Documentation/networking/ila.rst

   1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
   2
   3 ===================================
   4 Identifier Locator Addressing (ILA)
   5 ===================================
   6
   7
   8 Introduction
   9 ============
  10
  11 Identifier-locator addressing (ILA) is a technique used with IPv6 that
  12 differentiates between location and identity of a network node. Part of an
  13 address expresses the immutable identity of the node, and another part
  14 indicates the location of the node which can be dynamic. Identifier-locator
  15 addressing can be used to efficiently implement overlay networks for
  16 network virtualization as well as solutions for use cases in mobility.
  17
  18 ILA can be thought of as means to implement an overlay network without
  19 encapsulation. This is accomplished by performing network address
  20 translation on destination addresses as a packet traverses a network. To
  21 the network, an ILA translated packet appears to be no different than any
  22 other IPv6 packet. For instance, if the transport protocol is TCP then an
  23 ILA translated packet looks like just another TCP/IPv6 packet. The
  24 advantage of this is that ILA is transparent to the network so that
  25 optimizations in the network, such as ECMP, RSS, GRO, GSO, etc., just work.
  26
  27 The ILA protocol is described in Internet-Draft draft-herbert-intarea-ila.
  28
  29
  30 ILA terminology
  31 ===============
  32
  33   - Identifier
  34                 A number that identifies an addressable node in the network
  35                 independent of its location. ILA identifiers are sixty-four
  36                 bit values.
  37
  38   - Locator
  39                 A network prefix that routes to a physical host. Locators
  40                 provide the topological location of an addressed node. ILA
  41                 locators are sixty-four bit prefixes.
  42
  43   - ILA mapping
  44                 A mapping of an ILA identifier to a locator (or to a
  45                 locator and meta data). An ILA domain maintains a database
  46                 that contains mappings for all destinations in the domain.
  47
  48   - SIR address
  49                 An IPv6 address composed of a SIR prefix (upper sixty-
  50                 four bits) and an identifier (lower sixty-four bits).
  51                 SIR addresses are visible to applications and provide a
  52                 means for them to address nodes independent of their
  53                 location.
  54
  55   - ILA address
  56                 An IPv6 address composed of a locator (upper sixty-four
  57                 bits) and an identifier (low order sixty-four bits). ILA
  58                 addresses are never visible to an application.
  59
  60   - ILA host
  61                 An end host that is capable of performing ILA translations
  62                 on transmit or receive.
  63
  64   - ILA router
  65                 A network node that performs ILA translation and forwarding
  66                 of translated packets.
  67
  68   - ILA forwarding cache
  69                 A type of ILA router that only maintains a working set
  70                 cache of mappings.
  71
  72   - ILA node
  73                 A network node capable of performing ILA translations. This
  74                 can be an ILA router, ILA forwarding cache, or ILA host.
  75
  76
  77 Operation
  78 =========
  79
  80 There are two fundamental operations with ILA:
  81
  82   - Translate a SIR address to an ILA address. This is performed on ingress
  83     to an ILA overlay.
  84
  85   - Translate an ILA address to a SIR address. This is performed on egress
  86     from the ILA overlay.
  87
  88 ILA can be deployed either on end hosts or intermediate devices in the
  89 network; these are provided by "ILA hosts" and "ILA routers" respectively.
  90 Configuration and datapath for these two points of deployment is somewhat
  91 different.
  92
  93 The diagram below illustrates the flow of packets through ILA as well
  94 as showing ILA hosts and routers::
  95
  96     +--------+                                                +--------+
  97     | Host A +-+                                         +--->| Host B |
  98     |        | |              (2) ILA                   (')   |        |
  99     +--------+ |            ...addressed....           (   )  +--------+
 100                V  +---+--+  .  packet      .  +---+--+  (_)
 101    (1) SIR     |  | ILA  |----->-------->---->| ILA  |   |   (3) SIR
 102     addressed  +->|router|  .              .  |router|->-+    addressed
 103     packet        +---+--+  .     IPv6     .  +---+--+        packet
 104                    /        .    Network   .
 105                   /         .              .   +--+-++--------+
 106     +--------+   /          .              .   |ILA ||  Host  |
 107     |  Host  +--+           .              .- -|host||        |
 108     |        |              .              .   +--+-++--------+
 109     +--------+              ................
 110
 111
 112 Transport checksum handling
 113 ===========================
 114
 115 When an address is translated by ILA, an encapsulated transport checksum
 116 that includes the translated address in a pseudo header may be rendered
 117 incorrect on the wire. This is a problem for intermediate devices,
 118 including checksum offload in NICs, that process the checksum. There are
 119 three options to deal with this:
 120
 121 - no action     Allow the checksum to be incorrect on the wire. Before
 122                 a receiver verifies a checksum the ILA to SIR address
 123                 translation must be done.
 124
 125 - adjust transport checksum
 126                 When ILA translation is performed the packet is parsed
 127                 and if a transport layer checksum is found then it is
 128                 adjusted to reflect the correct checksum per the
 129                 translated address.
 130
 131 - checksum neutral mapping
 132                 When an address is translated the difference can be offset
 133                 elsewhere in a part of the packet that is covered by
 134                 the checksum. The low order sixteen bits of the identifier
 135                 are used. This method is preferred since it doesn't require
 136                 parsing a packet beyond the IP header and in most cases the
 137                 adjustment can be precomputed and saved with the mapping.
 138
 139 Note that the checksum neutral adjustment affects the low order sixteen
 140 bits of the identifier. When ILA to SIR address translation is done on
 141 egress the low order bits are restored to the original value which
 142 restores the identifier as it was originally sent.
 143
 144
 145 Identifier types
 146 ================
 147
 148 ILA defines different types of identifiers for different use cases.
 149
 150 The defined types are:
 151
 152       0: interface identifier
 153
 154       1: locally unique identifier
 155
 156       2: virtual networking identifier for IPv4 address
 157
 158       3: virtual networking identifier for IPv6 unicast address
 159
 160       4: virtual networking identifier for IPv6 multicast address
 161
 162       5: non-local address identifier
 163
 164 In the current implementation of kernel ILA only locally unique identifiers
 165 (LUID) are supported. LUID allows for a generic, unformatted 64 bit
 166 identifier.
 167
 168
 169 Identifier formats
 170 ==================
 171
 172 Kernel ILA supports two optional fields in an identifier for formatting:
 173 "C-bit" and "identifier type". The presence of these fields is determined
 174 by configuration as demonstrated below.
 175
 176 If the identifier type is present it occupies the three highest order
 177 bits of an identifier. The possible values are given in the above list.
 178
 179 If the C-bit is present,  this is used as an indication that checksum
 180 neutral mapping has been done. The C-bit can only be set in an
 181 ILA address, never a SIR address.
 182
 183 In the simplest format the identifier types, C-bit, and checksum
 184 adjustment value are not present so an identifier is considered an
 185 unstructured sixty-four bit value::
 186
 187      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 188      |                            Identifier                         |
 189      +                                                               +
 190      |                                                               |
 191      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 192
 193 The checksum neutral adjustment may be configured to always be
 194 present using neutral-map-auto. In this case there is no C-bit, but the
 195 checksum adjustment is in the low order 16 bits. The identifier is
 196 still sixty-four bits::
 197
 198      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 199      |                            Identifier                         |
 200      |                               +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 201      |                               |  Checksum-neutral adjustment  |
 202      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 203
 204 The C-bit may used to explicitly indicate that checksum neutral
 205 mapping has been applied to an ILA address. The format is::
 206
 207      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 208      |     |C|                    Identifier                         |
 209      |     +-+                       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 210      |                               |  Checksum-neutral adjustment  |
 211      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 212
 213 The identifier type field may be present to indicate the identifier
 214 type. If it is not present then the type is inferred based on mapping
 215 configuration. The checksum neutral adjustment may automatically
 216 used with the identifier type as illustrated below::
 217
 218      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 219      | Type|                      Identifier                         |
 220      +-+-+-+                         +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 221      |                               |  Checksum-neutral adjustment  |
 222      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 223
 224 If the identifier type and the C-bit can be present simultaneously so
 225 the identifier format would be::
 226
 227      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 228      | Type|C|                    Identifier                         |
 229      +-+-+-+-+                       +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 230      |                               |  Checksum-neutral adjustment  |
 231      +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
 232
 233
 234 Configuration
 235 =============
 236
 237 There are two methods to configure ILA mappings. One is by using LWT routes
 238 and the other is ila_xlat (called from NFHOOK PREROUTING hook). ila_xlat
 239 is intended to be used in the receive path for ILA hosts .
 240
 241 An ILA router has also been implemented in XDP. Description of that is
 242 outside the scope of this document.
 243
 244 The usage of for ILA LWT routes is:
 245
 246 ip route add DEST/128 encap ila LOC csum-mode MODE ident-type TYPE via ADDR
 247
 248 Destination (DEST) can either be a SIR address (for an ILA host or ingress
 249 ILA router) or an ILA address (egress ILA router). LOC is the sixty-four
 250 bit locator (with format W:X:Y:Z) that overwrites the upper sixty-four
 251 bits of the destination address.  Checksum MODE is one of "no-action",
 252 "adj-transport", "neutral-map", and "neutral-map-auto". If neutral-map is
 253 set then the C-bit will be present. Identifier TYPE one of "luid" or
 254 "use-format." In the case of use-format, the identifier type field is
 255 present and the effective type is taken from that.
 256
 257 The usage of ila_xlat is:
 258
 259 ip ila add loc_match MATCH loc LOC csum-mode MODE ident-type TYPE
 260
 261 MATCH indicates the incoming locator that must be matched to apply
 262 a the translaiton. LOC is the locator that overwrites the upper
 263 sixty-four bits of the destination address. MODE and TYPE have the
 264 same meanings as described above.
 265
 266
 267 Some examples
 268 =============
 269
 270 ::
 271
 272      # Configure an ILA route that uses checksum neutral mapping as well
 273      # as type field. Note that the type field is set in the SIR address
 274      # (the 2000 implies type is 1 which is LUID).
 275      ip route add 3333:0:0:1:2000:0:1:87/128 encap ila 2001:0:87:0 \
 276           csum-mode neutral-map ident-type use-format
 277
 278      # Configure an ILA LWT route that uses auto checksum neutral mapping
 279      # (no C-bit) and configure identifier type to be LUID so that the
 280      # identifier type field will not be present.
 281      ip route add 3333:0:0:1:2000:0:2:87/128 encap ila 2001:0:87:1 \
 282           csum-mode neutral-map-auto ident-type luid
 283
 284      ila_xlat configuration
 285
 286      # Configure an ILA to SIR mapping that matches a locator and overwrites
 287      # it with a SIR address (3333:0:0:1 in this example). The C-bit and
 288      # identifier field are used.
 289      ip ila add loc_match 2001:0:119:0 loc 3333:0:0:1 \
 290          csum-mode neutral-map-auto ident-type use-format
 291
 292      # Configure an ILA to SIR mapping where checksum neutral is automatically
 293      # set without the C-bit and the identifier type is configured to be LUID
 294      # so that the identifier type field is not present.
 295      ip ila add loc_match 2001:0:119:0 loc 3333:0:0:1 \
 296          csum-mode neutral-map-auto ident-type use-format