annoncés par les routeurs CE sont placés dans la table de routage globale du routeur 6PE. La technique 6PE décrit un mode de transition vers IPv6 pour un réseau IPv4 /MPLS dans lequel :

• Comme dans un mode tunnel, les routeurs de coeur ne sont pas double pile. Ils restent en IPv4 sans aucune modification;
• Les routeurs de périphérie raccordant des clients ou des sous réseaux IPv6 sont double pile. Ils utilisent MP-iBGP pour s'échanger les préfixes de leurs clients avec eux même comme next hop ;
• Les paquets IPv6 des clients sont reçus nativement par les 6PE, encapsulés par le routeur 6PE d'entrée (ingress), décapsulés par le routeur 6PE de sortie (egress) puis envoyés aux clients sur une interface IPv6 native (ou double pile). Les tunnels sont des LSP MPLS21 (cf. figure Plan de transfert 6PE entre deux clients IPv6).

• Aucun IGP IPv6 n'est utilisé sur les routeurs de coeur, ni sur les routeurs de périphérie. En effet, le next-hop des routes IPv6 est une route IPv6 (obligatoire en MP-BGP) mais cette adresse code en fait une adresse IPv4. Pour cela, une adresse IPv6 de type IPv4-mapped est utilisée permettant de représenter une adresse IPv4 avec une syntaxe IPv6 (le cas d'application ci-dessous en montre un exemple). Finalement, le next-hop des routes IPv6 est l'adresse IPv4 du routeur 6PE de sortie. Cette adresse IPv4 est routable grâce à l'IGP IPv4 existant.

Ce mode nécessite un maillage complet (full mesh) de tunnels entre les routeurs 6PE et donc un nombre de tunnels conséquent. Pour éviter la lourdeur et le coût de configuration de tout ces tunnels, le protocole MP-iBGP est utilisé : à chaque route IPv6 cliente annoncée dans MP-BGP, est associé un next-hop qui indique le point de sortie du tunnel et donc le tunnel à utiliser.

Le mode 6PE combine les avantages des modes tunnels :

• Aucun impact sur les routeurs de coeur : pas de nouveau code, pas de nouvelles fonctionnalités (commutation IPv6, ISIS MT ou IS-ISv6, MP-BGP), pas de nouvelles routes (IPv6 internes et externes), aucune dégradation des performances de commutation aussi bien pour les flux IPv4 que IPv6. Des débits IPv6 agrégés de 10G sont possibles dès maintenant. Pas de risques pris sur les routeurs et le réseau de coeur qui ne savent même qu'ils commutent de l'IPv6 (ni de l'IPv4 d'ailleurs);
• Introduction rapide : pour interconnecter deux îlots IPv6, seules deux routeurs sont à mettre à jour pour les passer en double pile (pour les interfaces natives IPv6 des clients) et configurer MP-BGP afin d'échanger les routes clientes IPv6. Or ces deux opérations sont de toutes façons indispensables, quel que soit le mode utilisé (double pile, tunnels statiques IPv4, 6PE) ;
• En cas de panne de liens ou de routeurs de coeur de réseau, les flux IPv6 peuvent utiliser l'intégralité des liens et des routeurs du réseau et donc être re-routés facilement grâce à MPLS.

Tout en supprimant de nombreux inconvénients des tunnels IPv4 statiques :

• Performance du plan de transfert: MPLS permet une encapsulation très rapide quelque soit le débit de l'interface. C'est l'interface cliente qui peut limiter les débits si les interfaces ne sont pas encore assez rapide, mais elle est à plus faible débit qu'une interface backbone. A priori, le surcoût d'encapsulation est plus faible d'où un coût de transport moins élevé pour l'opérateur et une MTU moins réduite pour le client ;
• Lourdeur de configuration des tunnels: aucun tunnel n'est à configurer manuellement. Ils sont établis automatiquement et re-routés dynamiquement en cas de panne.

Le mode 6PE a toutefois quelques inconvénients par rapport à un réseau entièrement double pile :

• Les paquets IPv6 ne sont pas transportés nativement par le réseau, or cela peut être une exigence du client (il est néanmoins possible de masquer les tunnels MPLS au client en ne recopiant pas le TTL des paquets clients dans les datagrammes MPLS).
• Certaines fonctions peuvent ne pas être disponibles une fois le trafic encapsulé dans MPLS.

Exemple de mise en oeuvre de 6PE

Dans l'exemple suivant, la mise en oeuvre de la fonctionnalité 6PE est effectué sur une plate-forme comprenant 3 routeurs MPLS : deux PE-routeurs et un P-routeur. La fonctionalité 6PE est introduite de façon incrémentale :

• mise en oeuvre du routage interne IS-IS,
• ajout du protocole de distribution des labels LDP,
• ajout des peering BGP,
• et finalement activation de la fonctionnalité 6PE.

Le schéma de la plate-forme est donné dans la figure plateforme MPLS-6PE.

Les routeurs sont de marque Cisco et les versions du système d'exploitation sont donnés dans le See Versions des IOS pour la plate-forme 6PE.

La première étape consiste à activer les technologies suivantes :

• routage interne IPv4 avec IS-IS ;
• MPLS avec LDP comme protocole de distribution de labels.

Les configurations des routeurs sont les suivantes :

6PE-1#sh run
version 12.2
hostname 6PE-1
boot system disk0:c7200-js-mz.122-15.T.bin
ip cef
clns routing
mpls label protocol ldp
mpls ldp logging neighbor-changes
!
interface Loopback6
    ip address 192.168.127.1 255.255.255.255
!
interface Ethernet0/0
    ip address 192.168.12.1 255.255.255.0
    ip router isis
    mpls label protocol ldp
    tag-switching ip
!
interface GigabitEthernet0/0
    ip address 192.168.11.1 255.255.255.0
!
router isis
    net 49.0001.1921.6812.7001.00
    is-type level-2-only
    metric-style wide
    redistribute connected
    passive-interface GigabitEthernet0/0
    passive-interface Loopback6
!
ip route 192.168.111.0 255.255.255.0 GigabitEthernet0/0
6PE-1#

6PE-2#sh run
version 12.2
hostname 6PE-2
boot system disk0:c7200-js-mz.122-15.T.bin
ip cef
clns routing
mpls label protocol ldp
no mpls ldp logging neighbor-changes
!
interface Loopback6
    ip address 192.168.127.3 255.255.255.255
!
interface Ethernet0/0
    ip address 192.168.23.2 255.255.255.0
    ip router isis
    mpls label protocol ldp
    tag-switching ip
!
interface GigabitEthernet0/0
    ip address 192.168.33.1 255.255.255.0
!
router isis
    net 49.0001.1921.6812.7003.00
    is-type level-2-only
    metric-style wide
    redistribute connected
    passive-interface GigabitEthernet0/0
    passive-interface Loopback6
!
ip route 192.168.133.0 255.255.255.0 GigabitEthernet0/0
6PE-2#

P#sh run
version 12.3
hostname P
boot system flash:C2600-JS-MZ.123-1.BIN
ip cef
clns routing
mpls label protocol ldp
mpls ldp logging neighbor-changes
!
interface Loopback0
    ip address 192.168.127.2 255.255.255.255
!
interface FastEthernet0/0
    ip address 192.168.12.2 255.255.255.0
    ip router isis
    mpls label protocol ldp
    tag-switching ip
!
interface FastEthernet0/1
    ip address 192.168.23.1 255.255.255.0
    ip router isis
    mpls label protocol ldp
    tag-switching ip
!
router isis
    net 49.0001.1921.6812.7002.00
    is-type level-2-only
    metric-style wide
    redistribute connected
    passive-interface Loopback0
!
P#

Pour vérifier que les configurations des routeurs sont correctes, il est possible de tester l'apprentissage des routes par IS-IS. Sur le routeur 6PE-2, la commande suivante permet de vérifier que les routes sont bien apprises :

6PE-2#sh ip route
Codes: C - connected, S - static, R - RIP, M - mobile, B - BGP
D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area
N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2
i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area
* - candidate default, U - per-user static route, o - ODR
P - periodic downloaded static route
Gateway of last resort is not set
i L2 192.168.12.0/24 [115/20] via 192.168.23.1, Ethernet0/0
S 192.168.133.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0
192.168.127.0/32 is subnetted, 3 subnets
C 192.168.127.3 is directly connected, Loopback6
i L2 192.168.127.2 [115/10] via 192.168.23.1, Ethernet0/0
i L2 192.168.127.1 [115/20] via 192.168.23.1, Ethernet0/0
i L2 192.168.11.0/24 [115/20] via 192.168.23.1, Ethernet0/0
C 192.168.23.0/24 is directly connected, Ethernet0/0
C 192.168.33.0/24 is directly connected, GigabitEthernet0/0
6PE-2#

De même, pour l'apprentissage des labels MPLS par LDP. Sur le routeur P la commande suivante permet de vérifier l'activation du protocole LDP sur les interfaces :

P#sh mpls interfaces detail
Interface FastEthernet0/0:
IP labeling enabled (ldp)
LSP Tunnel labeling not enabled
BGP tagging not enabled
Tagging operational
Fast Switching Vectors:
IP to MPLS Fast Switching Vector
MPLS Turbo Vector
MTU = 1500
Interface FastEthernet0/1:
IP labeling enabled (ldp)
LSP Tunnel labeling not enabled
BGP tagging not enabled
Tagging operational
Fast Switching Vectors:
IP to MPLS Fast Switching Vector
MPLS Turbo Vector
MTU = 1500
P#

Enfin sur le routeur 6PE-2, la commande suivante permet d'afficher la table de commutation MPLS :

6PE-2#sh mpls forwarding-table
Local Outgoing Prefix Bytes tag Outgoing Next Hop
tag tag or VC or Tunnel Id switched interface
16 Pop tag 192.168.12.0/24 0 Et0/0 192.168.23.1
17 Pop tag 192.168.127.2/32 0 Et0/0 192.168.23.1
18 17 192.168.127.1/32 0 Et0/0 192.168.23.1
19 18 192.168.11.0/24 0 Et0/0 192.168.23.1
6PE-2#

Ainsi :

• pour la FEC 192.168.127.1/32, le label de sortie sera 17 ;
• pour la FEC 192.168.12.0/24, 6PE-2 fait un POP du label (car il est le PHP pour le next-hop de ce préfixe, i.e. le router P).

La commande traceroute vers 192.168.127.1 montre que le flux passe sur MPLS et que le tag de sortie est effectivement 17 :

6PE-2#traceroute 192.168.127.1
Tracing the route to 192.168.127.1
1 192.168.23.1 [MPLS: Label 17 Exp 0] 0 msec 4 msec 0 msec
2 192.168.12.1 0 msec * 0 msec
6PE-2#

La capture d'un PING vers 192.168.127.1 confirme également que le trafic emprunte le LSP (cf. figure Capture d'un paquet de ping).

La seconde étape consiste à ajouter de la fonction 6PE. Le routeur P n'est pas concerné par cette fonction, par contre les routeurs 6PE-1 et 6PE-2 doivent établir une session i-BGP entre eux afin de pouvoir s'échanger les préfixes IPv6 avec MP-BGP. Les configurations des routeurs sont alors les suivantes (seuls les éléments nouveaux par rapport aux configurations précédentes sont listés) :

6PE-1#sh run
[..]
ipv6 unicast-routing
mpls ipv6 source-interface Loopback6
!
interface Loopback6
    ip address 192.168.127.1 255.255.255.255
    ipv6 address 2001:127::1/128
!
interface Ethernet0/0
!
interface GigabitEthernet0/0
    ipv6 address 2001:11::1/48
    ipv6 enable
!
router isis
[..]
!
router bgp 106
[..]
    neighbor 192.168.127.3 remote-as 106
    neighbor 192.168.127.3 update-source Loopback6
!
address-family ipv6
    neighbor 192.168.127.3 activate
    neighbor 192.168.127.3 soft-reconfiguration inbound
    neighbor 192.168.127.3 send-label
    redistribute connected
    redistribute static
    exit-address-family
!
address-family ipv4
    redistribute connected
    redistribute static
    neighbor 192.168.127.3 activate
    neighbor 192.168.127.3 soft-reconfiguration inbound
    exit-address-family
!
ipv6 route 2001:111::/32 GigabitEthernet0/0
6PE-1#

6PE-2#sh run
[..]
ipv6 unicast-routing
mpls ipv6 source-interface Loopback6
!
interface Loopback6
    ip address 192.168.127.3 255.255.255.255
    ipv6 address 2001:127::3/128
!
interface Ethernet0/0
[..]
!
interface GigabitEthernet0/0
[..]
    ipv6 address 2001:33::1/48
    ipv6 enable
!
router isis
[..]
!
router bgp 106
[..]
    neighbor 192.168.127.1 remote-as 106
    neighbor 192.168.127.1 update-source Loopback6
!
    address-family ipv6
        neighbor 192.168.127.1 activate
        neighbor 192.168.127.1 soft-reconfiguration inbound
        neighbor 192.168.127.1 send-label
        redistribute connected
        redistribute static
        exit-address-family
!
    address-family ipv4
        redistribute connected
        redistribute static
        neighbor 192.168.127.1 activate
        neighbor 192.168.127.1 soft-reconfiguration inbound
        exit-address-family
!
ipv6 route 2001:133::/32 GigabitEthernet0/0
6PE-2#

La commande suivante permet de vérifier cette configuration en testant le peering BGP sur 6PE-2 :

6PE-2#sh bgp ipv6 neighbor
BGP neighbor is 192.168.127.1, remote AS 106, internal link
BGP version 4, remote router ID 192.168.127.1
BGP state = Established, up for 00:34:04
Last read 00:00:04, hold time is 180, keepalive interval is 60 seconds
Neighbor capabilities:
Route refresh: advertised and received(old & new)
Address family IPv4 Unicast: advertised and received
Address family IPv6 Unicast: advertised and received
ipv6 MPLS Label capability: advertised and received
[..]
For address family: IPv6 Unicast
BGP table version 3, neighbor version 3
Index 1, Offset 0, Mask 0x2
Inbound soft reconfiguration allowed
Sending Prefix & Label
Sent Rcvd
Prefix activity: ---- ----
Prefixes Current: 1 1 (Consumes 72 bytes)
Prefixes Total: 2 2
[..]
6PE-2#sh bgp ipv6 2001:127::1/128
BGP routing table entry for 2001:127::1/128, version 3
Paths: (1 available, best #1, table Global-IPv6-Table)
Not advertised to any peer
Local, (received & used)
::FFFF:192.168.127.1 (metric 20) from 192.168.127.1 (192.168.127.1)
Origin incomplete, metric 0, localpref 100, valid, internal, best
6PE-2#

Sur le routeur 6PE-2, les labels utilisés par MP-BGP pour le transport d'IPv6 sur MPLS peuvent être visualisés :

6PE-2#sh bgp labels
Network Next Hop In label/Out label
2001:111::/32 ::FFFF:192.168.127.1
nolabel/22
2001:127::1/128 ::FFFF:192.168.127.1
nolabel/21
2001:127::3/128 :: 21/nolabel
2001:133::/32 :: 22/nolabel
2003::/16 ::FFFF:192.168.127.1
nolabel/23
2005:1234::/32 ::FFFF:192.168.127.1
nolabel/24
6PE-2#

Pour cet exemple, des routes statiques IPv6 supplémentaires a été ajoutées sur le routeur 6PE-1 afin de montrer que chaque préfixe se voit attribué un nouveau label. La capture (cf. figure Capture d'une annonce MP-BGP) décode l'annonce MP-BGP qui résulte de l'ajout de la route statique IPv6 2005 :1234 ::/32 (message BGP UPDATE). Ce message BGP UPDATE annonce à la fois le préfixe IPv6 (2005:1234::/32) et le label MPLS associé (18 en hexadécimal, soit 24 en décimal, avec le bit S positionné à 1) (RFC 3107).

Sur le routeur 6PE-2, il est possible de visualiser comment sont apprises les routes :

6PE-2#sh ipv6 route
IPv6 Routing Table - 4 entries
Codes: C - Connected, L - Local, S - Static, R - RIP, B - BGP
U - Per-user Static route
I1 - ISIS L1, I2 - ISIS L2, IA - ISIS interarea
O - OSPF intra, OI - OSPF inter, OE1 - OSPF ext 1, OE2 - OSPF ext 2
B 2001:127::1/128 [200/0]
via ::FFFF:192.168.127.1, IPv6-mpls
LC 2001:127::3/128 [0/0]
via ::, Loopback6
L FE80::/10 [0/0]
via ::, Null0
L FF00::/8 [0/0]
via ::, Null0
6PE-2#

Le préfixe IPv6 2001:127::1/128 est appris par MP-BGP via l'adresse IPv6 IPv4 mappée ::FFFF:192.168.127.1. L'indication IPv6-mpls montre que le flux IPv6 correspondant est acheminé sur MPLS (c'est la fonction 6PE).

Sur le routeur 6PE-2, la table de commutation MPLS peut être affichée :

6PE-2#sh mpls forwarding-table
Local Outgoing Prefix Bytes tag Outgoing Next Hop
tag tag or VC or Tunnel Id switched interface
16 Pop tag 192.168.12.0/24 0 Et0/0 192.168.23.1
17 Pop tag 192.168.127.2/32 0 Et0/0 192.168.23.1
18 17 192.168.127.1/32 0 Et0/0 192.168.23.1
19 18 192.168.11.0/24 0 Et0/0 192.168.23.1
21 Aggregate IPv6 1040
6PE-2#

Le label attribué à la fonction 6PE possède la valeur 21. La capture d'un ECHO REQUEST vers 2001:127::1 (cf. figure Capture d'un message "echo request") montre que le flux emprunte le LSP 6PE :

On remarque qu'il y a deux labels :

• le label « normal » qui assure la commutation MPLS (et l'on voit alors que le routeur P ignore qu'il commute de l'IPv6) ;
• le label 6PE qui permet ensuite d'établir la correspondance avec IPv6 sur le routeur PE de sortie.

La capture de la figure Capture de la réponse est la réponse à cette requête.

On remarquera qu'il n'y a que le label 6PE car le routeur précédent (routeur P) a déjà décapsulé le label « normal » de commutation MPLS.