SD-WAN EVPN简介

一、定义

        SD-WAN(Software-Defined Wide Area Network) EVPN(Ethernet Virtual Private Network)是一种通过扩展现有EVPN技术来实现Overlay业务网络和Underlay传输网络分离的VPN解决方案。

        首先,SD-WAN EVPN在BGP协议基础上扩展了新的网络层可达信息(NLRI),即:定义了新的BGP SD-WAN路由,站点之间通过BGP SD-WAN路由来互相传递TNP(Transport Network Port)信息,其中包含了站点之间建立SD-WAN隧道所需的关键信息。然后,站点之间利用EVPN的IP前缀路由(Type5路由)来互相通告各自的业务路由,当本端站点收到对端站点发来的EVPN路由后,触发创建到达对端站点的SD-WAN隧道,打通Underlay网络的数据通道;同时,使EVPN路由最终迭代到SD-WAN隧道,打通Overlay网络的业务路径。

 SD-WAN EVPN的应用场景

二、目的

        SD-WAN EVPN方案用于解决企业分支互联的问题。目前企业通常采用Hub-Spoke的组网方式将总部和多个分支网络进行相连,便于加强企业的通信安全。企业的总部地址一般采用静态的公网地址,而分支一般采用动态的公网地址接入运营商网络。若使用传统的IPSec或GRE over IPSec等技术构建VPN网络,因分支之间无法相互获取公网地址,故分支间无法直接通信,数据需通过总部(Hub节点)中转。通过总部中转会带来一些其他的问题:

1、总部会产生较大的性能压力,消耗总部的CPU及内存资源;

2、分支之间的数据在总部中转会引入额外的数据流封装和解封装,引入额外的网络延迟;

3、随着IPSec网络规模的扩大,需要部署动态路由协议。由于动态路由协议依赖于组播和广播报文进行路由更新,而IPSec不支持广播和组播报文传输。

为了解决上述问题,提出了SD-WAN EVPN解决方案。首先,在控制层面,各站点之间通过BGP的反射器机制互相传递BGP SD-WAN路由和EVPN路由,大大简化了配置工作量,而且各个站点只需具备到达反射器的路由,可以通过部署静态路由实现,无需部署动态路由协议。其次,在各站点之间的SD-WAN隧道建立和EVPN业务路由互相通告都完成之后,各站点之间可以直接进行业务互通,无需再通过总部中转,避免总部站点成为瓶颈。

在企业分支互联的场景中部署SD-WAN EVPN解决方案,可以对网络进行的优化如下

1、实现各站点(包括总部和分支)之间的SD-WAN隧道全连接,保证业务流量的快速安全传输,进而避免分支站点之间的业务流量通过总部中转,提升企业网络的性能。

2、引入了BGP的反射器机制,各站点只需与反射器建立BGP连接,避免站点之间的全连接,减轻配置工作量,减少链路数量,提升运维效率。

3、EVPN路由可以携带扩展团体属性,因此可以通过路由策略来灵活控制业务路径,实现租户隔离、设置逃生站点、引导流量绕行HUB设备等多种业务场景。

三、关键部件及相关通道

SD-WAN EVPN主要涉及如下关键部件:

区域控制器(RR):负责CPE之间BGP EVPN路由和SD-WAN隧道信息的分发。在当前方案中,区域控制器通常作为路由反射器(RR)。 

CPE:负责根据RR反射的路由及其携带的隧道信息建立SD-WAN数据通道,并转发业务流量。

RR与CPE之间建立DTLS(Datagram Transport Layer Security)管理通道,然后RR与CPE之间建立BGP SD-WAN控制通道,最后各CPE之间建立SD-WAN数据通道。上述几种通道的简介如下:

DTLS管理通道:在CPE与RR之间建立的管理通道,CPE和RR之间通过DTLS管理通道将建立SD-WAN隧道所需的参数通告对方,用于后续在CPE与RR之间建立SD-WAN隧道。

BGP SD-WAN控制通道:RR和CPE之间通过SD-WAN隧道交互BGP协议报文,建立起BGP SD-WAN控制通道。CPE通过BGP SD-WAN控制通道将本端的网络信息以及业务路由通告给RR,由RR反射给其他CPE。

SD-WAN数据通道:不同的CPE之间通过RR互相学习到对端的网络信息以及业务路由,然后CPE之间创建SD-WAN数据通道,用于转发CPE之间的三层业务流量。 

四、SD-WAN EVPN方案架构涉及到如下概念

Transport Network(TN):运营商提供的广域接入网络,主要包括MPLS网络和Internet公用网络等,TN是SD-WAN EVPN方案的网络基础。

Transport Network Port(TNP):CPE接入Transport Network的一种特殊的WAN接口,关键信息包括:Site ID、Transport Network-ID、Public IP、Private IP和Tunnel Encapsulation等。

Site ID:站点ID,是站点在SD-WAN EVPN网络中的全局唯一标识,通常用一串数字表示。

Security Association(SA):安全联盟是通信对等体间对某些要素的协定,它描述了对等体间如何利用安全服务(例如加密)进行安全的通信。这些要素包括对等体间使用何种安全协议、需要保护的数据流特征、对等体间传输的数据的封装模式、协议采用的加密和验证算法,以及用于数据安全转换、传输的密钥和SA的生存周期等。

路由域RD(Routing Domain):路由域用来定义不同TN之间是否路由可达,即:属于同一Routing Domain的不同TN对应的物理链路之间是路由可达的。通常情况下,不同运营商的同一类型的TN之间,如果路由可互通,则定义为一个Routing Domain。

五、SD-WAN EVPN工作流程

在SD-WAN EVPN中,各部件及相关通道的配合可以总结为如下流程(CPE设备以CPE1为例):

  1. CPE1向RR发起DTLS注册,建立起与RR之间的DTLS管理通道。通过该通道,CPE1向RR通告自己的TNP和SA信息,建立起到RR的SD-WAN隧道。
  2. RR通过DTLS管理通道,向CPE1通告自己的TNP和SA信息,建立起到CPE1的SD-WAN隧道。
  3. CPE1和RR之间通过SD-WAN隧道互相传递BGP协议报文,通过系统IP地址(system-ip-1和system-ip-rr)建立起BGP SD-WAN对等体关系。
  4. CPE1根据自己的TNP信息(其中包含作为SD-WAN数据通道接口地址的TNP IP)、SD-WAN数据通道的SA参数等信息生成BGP SD-WAN路由,发送给RR;同时,CPE1将本端的用户侧直连路由引入到BGP私网实例下,生成BGP EVPN的IP前缀路由,该路由的下一跳为CPE1的系统IP地址(system-ip-1),携带color扩展团体属性(表示CPE1所属的站点信息),CPE1将该IP前缀路由也发送给RR。
  5. RR把收到的BGP SD-WAN路由反射给CPE2和CPE3,通过该路由,CPE2和CPE3获取了CPE1的TNP信息和SD-WAN数据通道的SA参数;同时,RR把收到的IP前缀路由反射给CPE2和CPE3,通过该路由,CPE2和CPE3获取了CPE1的站点信息,触发创建到CPE1的SD-WAN数据通道。

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