Sep 24, 2015

OVH's OverTheBox: Internet access link aggregation using Multipath TCP

OVH announced today its OverTheBox project, which is basically a link-aggregation solution for Internet access links.

Analysis of the technology

Foreword on link aggregation

First of all, aggregating Internet access links has nothing to do with classical link aggregation (also called bonding or trunking). This is a much harder problem, because the access links typically have very diverse characteristics, in terms of latency, capacity, and packet loss.

Think of aggregating a DSL line, a FTTH line and a satellite connection. If you simply send packets in a round-robin fashion, you will basically get the worst out of each link: packets will be heavily reordered, causing TCP to fall apart. The latency of a flow will basically be the latency of the worst link. Additionally, packet loss on any of the links will heavily impact the whole flow.

Technology used in OverTheBox

For OverTheBox, the main technology used by OVH is Multipath TCP, often abbreviated as MPTCP. Multipath TCP basically allows to split a TCP flow across multiple paths, providing redundancy and increased throughput. It does so in a clever way: each subflow runs TCP independently, providing congestion control and packet loss recovery independently for each path. A scheduler decides on which path to send data, based first on the RTT of each path (lower RTT is preferred) and moving to the next path when the congestion window is filled.

While Multipath TCP was not initially designed for link aggregation, it implements all necessary ingredients to do this efficiently. However, it only works for TCP traffic, and requires that both ends of a TCP connection know how to speak Multipath TCP. This is actually by design: end hosts are in the best position to discover paths and their associated characteristics (the typical use-case being a smartphone with both 4G and Wi-Fi).

OVH used the Linux implementation of Multipath TCP, and based its distribution on OpenWRT, using an existing patch.

Since Multipath TCP is not yet widely deployed in end-hosts, a link-aggregation solution based on Multipath TCP must be transparent for the devices behind the aggregation point. To do this, OVH used a classical solution based on a VPN. The idea is to run a VPN protocol able to tunnel data over TCP, such as OpenVPN. This way, provided both the VPN client and servers and MPTCP-compatible, the VPN will automatically use all available paths, with associated load-balancing and failover benefits.

OVH apparently decided to use vtun, which I had never heard of before. That being said, there are also references to OpenVPN in the code, so I am not sure which one they use.

In addition to that, OVH seems to use a transparent SOCKS proxy, shadowsocks. The goal is to avoid TCP over TCP encapsulation, which is notoriously a bad idea. Thanks to the SOCKS proxy, TCP connections from local clients are terminated locally, and new TCP connections are established from the other end of the tunnel towards the destination. This way, any packet loss on the path towards the destination does not trigger retransmissions inside the VPN.

For UDP traffic, I am not sure whether it also goes through the SOCKS proxy (this is possible with SOCKS5, but would be somewhat useless in this case) or travels directly on the VPN.

Finally, as a last note, OVH decided to shoot IPv6 in the head by completely ignoring AAAA DNS requests in their local DNS resolver. This is a ugly hack, and sounds like a quick and dirty fix for an issue discovered just before the initial release. My guess is that either shadowsocks does not support IPv6, or the IPv6 connectivity provided by some of the access links interferes with the operation of the OverTheBox box. I do hope that this is a temporary fix, because crippling IPv6 like this will certainly not help its deployment. By the way, Multipath TCP of course fully supports IPv6.

By the way, this analysis is based on a rather quick look at the source code, and my own experience. If you think I made a mistake, feel free to send me an email (contact at the domain name of this blog).

Impact of OverThebox

As such, this project from OVH merely assembles existing components. It introduces nothing new, except maybe a nice web interface (which is actually non-negligible in terms of user impact).

And indeed, technically speaking, people have already been doing the exact same thing for a while: Multipath TCP for link aggregation, a VPN such as OpenVPN for encapsulation, and a transparent SOCKS proxy to terminate client TCP connections before entering the tunnel. See for instance this mail on the mptcp-dev mailing list.

But this is, to my knowledge, the first open off-the-shelf solution providing an easy-to-use interface. What's more, OVH released the code, and the solution should work just fine with your own VPN server: it does not force you to use OVH services, which is extremely nice.

This is in huge contrast with existing proprietary solutions for the same problem, such as the products sold by Peplink. Their business model is to sell you the hardware and the service, with associated licensing fees. Since the protocol is proprietary, you are forced to use the Peplink VPN servers (even though they seem to offer to deploy VPN servers in the cloud, that you can manage through their provided interface). OverTheBox is likely to have an effect on this kind of proprietary businesses. On the other hand, providers like Peplink can (and probably should) make a difference by providing custom support for companies, something that OVH probably won't do.

Finally, let us note that there are other solutions to the original problem, such as MLVPN (which is not based on Multipath TCP). But OVH clearly has enough weight to make a huge impact with its nice, integrated solution.

Aug 22, 2014

Utiliser IPv6 chez SFR, sans la Neufbox

Cet article est en français, puisqu'il est susceptible d'intéresser principalement des lecteurs français.

En France, SFR fournit de l'IPv6 sur ses accès ADSL et fibre : c'est très bien ! En revanche, il ne s'agit pas d'une connectivité IPv6 native (probablement parce que le réseau d'accès ne fonctionne qu'en IPv4 pour le moment). La connectivité IPv6 est fournie par un tunnel monté au-dessus d'IPv4. Lorsqu'on utilise la box de SFR, c'est transparent : la box monte le tunnel elle-même, et on ne voit rien (à part une MTU un peu faible).

En revanche, si on remplace la box par un routeur à soi (par exemple, sous OpenWRT), il faut monter le tunnel soi-même si on veut profiter de l'IPv6. Ce n'est pas si évident à mettre en place (techniquement, c'est de l'IPv6 sur L2TP sur UDP sur IPv4, avec du PPP et du DHCPv6 pour faire bonne mesure). Le but de cet article est de détailler la mise en place du tunnel IPv6 sous OpenWRT, sachant que la configuration est adaptable pour d'autre systèmes GNU/Linux ou BSD.

Configuration IPv4

Obtenir une adresse IPv4 avec un routeur branché sur l'ONT SFR a déjà été beaucoup documenté : il suffit de faire du DHCP avec un vendor-id spécifique. Sous OpenWRT, ça se traduit par :

# /etc/config/network
config interface 'wan'
        option ifname 'eth0' # à adapter
        option proto 'dhcp'
        option vendorid "neufbox-BypassedNeufBox-DirectConnectionToFTTH-toto@nowhere.xxx"

Le vendorid doit en fait simplement commencer par "neufbox", mais indiquer que ce n'est pas une Neufbox semble recommandé, des fois que le support technique passe par là (même si en pratique, le support de SFR est plutôt du genre « C'est bizarre, votre connexion Internet n'a pas l'air de fonctionner. » « Si si, je vous assure, ça marche très bien. » « Ah bon. »).

Analyse du tunnel

La première étape est de déterminer l'adresse du LNS (L2TP Network Server), qui est le routeur avec lequel le tunnel L2TP est monté. Pour monter le tunnel, il y a ensuite deux niveaux d'authentification :

  • une authentification pour monter le tunnel L2TP lui-même. C'est simplement un mot de passe codé en dur, le même pour toutes les Neufbox : 6pe
  • une authentification PPP, dont le couple login/mot de passe est spécifique à chaque client SFR.

Il faut donc connaître le login et le mot de passe PPP. Fort heureusement, la Neufbox envoie ceux-ci en clair lorsqu'elle établit le tunnel.

Pour récupérer toutes ces informations, il suffit donc d'écouter le trafic de la Neufbox juste après son démarrage.

Écouter le trafic de la Neufbox

Pour une connexion fibre, c'est très simple, il suffit de se mettre entre la Neufbox et l'ONT. Voir cet article pour plus de détails.

Le plus simple est probablement d'utiliser une machine sous Linux avec deux interfaces réseau (par exemple, un laptop avec une carte Ethernet en USB). Une interface est branchée sur le port WAN de la Neufbox, l'autre est branchée sur l'ONT. Ensuite, on bridge les deux interfaces :

# brctl addbr br0
# brctl addif br0 eth0
# brctl addif br0 eth1
# ip link set eth0 up
# ip link set eth1 up
# ip link set br0 up
# sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

Il faut aussi s'assurer que le firewall autorise le forwarding de paquet. En cas de doute :

# iptables -P FORWARD ACCEPT
# iptables -F FORWARD

Il ne reste plus qu'à regarder le trafic qui passe :

# tcpdump -n -v -i eth0

Adresse du LNS

Sur ma connexion fibre, l'adresse du LNS avec lequel la Neufbox établit le tunnel est 109.6.3.95. Il se peut que le serveur soit différent selon la région, ou d'autres critères. Par exemple, dans la capture faite par Marin, le LNS est 109.6.1.72. Un autre utilisateur indique que chez lui, le LNS est 109.6.4.36.

Le plus simple est donc d'écouter le trafic et d'utiliser le même LNS que votre Neufbox.

Login et mot de passe PPP

Le login PPP est manifestement de la forme dhcp/XX.XX.XX.XX@YYYYYYYYYYYY, où XX.XX.XX.XX est l'IPv4 publique de l'accès Internet, et YYYYYYYYYYYY est l'adresse MAC du port WAN de la Neufbox, sans les :.

Pour le mot de passe PPP, il ne semble pas y avoir de logique particulière. Il s'agit visiblement d'une chaîne de 16 caractères dans l'alphabet [A-Z0-9] (alphanumérique avec uniquement des lettres en majuscule).

Configuration sous OpenWRT Barrier Breaker

Tout est dans la documentation d'OpenWRT. En adaptant pour SFR, ça donne donc :

# /etc/config/network
config interface 6pe
        option proto l2tp
        option server '109.6.3.95' # à adapter
        option username 'dhcp/XX.XX.XX.XX@YYYYYYYYYYYY'
        option password 'ZZZZZZZZZZZZZZZZ'
        option keepalive '6'
        option ipv6 '1'

config interface 'wan6'
    option ifname '@6pe'
    option proto 'dhcpv6'

Ainsi que :

# /etc/xl2tpd/xl2tp-secrets
* * 6pe

Et hop, ça juste marche (autoconfiguration sur le LAN, règles de firewall, etc). Magique, OpenWRT, non ? :)

Configuration pour d'autres OS (GNU/Linux, BSD)

La méthode pédestre, en configurant xl2tpd puis pppd, est également documentée sur le wiki OpenWRT.

Quelqu'un a également essayé avec un EdgeRouter Lite, et a fini par obtenir une config pas super propre, mais qui marche.

Notons que le firmware des Neufbox est disponible : http://neufbox.alwaysdata.net/. Notamment, il est possible de récupérer la configuration de xl2tpd et pppd pour être sûr d'avoir la même.

Performance

Le tunnel est monté sur un routeur Netgear WNDR3800, sous OpenWRT Barrier Breaker rc3. La connexion est une fibre SFR 1G/200M.

Les tests sont fait depuis un laptop branché en filaire, vers ipv6.intuxication.testdebit.info, qui est à environ 10 ms, avec les commandes suivantes :

# Download
wget -O /dev/null http://ipv6.intuxication.testdebit.info/fichiers/1000Mo.dat
# Upload
curl -o /dev/null -F 'filecontent=@1000Mo.dat' http://ipv6.intuxication.testdebit.info

Chaque commande est lancé plusieurs fois en parallèle si nécessaire (pour remplir le tuyau), et le débit instantané est relevé sur le routeur. J'obtiens les débits IP maximaux suivants :

  • 80 Mbits en upload
  • 105 Mbits en download

En upload, un top sur le routeur montre que le CPU passe 100% du temps à traiter des interruptions logicielles (sirq). En download, l'utilisation CPU est plutôt de l'ordre de 90%.

Pour comparer, en IPv4 dans les mêmes conditions, j'obtiens 180 Mbps avec 85% d'utilisation CPU sur le routeur, le résultat étant identique en upload et en download. Visiblement, encapsuler des paquets L2TP est donc plus coûteux que de les décapsuler.

Conclusion

Cet article décrit comment utiliser la connectivité IPv6 fournie par SFR lorsqu'on remplace la Neufbox par un routeur à soi. On peut avoir envie d'utiliser d'autres services (téléphone, télévision, etc), mais plein de gens ont documenté comment faire : voir les liens ci-dessous.

Liens

Jul 23, 2014

Back to business

So, writing a blog again. I had one, years ago. Hosted at home, like this one (though it was behind DSL at the time, FTTH wasn't as widespread as it is now). It was about free software, programming languages (especially functional), and maybe already some bits of networks. I remember writing a long post after discovering network neutrality for the first time, thanks to a talk by La Quadrature du Net.

This new blog will be mostly about networks, and how you can use them for fun and for saving the world (yes, this is overly ambitious). Overlay networks, wireless mesh networks, routing protocols, free software, free hardware, Do-It-Yourself ISPs, community-owned networks... And probably other stuff I forgot.

As a general rule, ideas and principles behind networks will be discussed, and not only "how to do this particular thing with that particular software". I strongly believe that networking is not hard, provided you understand what you are doing, which is often the most difficult part. Once you know what you are doing, it is relatively easy to use the available networking tools, or to create new ones. That being said, I will definitely provide configuration examples when they are non-obvious and/or use some obscure functionalities.

By the way, this blog will not show photos of big Cisco routers, or explain how to do X with insert your favourite prioprietary router OS here.

Hopefully, this blog will stay up longer than the previous one. Enjoy reading, and happy hacking!