Documentation/networking/ila.txt

   1 Identifier Locator Addressing (ILA)
   2
   3
   4 Introduction
   5 ============
   6
   7 Identifier-locator addressing (ILA) is a technique used with IPv6 that
   8 differentiates between location and identity of a network node. Part of an
   9 address expresses the immutable identity of the node, and another part
  10 indicates the location of the node which can be dynamic. Identifier-locator
  11 addressing can be used to efficiently implement overlay networks for
  12 network virtualization as well as solutions for use cases in mobility.
  13
  14 ILA can be thought of as means to implement an overlay network without
  15 encapsulation. This is accomplished by performing network address
  16 translation on destination addresses as a packet traverses a network. To
  17 the network, an ILA translated packet appears to be no different than any
  18 other IPv6 packet. For instance, if the transport protocol is TCP then an
  19 ILA translated packet looks like just another TCP/IPv6 packet. The
  20 advantage of this is that ILA is transparent to the network so that
  21 optimizations in the network, such as ECMP, RSS, GRO, GSO, etc., just work.
  22
  23 The ILA protocol is described in Internet-Draft draft-herbert-intarea-ila.
  24
  25
  26 ILA terminology
  27 ===============
  28
  29   - Identifier  A number that identifies an addressable node in the network
  30                 independent of its location. ILA identifiers are sixty-four
  31                 bit values.
  32
  33   - Locator     A network prefix that routes to a physical host. Locators
  34                 provide the topological location of an addressed node. ILA
  35                 locators are sixty-four bit prefixes.
  36
  37   - ILA mapping
  38                 A mapping of an ILA identifier to a locator (or to a
  39                 locator and meta data). An ILA domain maintains a database
  40                 that contains mappings for all destinations in the domain.
  41
  42   - SIR address
  43                 An IPv6 address composed of a SIR prefix (upper sixty-
  44                 four bits) and an identifier (lower sixty-four bits).
  45                 SIR addresses are visible to applications and provide a
  46                 means for them to address nodes independent of their
  47                 location.
  48
  49   - ILA address
  50                 An IPv6 address composed of a locator (upper sixty-four
  51                 bits) and an identifier (low order sixty-four bits). ILA
  52                 addresses are never visible to an application.
  53
  54   - ILA host    An end host that is capable of performing ILA translations
  55                 on transmit or receive.
  56
  57   - ILA router  A network node that performs ILA translation and forwarding
  58                 of translated packets.
  59
  60   - ILA forwarding cache
  61                 A type of ILA router that only maintains a working set
  62                 cache of mappings.
  63
  64   - ILA node    A network node capable of performing ILA translations. This
  65                 can be an ILA router, ILA forwarding cache, or ILA host.
  66
  67
  68 Operation
  69 =========
  70
  71 There are two fundamental operations with ILA:
  72
  73   - Translate a SIR address to an ILA address. This is performed on ingress
  74     to an ILA overlay.
  75
  76   - Translate an ILA address to a SIR address. This is performed on egress
  77     from the ILA overlay.
  78
  79 ILA can be deployed either on end hosts or intermediate devices in the
  80 network; these are provided by "ILA hosts" and "ILA routers" respectively.
  81 Configuration and datapath for these two points of deployment is somewhat
  82 different.
  83
  84 The diagram below illustrates the flow of packets through ILA as well
  85 as showing ILA hosts and routers.
  86
  87     +--------+                                                +--------+
  88     | Host A +-+                                         +--->| Host B |
  89     |        | |              (2) ILA                   (')   |        |
  90     +--------+ |            ...addressed....           (   )  +--------+
  91                V  +---+--+  .  packet      .  +---+--+  (_)
  92    (1) SIR     |  | ILA  |----->-------->---->| ILA  |   |   (3) SIR
  93     addressed  +->|router|  .              .  |router|->-+    addressed
  94     packet        +---+--+  .     IPv6     .  +---+--+        packet
  95                    /        .    Network   .
  96                   /         .              .   +--+-++--------+
  97     +--------+   /          .              .   |ILA ||  Host  |
  98     |  Host  +--+           .              .- -|host||        |
  99     |        |              .              .   +--+-++--------+
 100     +--------+              ................
 101
 102
 103 Transport checksum handling
 104 ===========================
 105
 106 When an address is translated by ILA, an encapsulated transport checksum
 107 that includes the translated address in a pseudo header may be rendered
 108 incorrect on the wire. This is a problem for intermediate devices,
 109 including checksum offload in NICs, that process the checksum. There are
 110 three options to deal with this:
 111
 112 - no action     Allow the checksum to be incorrect on the wire. Before
 113                 a receiver verifies a checksum the ILA to SIR address
 114                 translation must be done.
 115
 116 - adjust transport checksum
 117                 When ILA translation is performed the packet is parsed
 118                 and if a transport layer checksum is found then it is
 119                 adjusted to reflect the correct checksum per the
 120                 translated address.
 121
 122 - checksum neutral mapping
 123                 When an address is translated the difference can be offset
 124                 elsewhere in a part of the packet that is covered by
 125                 the checksum. The low order sixteen bits of the identifier
 126                 are used. This method is preferred since it doesn't require
 127                 parsing a packet beyond the IP header and in most cases the
 128                 adjustment can be precomputed and saved with the mapping.
 129
 130 Note that the checksum neutral adjustment affects the low order sixteen
 131 bits of the identifier. When ILA to SIR address translation is done on
 132 egress the low order bits are restored to the original value which
 133 restores the identifier as it was originally sent.
 134
 135
 136 Identifier types
 137 ================
 138
 139 ILA defines different types of identifiers for different use cases.
 140
 141 The defined types are:
 142
 143       0: interface identifier
 144
 145       1: locally unique identifier
 146
 147       2: virtual networking identifier for IPv4 address
 148
 149       3: virtual networking identifier for IPv6 unicast address
 150
 151       4: virtual networking identifier for IPv6 multicast address
 152
 153       5: non-local address identifier
 154
 155 In the current implementation of kernel ILA only locally unique identifiers
 156 (LUID) are supported. LUID allows for a generic, unformatted 64 bit
 157 identifier.
 158
 159
 160 Identifier formats
 161 ==================
 162
 163 Kernel ILA supports two optional fields in an identifier for formatting:
 164 "C-bit" and "identifier type". The presence of these fields is determined
 165 by configuration as demonstrated below.
 166
 167 If the identifier type is present it occupies the three highest order
 168 bits of an identifier. The possible values are given in the above list.
 169
 170 If the C-bit is present,  this is used as an indication that checksum
 171 neutral mapping has been done. The C-bit can only be set in an
 172 ILA address, never a SIR address.
 173
 174 In the simplest format the identifier types, C-bit, and checksum
 175 adjustment value are not present so an identifier is considered an
 176 unstructured sixty-four bit value.
 177
 178      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 179      |                            Identifier                         |
 180      +                                                               +
 181      |                                                               |
 182      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 183
 184 The checksum neutral adjustment may be configured to always be
 185 present using neutral-map-auto. In this case there is no C-bit, but the
 186 checksum adjustment is in the low order 16 bits. The identifier is
 187 still sixty-four bits.
 188
 189      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 190      |                            Identifier                         |
 191      |                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 192      |                               |  Checksum-neutral adjustment  |
 193      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 194
 195 The C-bit may used to explicitly indicate that checksum neutral
 196 mapping has been applied to an ILA address. The format is:
 197
 198      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 199      |     |C|                    Identifier                         |
 200      |     +-+                       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 201      |                               |  Checksum-neutral adjustment  |
 202      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 203
 204 The identifier type field may be present to indicate the identifier
 205 type. If it is not present then the type is inferred based on mapping
 206 configuration. The checksum neutral adjustment may automatically
 207 used with the identifier type as illustrated below.
 208
 209      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 210      | Type|                      Identifier                         |
 211      +-+-+-+                         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 212      |                               |  Checksum-neutral adjustment  |
 213      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 214
 215 If the identifier type and the C-bit can be present simultaneously so
 216 the identifier format would be:
 217
 218      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 219      | Type|C|                    Identifier                         |
 220      +-+-+-+-+                       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 221      |                               |  Checksum-neutral adjustment  |
 222      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 223
 224
 225 Configuration
 226 =============
 227
 228 There are two methods to configure ILA mappings. One is by using LWT routes
 229 and the other is ila_xlat (called from NFHOOK PREROUTING hook). ila_xlat
 230 is intended to be used in the receive path for ILA hosts .
 231
 232 An ILA router has also been implemented in XDP. Description of that is
 233 outside the scope of this document.
 234
 235 The usage of for ILA LWT routes is:
 236
 237 ip route add DEST/128 encap ila LOC csum-mode MODE ident-type TYPE via ADDR
 238
 239 Destination (DEST) can either be a SIR address (for an ILA host or ingress
 240 ILA router) or an ILA address (egress ILA router). LOC is the sixty-four
 241 bit locator (with format W:X:Y:Z) that overwrites the upper sixty-four
 242 bits of the destination address.  Checksum MODE is one of "no-action",
 243 "adj-transport", "neutral-map", and "neutral-map-auto". If neutral-map is
 244 set then the C-bit will be present. Identifier TYPE one of "luid" or
 245 "use-format." In the case of use-format, the identifier type field is
 246 present and the effective type is taken from that.
 247
 248 The usage of ila_xlat is:
 249
 250 ip ila add loc_match MATCH loc LOC csum-mode MODE ident-type TYPE
 251
 252 MATCH indicates the incoming locator that must be matched to apply
 253 a the translaiton. LOC is the locator that overwrites the upper
 254 sixty-four bits of the destination address. MODE and TYPE have the
 255 same meanings as described above.
 256
 257
 258 Some examples
 259 =============
 260
 261 # Configure an ILA route that uses checksum neutral mapping as well
 262 # as type field. Note that the type field is set in the SIR address
 263 # (the 2000 implies type is 1 which is LUID).
 264 ip route add 3333:0:0:1:2000:0:1:87/128 encap ila 2001:0:87:0 \
 265      csum-mode neutral-map ident-type use-format
 266
 267 # Configure an ILA LWT route that uses auto checksum neutral mapping
 268 # (no C-bit) and configure identifier type to be LUID so that the
 269 # identifier type field will not be present.
 270 ip route add 3333:0:0:1:2000:0:2:87/128 encap ila 2001:0:87:1 \
 271      csum-mode neutral-map-auto ident-type luid
 272
 273 ila_xlat configuration
 274
 275 # Configure an ILA to SIR mapping that matches a locator and overwrites
 276 # it with a SIR address (3333:0:0:1 in this example). The C-bit and
 277 # identifier field are used.
 278 ip ila add loc_match 2001:0:119:0 loc 3333:0:0:1 \
 279     csum-mode neutral-map-auto ident-type use-format
 280
 281 # Configure an ILA to SIR mapping where checksum neutral is automatically
 282 # set without the C-bit and the identifier type is configured to be LUID
 283 # so that the identifier type field is not present.
 284 ip ila add loc_match 2001:0:119:0 loc 3333:0:0:1 \
 285     csum-mode neutral-map-auto ident-type use-format