Tagging module iproute2 - iproute2-2.6.16-2
[iproute2.git] / doc / ip-tunnels.tex
1 \documentstyle[12pt,twoside]{article}
2 \def\TITLE{Tunnels over IP}
3 \input preamble
4 \begin{center}
5 \Large\bf Tunnels over IP in Linux-2.2
6 \end{center}
7
8
9 \begin{center}
10 { \large Alexey~N.~Kuznetsov } \\
11 \em Institute for Nuclear Research, Moscow \\
12 \verb|kuznet@ms2.inr.ac.ru| \\
13 \rm March 17, 1999
14 \end{center}
15
16 \vspace{5mm}
17
18 \tableofcontents
19
20
21 \section{Instead of introduction: micro-FAQ.}
22
23 \begin{itemize}
24
25 \item
26 Q: In linux-2.0.36 I used:
27 \begin{verbatim} 
28     ifconfig tunl1 10.0.0.1 pointopoint 193.233.7.65
29 \end{verbatim} 
30 to create tunnel. It does not work in 2.2.0!
31
32 A: You are right, it does not work. The command written above is split to two commands.
33 \begin{verbatim}
34     ip tunnel add MY-TUNNEL mode ipip remote 193.233.7.65
35 \end{verbatim} 
36 will create tunnel device with name \verb|MY-TUNNEL|. Now you may configure
37 it with:
38 \begin{verbatim} 
39     ifconfig MY-TUNNEL 10.0.0.1
40 \end{verbatim} 
41 Certainly, if you prefer name \verb|tunl1| to \verb|MY-TUNNEL|,
42 you still may use it.
43
44 \item
45 Q: In linux-2.0.36 I used:
46 \begin{verbatim} 
47     ifconfig tunl0 10.0.0.1
48     route add -net 10.0.0.0 gw 193.233.7.65 dev tunl0
49 \end{verbatim} 
50 to tunnel net 10.0.0.0 via router 193.233.7.65. It does not
51 work in 2.2.0! Moreover, \verb|route| prints a funny error sort of
52 ``network unreachable'' and after this I found a strange direct route
53 to 10.0.0.0 via \verb|tunl0| in routing table.
54
55 A: Yes, in 2.2 the rule that {\em normal} gateway must reside on directly
56 connected network has not any exceptions. You may tell kernel, that
57 this particular route is {\em abnormal}:
58 \begin{verbatim} 
59   ifconfig tunl0 10.0.0.1 netmask 255.255.255.255
60   ip route add 10.0.0.0/8 via 193.233.7.65 dev tunl0 onlink
61 \end{verbatim}
62 Note keyword \verb|onlink|, it is the magic key that orders kernel
63 not to check for consistency of gateway address.
64 Probably, after this explanation you have already guessed another method
65 to cheat kernel:
66 \begin{verbatim} 
67   ifconfig tunl0 10.0.0.1 netmask 255.255.255.255
68   route add -host 193.233.7.65 dev tunl0
69   route add -net 10.0.0.0 netmask 255.0.0.0 gw 193.233.7.65
70   route del -host 193.233.7.65 dev tunl0
71 \end{verbatim}
72 Well, if you like such tricks, nobody may prohibit you to use them.
73 Only do not forget
74 that between \verb|route add| and \verb|route del| host 193.233.7.65 is
75 unreachable.
76
77 \item
78 Q: In 2.0.36 I used to load \verb|tunnel| device module and \verb|ipip| module.
79 I cannot find any \verb|tunnel| in 2.2!
80
81 A: Linux-2.2 has single module \verb|ipip| for both directions of tunneling
82 and for all IPIP tunnel devices.
83
84 \item
85 Q: \verb|traceroute| does not work over tunnel! Well, stop... It works,
86      only skips some number of hops.
87
88 A: Yes. By default tunnel driver copies \verb|ttl| value from
89 inner packet to outer one. It means that path traversed by tunneled
90 packets to another endpoint is not hidden. If you dislike this, or if you
91 are going to use some routing protocol expecting that packets
92 with ttl 1 will reach peering host (f.e.\ RIP, OSPF or EBGP)
93 and you are not afraid of
94 tunnel loops, you may append option \verb|ttl 64|, when creating tunnel
95 with \verb|ip tunnel add|.
96
97 \item
98 Q: ... Well, list of things, which 2.0 was able to do finishes.
99
100 \end{itemize}
101
102 \paragraph{Summary of differences between 2.2 and 2.0.}
103
104 \begin{itemize}
105
106 \item {\bf In 2.0} you could compile tunnel device into kernel
107         and got set of 4 devices \verb|tunl0| ... \verb|tunl3| or,
108         alternatively, compile it as module and load new module
109         for each new tunnel. Also, module \verb|ipip| was necessary
110         to receive tunneled packets.
111
112       {\bf 2.2} has {\em one\/} module \verb|ipip|. Loading it you get base
113         tunnel device \verb|tunl0| and another tunnels may be created with command
114         \verb|ip tunnel add|. These new devices may have arbitrary names.
115
116
117 \item {\bf In 2.0} you set remote tunnel endpoint address with
118         the command \verb|ifconfig| ... \verb|pointopoint A|.
119
120         {\bf In 2.2} this command has the same semantics on all
121         the interfaces, namely it sets not tunnel endpoint,
122         but address of peering host, which is directly reachable
123         via this tunnel,
124         rather than via Internet. Actual tunnel endpoint address \verb|A|
125         should be set with \verb|ip tunnel add ... remote A|.
126
127 \item {\bf In 2.0} you create tunnel routes with the command:
128 \begin{verbatim}
129     route add -net 10.0.0.0 gw A dev tunl0
130 \end{verbatim}
131
132         {\bf 2.2} interprets this command equally for all device
133         kinds and gateway is required to be directly reachable via this tunnel,
134         rather than via Internet. You still may use \verb|ip route add ... onlink|
135         to override this behaviour.
136
137 \end{itemize}
138
139
140 \section{Tunnel setup: basics}
141
142 Standard Linux-2.2 kernel supports three flavor of tunnels,
143 listed in the following table:
144 \vspace{2mm}
145
146 \begin{tabular}{lll}
147 \vrule depth 0.8ex width 0pt\relax
148 Mode & Description  & Base device \\
149 ipip & IP over IP & tunl0 \\
150 sit & IPv6 over IP & sit0 \\
151 gre & ANY over GRE over IP & gre0
152 \end{tabular}
153
154 \vspace{2mm}
155
156 \noindent All the kinds of tunnels are created with one command:
157 \begin{verbatim}
158   ip tunnel add <NAME> mode <MODE> [ local <S> ] [ remote <D> ]
159 \end{verbatim}
160
161 This command creates new tunnel device with name \verb|<NAME>|.
162 The \verb|<NAME>| is an arbitrary string. Particularly,
163 it may be even \verb|eth0|. The rest of parameters set
164 different tunnel characteristics.
165
166 \begin{itemize}
167
168 \item
169 \verb|mode <MODE>| sets tunnel mode. Three modes are available now
170         \verb|ipip|, \verb|sit| and \verb|gre|.
171
172 \item
173 \verb|remote <D>| sets remote endpoint of the tunnel to IP
174         address \verb|<D>|.
175 \item
176 \verb|local <S>| sets fixed local address for tunneled
177         packets. It must be an address on another interface of this host.
178
179 \end{itemize}
180
181 \let\thefootnote\oldthefootnote
182
183 Both \verb|remote| and \verb|local| may be omitted. In this case we
184 say that they are zero or wildcard. Two tunnels of one mode cannot
185 have the same \verb|remote| and \verb|local|. Particularly it means
186 that base device or fallback tunnel cannot be replicated.\footnote{
187 This restriction is relaxed for keyed GRE tunnels.}
188
189 Tunnels are divided to two classes: {\bf pointopoint} tunnels, which
190 have some not wildcard \verb|remote| address and deliver all the packets
191 to this destination, and {\bf NBMA} (i.e. Non-Broadcast Multi-Access) tunnels,
192 which have no \verb|remote|. Particularly, base devices (f.e.\ \verb|tunl0|)
193 are NBMA, because they have neither \verb|remote| nor
194 \verb|local| addresses.
195
196
197 After tunnel device is created you should configure it as you did
198 it with another devices. Certainly, the configuration of tunnels has
199 some features related to the fact that they work over existing Internet
200 routing infrastructure and simultaneously create new virtual links,
201 which changes this infrastructure. The danger that not enough careful
202 tunnel setup will result in formation of tunnel loops,
203 collapse of routing or flooding network with exponentially
204 growing number of tunneled fragments is very real.
205
206
207 Protocol setup on pointopoint tunnels does not differ of configuration
208 of another devices. You should set a protocol address with \verb|ifconfig|
209 and add routes with \verb|route| utility.
210
211 NBMA tunnels are different. To route something via NBMA tunnel
212 you have to explain to driver, where it should deliver packets to.
213 The only way to make it is to create special routes with gateway
214 address pointing to desired endpoint. F.e.\ 
215 \begin{verbatim}
216     ip route add 10.0.0.0/24 via <A> dev tunl0 onlink
217 \end{verbatim}
218 It is important to use option \verb|onlink|, otherwise
219 kernel will refuse request to create route via gateway not directly
220 reachable over device \verb|tunl0|. With IPv6 the situation is much simpler:
221 when you start device \verb|sit0|, it automatically configures itself
222 with all IPv4 addresses mapped to IPv6 space, so that all IPv4
223 Internet is {\em really reachable} via \verb|sit0|! Excellent, the command
224 \begin{verbatim}
225     ip route add 3FFE::/16 via ::193.233.7.65 dev sit0
226 \end{verbatim}
227 will route \verb|3FFE::/16| via \verb|sit0|, sending all the packets
228 destined to this prefix to 193.233.7.65.
229
230 \section{Tunnel setup: options}
231
232 Command \verb|ip tunnel add| has several additional options.
233 \begin{itemize}
234
235 \item \verb|ttl N| --- set fixed TTL \verb|N| on tunneled packets.
236         \verb|N| is number in the range 1--255. 0 is special value,
237         meaning that packets inherit TTL value. 
238                 Default value is: \verb|inherit|.
239
240 \item \verb|tos T| --- set fixed tos \verb|T| on tunneled packets.
241                 Default value is: \verb|inherit|.
242
243 \item \verb|dev DEV| --- bind tunnel to device \verb|DEV|, so that
244         tunneled packets will be routed only via this device and will
245         not be able to escape to another device, when route to endpoint changes.
246
247 \item \verb|nopmtudisc| --- disable Path MTU Discovery on this tunnel.
248         It is enabled by default. Note that fixed ttl is incompatible
249         with this option: tunnels with fixed ttl always make pmtu discovery.
250
251 \end{itemize}
252
253 \verb|ipip| and \verb|sit| tunnels have no more options. \verb|gre|
254 tunnels are more complicated:
255
256 \begin{itemize}
257
258 \item \verb|key K| --- use keyed GRE with key \verb|K|. \verb|K| is
259         either number or IP address-like dotted quad.
260
261 \item \verb|csum| --- checksum tunneled packets.
262
263 \item \verb|seq| --- serialize packets.
264 \begin{NB}
265         I think this option does not
266         work. At least, I did not test it, did not debug it and
267         even do not understand, how it is supposed to work and for what
268         purpose Cisco planned to use it.
269 \end{NB}
270
271 \end{itemize}
272
273
274 Actually, these GRE options can be set separately for input and
275 output directions by prefixing corresponding keywords with letter
276 \verb|i| or \verb|o|. F.e.\ \verb|icsum| orders to accept only
277 packets with correct checksum and \verb|ocsum| means, that
278 our host will calculate and send checksum.
279
280 Command \verb|ip tunnel add| is not the only operation,
281 which can be made with tunnels. Certainly, you may get short help page
282 with:
283 \begin{verbatim}
284     ip tunnel help
285 \end{verbatim}
286
287 Besides that, you may view list of installed tunnels with the help of command:
288 \begin{verbatim}
289     ip tunnel ls
290 \end{verbatim}
291 Also you may look at statistics:
292 \begin{verbatim}
293     ip -s tunnel ls Cisco
294 \end{verbatim}
295 where \verb|Cisco| is name of tunnel device. Command
296 \begin{verbatim}
297     ip tunnel del Cisco
298 \end{verbatim}
299 destroys tunnel \verb|Cisco|. And, finally,
300 \begin{verbatim}
301     ip tunnel change Cisco mode sit local ME remote HE ttl 32
302 \end{verbatim}
303 changes its parameters.
304
305 \section{Differences 2.2 and 2.0 tunnels revisited.}
306
307 Now we can discuss more subtle differences between tunneling in 2.0
308 and 2.2.
309
310 \begin{itemize}
311
312 \item In 2.0 all tunneled packets were received promiscuously
313 as soon as you loaded module \verb|ipip|. 2.2 tries to select the best
314 tunnel device and packet looks as received on this. F.e.\ if host
315 received \verb|ipip| packet from host \verb|D| destined to our
316 local address \verb|S|, kernel searches for matching tunnels
317 in order:
318
319 \begin{tabular}{ll}
320 1 & \verb|remote| is \verb|D| and \verb|local| is \verb|S| \\
321 2 & \verb|remote| is \verb|D| and \verb|local| is wildcard \\
322 3 & \verb|remote| is wildcard and \verb|local| is \verb|S| \\
323 4 & \verb|tunl0|
324 \end{tabular}
325
326 If tunnel exists, but it is not in \verb|UP| state, the tunnel is ignored.
327 Note, that if \verb|tunl0| is \verb|UP| it receives all the IPIP packets,
328 not acknowledged by more specific tunnels.
329 Be careful, it means that without carefully installed firewall rules
330 anyone on the Internet may inject to your network any packets with
331 source addresses indistinguishable from local ones. It is not so bad idea
332 to design tunnels in the way enforcing maximal route symmetry
333 and to enable reversed path filter (\verb|rp_filter| sysctl option) on
334 tunnel devices.
335
336 \item In 2.2 you can monitor and debug tunnels with \verb|tcpdump|.
337 F.e.\ \verb|tcpdump| \verb|-i Cisco| \verb|-nvv| will dump packets,
338 which kernel output, via tunnel \verb|Cisco| and the packets received on it
339 from kernel viewpoint.
340
341 \end{itemize}
342
343
344 \section{Linux and Cisco IOS tunnels.}
345
346 Among another tunnels Cisco IOS supports IPIP and GRE.
347 Essentially, Cisco setup is subset of options, available for Linux.
348 Let us consider the simplest example:
349
350 \begin{verbatim}
351 interface Tunnel0
352  tunnel mode gre ip
353  tunnel source 10.10.14.1
354  tunnel destination 10.10.13.2
355 \end{verbatim}
356
357
358 This command set translates to:
359
360 \begin{verbatim}
361     ip tunnel add Tunnel0 \
362         mode gre \
363         local 10.10.14.1 \
364         remote 10.10.13.2
365 \end{verbatim}
366
367 Any questions? No questions.
368
369 \section{Interaction IPIP tunnels and DVMRP.}
370
371 DVMRP exploits IPIP tunnels to route multicasts via Internet.
372 \verb|mrouted| creates
373 IPIP tunnels listed in its configuration file automatically.
374 From kernel and user viewpoints there are no differences between
375 tunnels, created in this way, and tunnels created by \verb|ip tunnel|.
376 I.e.\ if \verb|mrouted| created some tunnel, it may be used to
377 route unicast packets, provided appropriate routes are added.
378 And vice versa, if administrator has already created a tunnel,
379 it will be reused by \verb|mrouted|, if it requests DVMRP
380 tunnel with the same local and remote addresses.
381
382 Do not wonder, if your manually configured tunnel is
383 destroyed, when mrouted exits.
384
385
386 \section{Broadcast GRE ``tunnels''.}
387
388 It is possible to set \verb|remote| for GRE tunnel to a multicast
389 address. Such tunnel becomes {\bf broadcast} tunnel (though word
390 tunnel is not quite appropriate in this case, it is rather virtual network).
391 \begin{verbatim}
392   ip tunnel add Universe local 193.233.7.65 \
393                          remote 224.66.66.66 ttl 16
394   ip addr add 10.0.0.1/16 dev Universe
395   ip link set Universe up
396 \end{verbatim}
397 This tunnel is true broadcast network and broadcast packets are
398 sent to multicast group 224.66.66.66. By default such tunnel starts
399 to resolve both IP and IPv6 addresses via ARP/NDISC, so that
400 if multicast routing is supported in surrounding network, all GRE nodes
401 will find one another automatically and will form virtual Ethernet-like
402 broadcast network. If multicast routing does not work, it is unpleasant
403 but not fatal flaw. The tunnel becomes NBMA rather than broadcast network.
404 You may disable dynamic ARPing by:
405 \begin{verbatim}
406   echo 0 > /proc/sys/net/ipv4/neigh/Universe/mcast_solicit
407 \end{verbatim}
408 and to add required information to ARP tables manually:
409 \begin{verbatim}
410   ip neigh add 10.0.0.2 lladdr 128.6.190.2 dev Universe nud permanent
411 \end{verbatim}
412 In this case packets sent to 10.0.0.2 will be encapsulated in GRE
413 and sent to 128.6.190.2. It is possible to facilitate address resolution
414 using methods typical for another NBMA networks f.e.\ to start user
415 level \verb|arpd| daemon, which will maintain database of hosts attached
416 to GRE virtual network or ask for information
417 dedicated ARP or NHRP server.
418
419
420 Actually, such setup is the most natural for tunneling,
421 it is really flexible, scalable and easily managable, so that
422 it is strongly recommended to be used with GRE tunnels instead of ugly
423 hack with NBMA mode and \verb|onlink| modifier. Unfortunately,
424 by historical reasons broadcast mode is not supported by IPIP tunnels,
425 but this probably will change in future.
426
427
428
429 \section{Traffic control issues.}
430
431 Tunnels are devices, hence all the power of Linux traffic control
432 applies to them. The simplest (and the most useful in practice)
433 example is limiting tunnel bandwidth. The following command:
434 \begin{verbatim}
435     tc qdisc add dev tunl0 root tbf \
436         rate 128Kbit burst 4K limit 10K
437 \end{verbatim}
438 will limit tunneled traffic to 128Kbit with maximal burst size of 4K
439 and queuing not more than 10K.
440
441 However, you should remember, that tunnels are {\em virtual} devices
442 implemented in software and true queue management is impossible for them
443 just because they have no queues. Instead, it is better to create classes
444 on real physical interfaces and to map tunneled packets to them.
445 In general case of dynamic routing you should create such classes
446 on all outgoing interfaces, or, alternatively,
447 to use option \verb|dev DEV| to bind tunnel to a fixed physical device.
448 In the last case packets will be routed only via specified device
449 and you need to setup corresponding classes only on it.
450 Though you have to pay for this convenience,
451 if routing will change, your tunnel will fail.
452
453 Suppose that CBQ class \verb|1:ABC| has been created on device \verb|eth0| 
454 specially for tunnel \verb|Cisco| with endpoints \verb|S| and \verb|D|.
455 Now you can select IPIP packets with addresses \verb|S| and \verb|D|
456 with some classifier and map them to class \verb|1:ABC|. F.e.\ 
457 it is easy to make with \verb|rsvp| classifier:
458 \begin{verbatim}
459     tc filter add dev eth0 pref 100 proto ip rsvp \
460         session D ipproto ipip filter S \
461         classid 1:ABC
462 \end{verbatim}
463
464 If you want to make more detailed classification of sub-flows
465 transmitted via tunnel, you can build CBQ subtree,
466 rooted at \verb|1:ABC| and attach to subroot set of rules parsing
467 IPIP packets more deeply.
468
469 \end{document}