Cisco CSR1000v（IOS XE）でOTV検証 1/3
目次
OTVについて
OTVの概要
OTV（Overlay Transport Virtualization）とはCiscoのL2延伸技術の一つです。拠点が離れた複数のデータセンターをOTVのL2トンネルで接続し、各データセンター内のサーバ群を同じセグメントに所属させることができます。
OTVの必要性
通常、データセンター間はWANサービスなどを利用し複数のL3スイッチやルータを経由しIPでの到達性を確保します。ユニキャスト通信をするのであればL3接続で事は足りますが、仮想基盤で利用されるライブマイグレーション（VMwareのvMotion等）を使う場合、仮想サーバの移動元と移動先でネットワークのサブネットが変わってしまうと仮想サーバのIPアドレスやルーティング設定まで変更する必要が出て問題となります。
この問題を解消する為には移動元と移動先のサブネットを同一にすることで解消できます。そこでOTVによるL2延伸技術を活用します。
OTVの基本原理ですが、他のL2延伸技術（例えばL2TP・IPsec・VXLAN等）と同様に、OTVトンネルを実装しているルータ間でL3 IP層の上でカプセル化を行い転送しあいます。また、他のL2延伸技術には無いOTVならではの利点として、WANのマルチホーミング構成時によるパケット転送の負荷分散とループ回避が可能になる機能があります。
なお、OTVやVXLANのような仮想のL2ネットワークをオーバーレイネットワークと言い、下地となるL3ネットワークをアンダーレイネットワークと言います。
OTV検証は3回に渡って実施
今回のOTV検証作業は3段階（投稿記事を3回に分割します）に分けて検証します。
第1回目となる本記事では『2サイト＋シングル構成』で行い、基本機能の確認やOTVの動作確認をします。
第2回目は『2サイト＋冗長構成』です。負荷分散の確認と障害試験を行い切り替わり断時間を計測してみます。
第3回目は『3サイト＋冗長構成』です。データセンターのスケールアウトをイメージした検証です。なお、OTVはサイトの増減をしても論理構成を変更せずに物理リソースの増減を図れることがメリットです。
※サイト＝データセンターとして見立てます。
| サイト数 | 冗長性 | |
|---|---|---|
| 第一回目 | 2サイト | シングル（ルータを1対1で構成） |
| 第二回目 | 2サイト | 冗長（ルータを2対2で構成） |
| 第三回目 | 3サイト | 冗長（ルータを2対2で構成） |
第一回目の検証
検証概要
OTV検証 第一回目で使用する機器と構成は下記のとおりです。（第二回目も第三回目も使用機種は同じで台数が増えるのみです）
| 用途 | ホスト名 | 機種 | OS Version |
|---|---|---|---|
| エッジデバイス | CSR1000ｖ-01/02 | CSR1000v | 03.16.06.S |
| – | VyOS-01 | VyOS | 1.3-rolling-202006120643 |
| クライアント | N9Kv-V9-01/02 | Nexus 9000v | 9.2(3) |
※「エッジデバイス」とはOTVトンネルを構成するルータのこと。
■要件は下記の通りとします。
- サイト数はSiteAとSiteBの2サイトとする。
- CSR1000v-01とCSR1000v-02間でOTVを構成する。
- 各サイトではVlan100とVlan101のセグメントを用意する。
- アンダーレイネットワークのVlan11とVlan12間はVyOS-01でOSPFルーティングをする。
なお、要件ではありませんが、『Cisco Nexus 7000 シリーズ NX-OS OTV 設定ガイド』の「OTV の注意事項と制約事項」項目にインタフェースのMTUを最大サイズにする旨の記載があります。その為、検証でもMTUのサイズを変更します。（リンク先の設定ガイド自体はNexus7000で、OTV検証はCSR1000vで違う機器ではありますが。）
ただし、CSR1000vのWAN方向のインタフェース（Vlan11/12）についてはMTU9000としました。当方の環境のVyOS-01では最大MTUが9000であり、MTUサイズが同一でないとOSPFネイバーを正常に組めないからです。（OSPFのネイバーはMTUが一致していることが条件の一つ）
設定内容
OTVを構成するエッジデバイスのコンフィグ
今回はCSR1000vがエッジデバイスです。OTVに関連する設定箇所と、アンダーレイネットワークのrouter ospfを記載します。
CSR1000v-01#show running-config
＜省略＞
!
hostname CSR1000v-01
!
＜省略＞
!
otv site bridge-domain 100
otv isis hello-interval 3
!
otv site-identifier 0000.0000.0001
＜省略＞
!
interface Overlay1
description Overlay Network
no ip address
otv join-interface GigabitEthernet2.11
otv vpn-name Site-A
otv adjacency-server unicast-only
otv isis hello-interval 3
service instance 100 ethernet
encapsulation dot1q 100
bridge-domain 100
!
service instance 101 ethernet
encapsulation dot1q 101
bridge-domain 101
!
!
＜省略＞
!
interface GigabitEthernet2
mtu 9000
no ip address
no ip redirects
negotiation auto
!
interface GigabitEthernet2.11
description OTV Layer 3 to Distribution
encapsulation dot1Q 11
ip address 192.168.11.1 255.255.255.0
no ip redirects
no ip proxy-arp
ip ospf network point-to-point
ip ospf hello-interval 1
!
interface GigabitEthernet3
mtu 9216
no ip address
negotiation auto
service instance 100 ethernet
encapsulation dot1q 100
bridge-domain 100
!
service instance 101 ethernet
encapsulation dot1q 101
bridge-domain 101
!
!
＜省略＞
!
router ospf 1
router-id 192.168.11.1
timers throttle spf 5 1000 1000
network 192.168.11.0 0.0.0.255 area 0
!
＜省略＞
CSR1000v-01#CSR1000v-02#show running-config
＜省略＞
!
hostname CSR1000v-02
!
＜省略＞
!
otv site bridge-domain 100
otv isis hello-interval 3
!
otv site-identifier 0000.0000.0002
＜省略＞
!
interface Overlay1
description Overlay Network
no ip address
otv join-interface GigabitEthernet2.12
otv vpn-name Site-B
otv use-adjacency-server 192.168.11.1 unicast-only
otv adjacency-server unicast-only
otv isis hello-interval 3
service instance 100 ethernet
encapsulation dot1q 100
bridge-domain 100
!
service instance 101 ethernet
encapsulation dot1q 101
bridge-domain 101
!
!
＜省略＞
!
interface GigabitEthernet2
mtu 9000
no ip address
no ip redirects
negotiation auto
!
interface GigabitEthernet2.12
description OTV Layer 3 to Distribution
encapsulation dot1Q 12
ip address 192.168.12.1 255.255.255.0
no ip redirects
no ip proxy-arp
ip ospf network point-to-point
ip ospf hello-interval 1
!
interface GigabitEthernet3
mtu 9216
no ip address
negotiation auto
service instance 100 ethernet
encapsulation dot1q 100
bridge-domain 100
!
service instance 101 ethernet
encapsulation dot1q 101
bridge-domain 101
!
!
＜省略＞
!
router ospf 1
router-id 192.168.12.1
timers throttle spf 5 1000 1000
network 192.168.12.0 0.0.0.255 area 0
!
＜省略＞
CSR1000v-02#アンダーレイのVyOSのコンフィグ
次にVyOSです。
vyos@VyOS-01# show
interfaces {
＜省略＞
ethernet eth2 {
hw-id 00:0c:29:9c:fb:49
mtu 9000
vif 11 {
address 192.168.11.254/24
ip {
ospf {
dead-interval 4
hello-interval 1
network point-to-point
priority 1
retransmit-interval 5
transmit-delay 1
}
}
mtu 9000
}
vif 12 {
address 192.168.12.254/24
ip {
ospf {
dead-interval 4
hello-interval 1
network point-to-point
priority 1
retransmit-interval 5
transmit-delay 1
}
}
mtu 9000
}
}
＜省略＞
}
protocols {
ospf {
area 0 {
network 192.168.11.0/24
network 192.168.12.0/24
}
}
＜省略＞
vyos@VyOS-01#クライアントのN9Kvのコンフィグ
次にクライアントとして機能するN9Kvのコンフィグです。クライアント用途なので、Vlanやインタフェース周りのみ記載します。
N9Kv-V9-01# show running-config
＜省略＞
vlan 1,100-101
＜省略＞
interface Vlan1
interface Vlan100
no shutdown
no ip redirects
ip address 192.168.100.1/24
interface Vlan101
no shutdown
no ip redirects
ip address 192.168.101.1/24
interface Ethernet1/1
switchport mode trunk
switchport trunk allowed vlan 100-101
＜省略＞
N9Kv-V9-01#N9Kv-V9-02# show running-config
＜省略＞
vlan 1,100-101
＜省略＞
interface Vlan1
interface Vlan100
no shutdown
no ip redirects
ip address 192.168.100.2/24
interface Vlan101
no shutdown
no ip redirects
ip address 192.168.101.2/24
interface Ethernet1/1
switchport mode trunk
switchport trunk allowed vlan 100-101
＜省略＞
N9Kv-V9-02#設定は以上です。
ステータス確認
アンダーレイネットワークのルーティング情報
まずはアンダーレイネットワークが正常に組めていることを確認します。（主にOSPFルーティング）
CSR1000v-01#show ip route
＜省略＞
192.168.11.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks
C 192.168.11.0/24 is directly connected, GigabitEthernet2.11
L 192.168.11.1/32 is directly connected, GigabitEthernet2.11
O 192.168.12.0/24
[110/11] via 192.168.11.254, 00:13:45, GigabitEthernet2.11
CSR1000v-01#CSR1000v-02#show ip route
＜省略＞
O 192.168.11.0/24
[110/11] via 192.168.12.254, 00:13:47, GigabitEthernet2.12
192.168.12.0/24 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks
C 192.168.12.0/24 is directly connected, GigabitEthernet2.12
L 192.168.12.1/32 is directly connected, GigabitEthernet2.12
CSR1000v-02#vyos@VyOS-01:~$ show ip route
＜省略＞
O 192.168.11.0/24 [110/10] is directly connected, eth2.11, 00:14:41
C>* 192.168.11.0/24 is directly connected, eth2.11, 00:14:44
O 192.168.12.0/24 [110/10] is directly connected, eth2.12, 00:14:41
C>* 192.168.12.0/24 is directly connected, eth2.12, 00:14:44
vyos@VyOS-01:~$オーバーレイ（OTV）のステータス確認
次にオーバーレイネットワークが正常に組めていることを確認します。
『show otv』は自身のOTV状態を示します。
『show otv site』は自サイトのエッジデバイスを表示します。第二回の検証で実施しますがエッジデバイス2台冗長時だと2台表示されます。
『show otv adjacency』は同じOTVで結ばれている全エッジデバイスが表示されます。例えば第二回の検証では2サイトのエッジデバイス4台になるので、自エッジデバイスを除く3台の表示となります。
『show otv vlan』はエッジデバイスの内部インタフェースで定義しているVlanが表示されます。内部インタフェースとは、Gi3で定義したVlan100と101のLAN側インタフェースのことです。
『show otv route』はOTVのルーティングテーブルです。L2なので宛先のMACアドレスを持つノードは、どのエッジデバイスの先にいるか、が分かるテーブルです。
CSR1000v-01#show otv
Overlay Interface Overlay1
VPN name : Site-A
VPN ID : 1
State : UP
Fwd-capable : Yes
Fwd-ready : Yes
AED-Server : Yes
Backup AED-Server : No
AED Capable : Yes
Join interface(s) : GigabitEthernet2.11
Join IPv4 address : 192.168.11.1
Tunnel interface(s) : Tunnel0
Encapsulation format : GRE/IPv4
Site Bridge-Domain : 100
Capability : Unicast-only
Is Adjacency Server : Yes
Adj Server Configured : No
Prim/Sec Adj Svr(s) : None
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#show otv site
Site Adjacency Information (Site Bridge-Domain: 100)
Overlay1 Site-Local Adjacencies (Count: 1)
Hostname System ID Last Change Ordinal AED Enabled Status
* CSR1000v-01 001E.E62F.5D00 00:15:29 0 site overlay
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#show otv adjacency
Overlay Adjacency Database for overlay 1
Hostname System-ID Dest Addr Site-ID Up Time State
CSR1000v-02 001e.bd50.2a00 192.168.12.1 0000.0000.0002 00:15:33 UP
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#show otv vlan
Key: SI - Service Instance, NA - Non AED, NFC - Not Forward Capable.
Overlay 1 VLAN Configuration Information
Inst VLAN BD Auth ED State Site If(s)
0 100 100 *CSR1000v-01 active Gi3:SI100
0 101 101 *CSR1000v-01 active Gi3:SI101
Total VLAN(s): 2
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#
CSR1000v-01#show otv route
Codes: BD - Bridge-Domain, AD - Admin-Distance,
SI - Service Instance, * - Backup Route
OTV Unicast MAC Routing Table for Overlay1
Inst VLAN BD MAC Address AD Owner Next Hops(s)
----------------------------------------------------------
0 100 100 000c.2916.2320 50 ISIS CSR1000v-02
0 100 100 000c.29d4.1d6d 40 BD Eng Gi3:SI100
0 101 101 000c.2916.2320 50 ISIS CSR1000v-02
0 101 101 000c.29d4.1d6d 40 BD Eng Gi3:SI101
4 unicast routes displayed in Overlay1
----------------------------------------------------------
4 Total Unicast Routes Displayed
CSR1000v-01#CSR1000v-02#show otv
Overlay Interface Overlay1
VPN name : Site-B
VPN ID : 1
State : UP
Fwd-capable : Yes
Fwd-ready : Yes
AED-Server : Yes
Backup AED-Server : No
AED Capable : Yes
Join interface(s) : GigabitEthernet2.12
Join IPv4 address : 192.168.12.1
Tunnel interface(s) : Tunnel0
Encapsulation format : GRE/IPv4
Site Bridge-Domain : 100
Capability : Unicast-only
Is Adjacency Server : Yes
Adj Server Configured : Yes
Prim/Sec Adj Svr(s) : 192.168.11.1
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#show otv site
Site Adjacency Information (Site Bridge-Domain: 100)
Overlay1 Site-Local Adjacencies (Count: 1)
Hostname System ID Last Change Ordinal AED Enabled Status
* CSR1000v-02 001E.BD50.2A00 00:15:29 0 site overlay
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#show otv adjacency
Overlay Adjacency Database for overlay 1
Hostname System-ID Dest Addr Site-ID Up Time State
CSR1000v-01 001e.e62f.5d00 192.168.11.1 0000.0000.0001 00:15:33 UP
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#show otv vlan
Key: SI - Service Instance, NA - Non AED, NFC - Not Forward Capable.
Overlay 1 VLAN Configuration Information
Inst VLAN BD Auth ED State Site If(s)
0 100 100 *CSR1000v-02 active Gi3:SI100
0 101 101 *CSR1000v-02 active Gi3:SI101
Total VLAN(s): 2
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#
CSR1000v-02#show otv route
Codes: BD - Bridge-Domain, AD - Admin-Distance,
SI - Service Instance, * - Backup Route
OTV Unicast MAC Routing Table for Overlay1
Inst VLAN BD MAC Address AD Owner Next Hops(s)
----------------------------------------------------------
0 100 100 000c.2916.2320 40 BD Eng Gi3:SI100
0 100 100 000c.29d4.1d6d 50 ISIS CSR1000v-01
0 101 101 000c.2916.2320 40 BD Eng Gi3:SI101
0 101 101 000c.29d4.1d6d 50 ISIS CSR1000v-01
4 unicast routes displayed in Overlay1
----------------------------------------------------------
4 Total Unicast Routes Displayed
CSR1000v-02#ステータス確認は以上です。
動作確認
疎通確認
クライアントのN9Kv-V9-01からN9Kv-V9-02にPingをし正常に応答があることを確認します。
N9Kv-V9-01# ping 192.168.100.2 interval 1 timeout 1
PING 192.168.100.2 (192.168.100.2): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=0 ttl=254 time=10.29 ms
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=1 ttl=254 time=8.367 ms
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=2 ttl=254 time=8.333 ms
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=3 ttl=254 time=9.11 ms
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=4 ttl=254 time=8.558 ms
--- 192.168.100.2 ping statistics ---
5 packets transmitted, 5 packets received, 0.00% packet loss
round-trip min/avg/max = 8.333/8.931/10.29 ms
N9Kv-V9-01#N9Kv-V9-01# ping 192.168.101.2 interval 1 timeout 1
PING 192.168.101.2 (192.168.101.2): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.101.2: icmp_seq=0 ttl=254 time=8.627 ms
64 bytes from 192.168.101.2: icmp_seq=1 ttl=254 time=7.963 ms
64 bytes from 192.168.101.2: icmp_seq=2 ttl=254 time=8.07 ms
64 bytes from 192.168.101.2: icmp_seq=3 ttl=254 time=6.912 ms
64 bytes from 192.168.101.2: icmp_seq=4 ttl=254 time=7.977 ms
--- 192.168.101.2 ping statistics ---
5 packets transmitted, 5 packets received, 0.00% packet loss
round-trip min/avg/max = 6.912/7.909/8.627 ms
N9Kv-V9-01#念の為ですが、ARPテーブルを参照しサイトBに存在するN9Kv-V9-02のMACアドレスを学習していることを確認します。
N9Kv-V9-02# show interface
＜省略＞
Vlan100 is up, line protocol is up, autostate enabled
Hardware is EtherSVI, address is 000c.2916.2320
Internet Address is 192.168.100.2/24
＜省略＞
Vlan101 is up, line protocol is up, autostate enabled
Hardware is EtherSVI, address is 000c.2916.2320
Internet Address is 192.168.101.2/24
＜省略＞
N9Kv-V9-02#N9Kv-V9-01# show ip arp
＜省略＞
Address Age MAC Address Interface Flags
192.168.101.2 00:12:51 000c.2916.2320 Vlan101
192.168.100.2 00:13:06 000c.2916.2320 Vlan100
N9Kv-V9-01#tcpdump確認
下記はVyOS-01でtcpdumpを実施し、どういったパケットフレームで流れているかを確認してみました。tcpdump画面の行番号8,9,16,17,22,23,28,29,32,33の『GREv0』となっているパケットがpingのパケットです。
N9Kv-V9-01# ping 192.168.100.2 interval 1 timeout 1
PING 192.168.100.2 (192.168.100.2): 56 data bytes
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=0 ttl=254 time=8.729 ms
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=1 ttl=254 time=8.556 ms
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=2 ttl=254 time=9.572 ms
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=3 ttl=254 time=7.407 ms
64 bytes from 192.168.100.2: icmp_seq=4 ttl=254 time=7.424 ms
--- 192.168.100.2 ping statistics ---
5 packets transmitted, 5 packets received, 0.00% packet loss
round-trip min/avg/max = 7.407/8.337/9.572 ms
N9Kv-V9-01#vyos@VyOS-01:~$ tcpdump -i eth2.11 -n not host 224.0.0.5
tcpdump: verbose output suppressed, use -v or -vv for full protocol decode
listening on eth2.11, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 262144 bytes
14:00:52.000763 IP 192.168.11.1.57151 > 192.168.12.1.8472: OTV, flags [.] (0x00), overlay 1, instance 0
IS-IS, L1 Lan IIH, src-id 001e.e62f.5d00, lan-id 001e.e62f.5d00.01, prio 64, length 1397
14:00:52.316750 IP 192.168.11.1.56516 > 192.168.12.1.8472: OTV, flags [.] (0x00), overlay 1, instance 0
IS-IS, unknown PDU-Type 22, length 43
14:00:52.720713 IP 192.168.11.1 > 192.168.12.1: GREv0, length 106: gre-proto-0x8848
14:00:52.723841 IP 192.168.12.1 > 192.168.11.1: GREv0, length 106: gre-proto-0x8848
14:00:52.759660 IP 192.168.12.1.54322 > 192.168.11.1.8472: OTV, flags [.] (0x00), overlay 1, instance 0
IS-IS, L1 Lan IIH, src-id 001e.bd50.2a00, lan-id 001e.e62f.5d00.01, prio 64, length 1397
14:00:52.810733 IP 192.168.11.1.54585 > 192.168.12.1.8472: OTV, flags [.] (0x00), overlay 1, instance 0
IS-IS, L1 CSNP, src-id 001e.e62f.5d00.00, length 83
14:00:52.899716 IP 192.168.11.1.53783 > 192.168.12.1.8472: OTV, flags [.] (0x00), overlay 1, instance 0
IS-IS, L1 Lan IIH, src-id 001e.e62f.5d00, lan-id 001e.e62f.5d00.01, prio 64, length 1397
14:00:53.720694 IP 192.168.11.1 > 192.168.12.1: GREv0, length 106: gre-proto-0x8848
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以上で第一回目の検証を終えます。
補足
今回の検証機器はすべて自前のESXi上にデプロイし仮想環境下で検証をしました。
念の為の補足ですが、当方と同様に仮想環境で検証する場合は、各サイトのLAN（今回で言うところのVlan100,101）用の仮想スイッチ（とポートグループ）を用意しましょう。つまりSiteAとSiteB専用の仮想スイッチを作成し、各サイトのエッジデバイスの内部インタフェースとクライアントは、それぞれのサイト専用の仮想スイッチに紐づけてください。
この対応をしないとクライアントはOTV経由ではなく、直接通信してしまいます。