ИЭЭЭ 802.1ак

IEEE 802.1aq — это поправка к стандарту IEEE 802.1Q сетевому , которая добавляет поддержку моста по кратчайшему пути ( SPB ). Эта технология предназначена для упрощения создания и настройки сетей Ethernet , обеспечивая при этом многопутевую маршрутизацию .

SPB предназначен для замены старых протоколов связующего дерева : IEEE 802.1D STP, IEEE 802.1w RSTP и IEEE 802.1s MSTP. Они блокируют любые избыточные пути, которые могут привести к образованию петли коммутации , тогда как SPB позволяет всем путям быть активными с несколькими путями с одинаковой стоимостью, обеспечивает гораздо более крупные уровня 2 , топологии поддерживает более быстрое время конвергенции и повышает эффективность, позволяя трафику распределять нагрузку по всем путям ячеистой сети . Он разработан для сохранения принципа plug-and-play, который сделал Ethernet де-факто протоколом на уровне 2.

Эта технология обеспечивает создание VLAN в собственных инфраструктурах Ethernet с использованием протокола состояния канала для объявления как топологии , так и членства в VLAN. Пакеты инкапсулируются на границе либо в MAC-in-MAC согласно IEEE 802.1ah , либо помечаются тегами согласно IEEE 802.1Q или IEEE 802.1ad и передаются только другим членам VLAN. одноадресная , многоадресная Поддерживаются и широковещательная рассылка, а вся маршрутизация осуществляется по симметричным кратчайшим путям.

Плоскость управления основана на между промежуточными системами (IS-IS) протоколе маршрутизации , в котором используется небольшое количество расширений, определенных в RFC   6329 .

История

4 марта 2006 года рабочая группа опубликовала проект 802.1aq 0.1. В марте 2012 года IEEE утвердил стандарт 802.1aq.

В мае 2013 года была продемонстрирована первая публичная совместимость с различными поставщиками, поскольку SPB служил основой для Interop 2013 в Лас-Вегасе. В 2013 и 2014 годах SPB использовался для построения магистральной сети InteropNet, затрачивая лишь одну десятую ресурсов, полученных в предыдущие годы. Во время Interop 2014 SPB использовался в качестве магистрального протокола, который может обеспечивать функции программно-определяемой сети (SDN).

стали Зимние Олимпийские игры 2014 года первыми играми с «тканевой поддержкой» с использованием технологии SPB «IEEE 802.1aq». Во время игр эта коммутационная сеть могла обрабатывать до 54 Тбит/с трафика.

Связанные протоколы

• IEEE 802.1Q-2014 — Мосты и мостовые сети. Этот стандарт включает мостовое соединение по кратчайшему пути (IEEE 802.1aq) со следующими стандартами: IEEE Std 802.1Q-2011, IEEE Std 802.1Qbe-2011, IEEE Std 802.1Qbc-2011, IEEE Std 802.1. Qbb-2011, IEEE Std 802.1Qaz-2011, IEEE Std 802.1Qbf-2011, IEEE Std 802.1Qbg-2012, IEEE Std 802.1Q-2011/Cor 2–2012 и IEEE Std 802.1Qbp-2014, а также множество ранее указанных функций. в 802.1D.
• IEEE 802.1ag — Управление ошибками подключения (CFM)
• IEEE 802.1Qbp — несколько путей с одинаковой стоимостью при мостовом соединении по кратчайшему пути
• IEEE P802.1Qcj — автоматическое подключение к службам магистрального моста поставщика (PBB)
• RFC 6329 — расширения IS-IS, поддерживающие мост по кратчайшему пути IEEE 802.1aq

RFC 6329

Протокол между промежуточными системами (IS-IS), как определено в IETF . предлагаемом стандарте RFC   6329 используется в качестве плоскости управления для SPB. SPB не требует никакого конечного автомата или других существенных изменений в IS-IS, а просто требует нового идентификатора протокола сетевого уровня (NLPID) и набора TLV .

SPB обеспечивает пересылку по кратчайшему пути в ячеистой сети Ethernet, используя несколько путей с одинаковой стоимостью. Это позволяет SPB поддерживать большие топологии уровня 2 с более быстрой конвергенцией и улучшенным использованием ячеистой топологии по сравнению с сетями, настроенными с использованием протокола связующего дерева. SPB дополняет IS-IS небольшим количеством TLV и суб-TLV и поддерживает два канала передачи данных Ethernet, 802.1ad Provider Bridges (PB) и 802.1ah Provider Backbone Bridges (PBB).

SPB предназначен для параллельной работы с другими протоколами сетевого уровня , такими как IPv4 и IPv6 . Стандарты требуют, чтобы отказ двух узлов установить смежность SPB не имел побочного воздействия, такого как отказ от смежности для других протоколов сетевого уровня (например, OSPF ).

Расширения протокола

Расширения IS-IS, определенные в RFC 6329, которые обеспечивают стандартизированную поддержку 802.1aq SPB:

• Расширения протокола IS-IS Hello (IIH)
• Расширения информации об узлах
• Расширения информации о смежности
• Расширения служебной информации

Расширения протокола IS-IS Hello (IIH)

802.1aq был разработан для работы параллельно с другими протоколами сетевого уровня, такими как IPv4 и IPv6; следовательно, неспособность двух узлов установить смежность SPB не приведет к тому, что протоколы сетевого уровня также отклонят смежность. RFC 6328 присваивает 802.1aq значение идентификатора протокола сетевого уровня (NLPID) 0xC1. Этот NLPID используется SPB Bridges для обозначения их способности формировать смежности и работать как часть домена 802.1aq. Кадры 802.1aq передаются по смежностям, которые объявляют этот NLPID в обоих направлениях, а узлы считают соседство, которое не было объявлено в обоих направлениях, несуществующим (с метрикой бесконечного канала). 802.1aq дополняет обычный PDU IIH тремя новыми TLV, которые, как и все другие TLV SPB, перемещаются внутри мультитопологических TLV , что позволяет использовать несколько логических экземпляров SPB в одном экземпляре протокола IS-IS.

SPB может использовать множество VID, согласовав, какие VID будут использоваться для каких целей. PDU IIH содержат сводку всех используемых VID, называемую TLV конфигурации множественного связующего дерева , которая использует общую и компактную кодировку, повторно используемую из 802.1Q .

В целях предотвращения петель соседи SPB также могут поддерживать механизм проверки синхронизации содержимого их баз данных топологии. Обмен дайджестами информации о топологии SPB с использованием дополнительного суб-TLV SPB-Digest позволяет узлам сравнивать информацию и предпринимать конкретные действия, когда указано несоответствие топологии.

Наконец, SPB необходимо знать, какие наборы деревьев кратчайшего пути (SPT) используются какими VID, и это передается в TLV базовых идентификаторов VLAN .

Расширения информации об узлах

Все расширения узловой информации SPB перемещаются в пределах новой возможности TLV мультитопологии (MT) . Может присутствовать один или несколько TLV MT-Capability, в зависимости от объема информации, которую необходимо передать.

дает Суб-TLV экземпляра SPB идентификатор источника кратчайшего пути (SPSourceID) для этого узла или экземпляра топологии. Это используется при формировании адресов назначения многоадресной рассылки (DA) для кадров, исходящих из этого узла или экземпляра.

Для SPB определено несколько алгоритмов ECT, и в будущем могут быть определены дополнительные алгоритмы, включая, помимо прочего, ECMP или поведение на основе хэша и (*,G) многоадресной рассылки деревья . Эти алгоритмы будут использовать этот дополнительный TLV для определения параметрических данных нового алгоритма. Что касается параметров разрешения связей, существует два широких класса алгоритмов: один использует узловые данные для разрыва связей, а другой — данные связей для разрыва связей. используется Алгоритм непрозрачного дерева равной стоимости TLV экземпляра SPB для связывания непрозрачных данных разрешения конфликтов с узлом.

Расширения информации о смежности

встречается Суб-TLV метрики канала SPB в TLV многотопологического промежуточного системного соседа или в TLV расширенной IS Reachability. TLV алгоритма непрозрачного дерева равной стоимости SPB Adjacency также встречается в TLV многотопологической промежуточной системы или TLV расширенной IS Reachability. Если этот суб-TLV отсутствует для смежности IS-IS, эта смежность не будет передавать трафик SPB для данного экземпляра топологии.

Расширения служебной информации

Идентификатор службы SPBM и TLV-адрес одноадресной рассылки используются для представления членства в группе обслуживания на исходном узле или для объявления дополнительного одноадресного адреса B-MAC, присутствующего на узле или доступного для него. SPBV — это суб- TLV TLV MAC-адреса IS-IS, используемый для объявления групповых MAC-адресов в режиме SPBV.

Преимущества

Bridgest Path Bridging-VID (SPBV) и Shortest Path Bridging-MAC (SPBM) — это два режима работы 802.1aq. Оба наследуют ключевые преимущества маршрутизации по состоянию канала :

• возможность использовать все доступные физические соединения, поскольку для предотвращения петель используется плоскость управления с глобальным представлением топологии сети.
• быстрое восстановление соединения после сбоя, опять же благодаря глобальному представлению топологии сети при маршрутизации состояния канала.
• в случае сбоя во время восстановления будет затронуто имущество, которое непосредственно влияло только на движение транспорта.
• быстрое восстановление широковещательной и многоадресной связи, поскольку IS-IS передает всю необходимую информацию в расширениях SPB в IS-IS, тем самым позволяя устанавливать одноадресную и многоадресную связь параллельно, без необходимости запуска второго этапа процесса сигнализации. по конвергентной топологии одноадресной рассылки для вычисления и установки деревьев многоадресной рассылки.

SPBM предлагает эмуляцию прозрачного сегмента локальной сети Ethernet. Он реализует VLAN с ограниченными деревьями многоадресной рассылки, что означает отсутствие исходящего отбрасывания широковещательного, неизвестного одноадресного и многоадресного трафика . Эта функция является общей для подходов, использующих небольшое количество общих деревьев, поэтому сеть не просто деградирует с размером в процентах. количество отброшенных кадров увеличивается.

Эквивалентом этого приложения в пространстве оператора является доставка услуг Ethernet VPN предприятиям через общую инфраструктуру оператора связи. Требуемые атрибуты по сути одинаковы; полная прозрачность для клиентских услуг Ethernet (как двухточечных, так и локальных) и полная изоляция между трафиком одного клиента и трафиком всех остальных клиентов.

Еще одним следствием прозрачности SPBM как в плоскости данных , так и в плоскости управления является то, что он предоставляет набор сервисов MEF 6.1 . Оно также предоставляет оператору связи набор инструментов для поддержки геоизбыточной широкополосной транспортной связи; в этих приложениях многие DSLAM или другое оборудование доступа должны быть подключены к нескольким сайтам сервера широкополосного удаленного доступа (BRAS) с определяемой приложением привязкой сеансов к BRAS. Однако DSLAM нельзя разрешать взаимодействовать друг с другом, поскольку в этом случае операторы связи теряют возможность контролировать одноранговое соединение. MEF E-TREE делает именно это, а также обеспечивает эффективную многоадресную структуру для распределения IPTV .

SPBM предлагает как идеальную модель многоадресной репликации, в которой пакеты реплицируются только в точках разветвления в дереве кратчайшего пути, соединяющего участников, так и менее требовательную к состоянию модель головной репликации, где, по сути, последовательные одноадресные пакеты отправляются всем остальным участникам. по тому же кратчайшему пути первого дерева. Эти две модели выбираются путем указания свойств службы на границе, которые влияют на решения транзитного узла об установке состояния многоадресной рассылки. Это позволяет найти компромисс между оптимальными транзитными точками репликации (с их более высокими затратами состояния) и уменьшенным состоянием ядра (но гораздо большим трафиком) модели головной репликации. Эти варианты выбора могут быть разными для разных участников одного и того же индивидуального идентификатора услуги (I-SID), что позволяет находить разные компромиссы для разных участников.

На рисунке 5 ниже можно быстро понять, что делает SPBM в масштабе всей сети. На рис. 5 показано, как создается E-LAN ​​из 7 участников на основе информации о членстве на граничных узлах и детерминистического распределенного расчета деревьев каждого источника и каждого дерева услуг с транзитной репликацией. Головная репликация не показана, поскольку она тривиальна и просто использует существующие одноадресные FIB для последовательной пересылки копий другим известным получателям.

Операции и управление

802.1aq основывается на всех существующих операциях, администрировании и управлении Ethernet (OA&M). Поскольку 802.1aq гарантирует, что одноадресные и многоадресные пакеты для данной виртуальной локальной сети (VLAN) следуют по одному и тому же прямому и обратному пути и используют полностью стандартную инкапсуляцию 802, все методы 802.1ag и Y.1731 работать без изменений в сети 802.1aq.

Высокий уровень

См. также: Мост центров обработки данных § Другие группы.

802.1aq — это одобренная IEEE плоскость управления состоянием канала Ethernet для всех сетей IEEE VLAN, охватываемых стандартом IEEE 802.1Q. Идентификатор виртуальной локальной сети Shortest Path Bridging (VLAN ID) или Shortest Path Bridging VID (SPBV) обеспечивает возможность, обратно совместимую с технологиями связующего дерева . SPBM предоставляет дополнительные значения, которые используют возможности Provider Backbone Bridge (PBB). SPB (общий термин для обоих) объединяет путь передачи данных Ethernet (либо IEEE 802.1Q в случае SPBV, либо провайдера (PBB) IEEE 802.1ah в случае SPBM) с работающим протоколом управления состоянием канала IS-IS. между мостами кратчайшего пути ( каналами интерфейса сеть-сеть (NNI)). Протокол состояния канала используется для обнаружения и объявления топологии сети и вычисления SPT со всех мостов в регионе SPT.

магистральные MAC-адреса (B-MAC) участвующих узлов, а также информация о членстве в сервисах для интерфейсов с неучаствующими устройствами ( порты пользовательско-сетевого интерфейса В SPBM распределяются (UNI)). Затем данные топологии вводятся в механизм вычислений, который вычисляет симметричные деревья кратчайших путей на основе минимальной стоимости от каждого участвующего узла ко всем другим участвующим узлам. В SPBV эти деревья представляют собой дерево кратчайшего пути, по которому индивидуальный MAC-адрес можно узнать по групповым адресам и распределить членство . В SPBM деревья кратчайших путей затем используются для заполнения таблиц пересылки для отдельных B-MAC-адресов каждого участвующего узла и для групповых адресов; Групповые деревья многоадресной рассылки представляют собой поддеревья дерева кратчайших путей по умолчанию, сформированного спариванием (источник, группа). В зависимости от топологии возможно несколько различных многопутевых деревьев с одинаковой стоимостью, и SPB поддерживает несколько алгоритмов для каждого экземпляра IS-IS.

В SPB, как и в других протоколах, основанных на состоянии канала, вычисления выполняются распределенным образом. Каждый узел самостоятельно вычисляет поведение пересылки, совместимое с Ethernet, на основе обычно синхронизированного общего представления сети (в масштабах около 1000 узлов или меньше) и точек подключения службы (порты UNI). Таблицы базы данных (или пересылки) фильтрации Ethernet заполняются локально для независимой и детерминированной реализации своей части поведения сетевой пересылки.

Два разных варианта пути данных приводят к появлению двух немного разных версий этого протокола. Один (SPBM) предназначен там, где желательна полная изоляция множества отдельных экземпляров клиентских локальных сетей и связанных с ними MAC-адресов устройств, и поэтому он использует полную инкапсуляцию (MAC-in-MAC, также известный как IEEE 802.1ah ). Другой (SPBV) предназначен там, где такая изоляция MAC-адресов клиентских устройств не требуется, и он повторно использует только существующий тег VLAN, известный как IEEE 802.1Q, на участвующих каналах NNI.

Хронологически SPBV был первым, поскольку проект изначально задумывался для решения проблемы масштабируемости и конвергенции MSTP .

В то время разрабатывалась спецификация мостового соединения Provider Backbone, и стало очевидно, что использование как плоскости данных PBB, так и плоскости управления состоянием канала значительно расширит возможности и приложения Ethernet. Мост состояния канала поставщика (PLSB) был подставным предложением, внесенным в рабочую группу по мосту по кратчайшему пути IEEE 802.1aq, чтобы предоставить конкретный пример такой системы. По мере развития стандартизации IEEE 802.1aq некоторые подробные механизмы, предложенные PLSB, были заменены функциональными эквивалентами, но все ключевые концепции, воплощенные в PLSB, перенесены в стандарт.

Два варианта (SPBV и SPBM) будут описаны отдельно, хотя различия почти полностью касаются уровня данных.

Соединение по кратчайшему пути-VID

Мост по кратчайшему пути позволяет использовать деревья кратчайших путей для VLAN. Мосты соединяют все плоскости данных IEEE 802.1, а SPB — это общий термин. В последнее время большое внимание уделяется SPBM, как объяснялось, из-за его способности контролировать новую плоскость данных PBB и использовать определенные возможности, такие как устранение необходимости обучения B-MAC и автоматическое создание индивидуальных (одноадресных) и групповых ( многоадресных ) сообщений. Деревья. SPBV фактически был оригинальным проектом, целью которого было предоставить Ethernet VLAN возможность лучше использовать ячеистые сети.

Основной особенностью мостового соединения по кратчайшему пути является возможность использовать состояние канала IS-IS для изучения топологии сети. В SPBV механизм, используемый для идентификации дерева, заключается в использовании другого идентификатора VLAN по кратчайшему пути (VID) для каждого исходного моста. Топология IS-IS используется как для выделения уникальных SPVID, так и для обеспечения пересылки по кратчайшему пути для индивидуальных и групповых адресов. Первоначально предназначенный для небольших сетей с низкой конфигурацией, SPB превратился в более крупный проект, включающий в себя новейшую плоскость управления провайдера для SPBV и гармонизирующий концепции плоскости передачи данных Ethernet. Сторонники SPB полагают, что Ethernet может использовать состояние канала и поддерживать атрибуты, которые сделали Ethernet одной из наиболее универсальных технологий передачи данных. Когда мы говорим об Ethernet, это формат кадра уровня 2, определенный стандартами IEEE 802.3 и IEEE 802.1. Соединение Ethernet VLAN IEEE 802.1Q — это парадигма пересылки кадров, которая полностью поддерживает протоколы более высокого уровня, такие как IP.

SPB определяет регион кратчайшего пути, который является границей топологии кратчайшего пути и остальной части топологии VLAN (которая может представлять собой любое количество устаревших мостов). SPB работает, изучая мосты с поддержкой SPB и расширяя регион, включив в него мосты с поддержкой SPB. мосты, имеющие одинаковый дайджест конфигурации Base VID и MSTID (распределение VID для целей SPB).

SPBV создает деревья кратчайших путей, которые поддерживают предотвращение петель и, при необходимости, поддержку устранения петель на SPVID. SPBV по-прежнему позволяет изучать MAC-адреса Ethernet, но он может распределять адреса многоадресной рассылки, которые можно использовать для обрезки деревьев кратчайших путей в соответствии с членством в многоадресной рассылке либо через протокол множественной регистрации MAC (MMRP), либо напрямую с использованием распределения членства в многоадресной рассылке IS-IS.

SPBV строит деревья кратчайших путей, а также взаимодействует с устаревшими мостами, использующими протокол Rapid Spanning Tree и Multiple Spanning Tree Protocol. SPBV использует методы регионов MSTP для взаимодействия с регионами, не поддерживающими SPT, логически ведя себя как большой распределенный мост, если смотреть извне региона.

SPBV поддерживает деревья кратчайших путей, но SPBV также создает связующее дерево, которое вычисляется на основе базы данных состояний каналов и использует базовый VID. Это означает, что SPBV может использовать это традиционное связующее дерево для вычисления общего и внутреннего связующего дерева (CIST). CIST — это дерево по умолчанию, используемое для взаимодействия с другими устаревшими мостами. Он также служит резервным связующим деревом в случае проблем с конфигурацией SPBV.

SPBV был разработан для управления умеренным количеством мостов. SPBV отличается от SPBM тем, что MAC-адреса изучаются на всех мостах, расположенных на кратчайшем пути, и используется общее обучение VLAN, поскольку MAC-адреса назначения могут быть связаны с несколькими SPVID. SPBV запоминает все MAC-адреса, которые он пересылает, даже за пределами региона SPBV.

Соединение по кратчайшему пути-MAC

SPBM повторно использует плоскость данных PBB, что не требует, чтобы мосты Backbone Core Bridges (BCB) изучали инкапсулированные адреса клиентов. На границе сети запоминаются адреса C-MAC (клиента). SPBM очень похож на PLSB (мост состояний каналов провайдера), использующий те же плоскости данных и управления, но формат и содержимое управляющих сообщений в PLSB несовместимы.

Отдельные кадры MAC ( одноадресный трафик) от подключенного к Ethernet устройства, полученные на границе SPBM, инкапсулируются в заголовок PBB (mac-in-mac) IEEE 802.1ah , а затем проходят по сети IEEE 802.1aq без изменений, пока они не будут лишены инкапсуляция при выходе обратно в неучаствующую подключенную сеть на дальней стороне участвующей сети.

Адреса назначения Ethernet (от устройств, подключенных к порту UNI) выполняют обучение через логическую локальную сеть и перенаправляются на соответствующий участвующий адрес B-MAC для достижения дальнего пункта назначения Ethernet. Таким образом, MAC-адреса Ethernet никогда не проверяются в ядре сети IEEE 802.1aq. При сравнении SPBM и PBB поведение практически идентично сети PBB IEEE 802.1ah . PBB не определяет, как изучаются адреса B-MAC, и PBB может использовать связующее дерево для управления B-VLAN. Основное отличие SPBM состоит в том, что адреса B-MAC распределяются или вычисляются в плоскости управления, что исключает обучение B-MAC в PBB. Также SPBM гарантирует, что пройденный маршрут является деревом кратчайшего пути.

Прямые и обратные пути, используемые для одноадресного и многоадресного трафика в сети IEEE 802.1aq, симметричны . Эта симметрия позволяет обычным сообщениям о сбоях непрерывности Ethernet (CFM) IEEE 802.1ag работать без изменений для SPBV и SPBM и имеет желаемые свойства в отношении протоколов распределения времени, таких как протокол точного времени ( PTP версии 2 ). Кроме того, существующая система предотвращения петель Ethernet дополняется функцией уменьшения петель для обеспечения быстрой конвергенции плоскости данных.

Групповой адрес и отдельные кадры неизвестного пункта назначения оптимально передаются только членам одной и той же службы Ethernet. IEEE 802.1aq поддерживает создание тысяч логических сервисов Ethernet в форме конструкций E-LINE, E-LAN ​​или E-TREE, которые формируются между неучаствующими логическими портами сети IEEE 802.1aq. Эти пакеты группового адреса инкапсулированы с заголовком PBB, который указывает адрес источника, участвующего в SA, в то время как DA указывает локально значимый групповой адрес, по которому этот кадр должен быть перенаправлен, и какой исходный мост создал этот кадр. Таблицы многоадресной пересылки IEEE 802.1aq создаются на основе таких вычислений, что каждый мост, находящийся на кратчайшем пути между парой мостов, которые являются членами одной и той же группы обслуживания, создает правильное состояние базы данных пересылки (FDB) для пересылки или репликации его кадров. получает к этому членам этой сервисной группы. Поскольку вычисление группового адреса создает деревья кратчайших путей, на любом данном канале существует только одна копия многоадресного пакета. Поскольку только мосты на кратчайшем пути между участвующими логическими портами создают состояние базы данных пересылки (FDB), многоадресная рассылка обеспечивает эффективное использование сетевых ресурсов.

Фактическая операция пересылки группового адреса работает более или менее идентично классическому Ethernet: комбинация адреса назначения магистральной сети (B-DA) + идентификатора магистральной VLAN (B-VID) просматривается, чтобы найти выходной набор следующих транзитных участков. Единственное отличие по сравнению с классическим Ethernet заключается в том, что обратное обучение отключено для участвующих адресов управления доступом к среде передачи (B-MAC) моста и заменено входной проверкой и отбрасыванием (когда кадр поступает на входящий интерфейс из неожиданного источника). Однако обучение реализуется на границах дерева многоадресной рассылки SPBM для изучения взаимосвязи B-MAC и MAC-адреса для правильной инкапсуляции отдельных кадров в обратном направлении (по мере того, как пакеты поступают через интерфейс).

Правильно реализованная сеть IEEE 802.1aq может поддерживать до 1000 участвующих мостов и предоставлять десятки тысяч сервисов E-LAN ​​уровня 2 для устройств Ethernet. Это можно сделать, просто настроив порты, обращенные к устройствам Ethernet, так, чтобы они указывали, что они являются членами определенной службы. По мере того, как новые участники приходят и уходят, протокол IS-IS будет объявлять об изменениях членства в I-SID, а вычисления будут увеличивать или уменьшать деревья в сети участвующих узлов по мере необходимости для поддержания эффективного свойства многоадресной рассылки для этой службы.

IEEE 802.1aq обладает тем свойством, что только точка подключения службы требует настройки, когда появляется или исчезает новая точка подключения. Деревья, полученные в результате вычислений, будут автоматически расширяться или сокращаться по мере необходимости для поддержания связности. В некоторых существующих реализациях это свойство используется для автоматического (в отличие от конфигурирования) добавления или удаления точек подключения для технологий с двойным подключением, таких как кольца, для поддержания оптимального потока пакетов между неучаствующим кольцевым протоколом и сетью IEEE 802.1aq путем активации вторичного протокола. точку присоединения и деактивацию основной точки присоединения.

Восстановление после сбоя

Восстановление после сбоя происходит в соответствии с обычным IS-IS, при этом сообщается о сбое канала и выполняются новые вычисления, в результате которых создаются новые таблицы FDB. Поскольку этот протокол не объявляет и не знает адреса Ethernet, ядру SPBM не требуется повторное обучение, и на его изученные инкапсуляции не влияет сбой транзитного узла или канала.

Обнаружение сбоя быстрого соединения может быть выполнено с использованием сообщений проверки непрерывности IEEE 802.1ag (CCM), которые проверяют состояние канала и сообщают об отказе протоколу IS-IS. Это позволяет гораздо быстрее обнаруживать сбои, чем это возможно при использовании механизмов потери сообщений приветствия IS-IS.

И SPBV, и SPBM наследуют быструю сходимость плоскости управления состоянием канала. Особым свойством SPBM является его способность восстанавливать деревья многоадресной рассылки за время, аналогичное конвергенции одноадресной рассылки, поскольку он заменяет передачу сигналов вычислениями. Когда мост SPBM выполнил вычисления в базе данных топологии, он знает, находится ли он на кратчайшем пути между корнем и одним или несколькими листьями SPT, и может соответствующим образом установить состояние. Конвергенция не ограничивается поэтапным обнаружением места моста в дереве многоадресной рассылки с использованием отдельных сигнальных транзакций. Однако SPBM на узле не работает полностью независимо от своих одноранговых узлов и обеспечивает соблюдение соглашения о текущей топологии сети со своими одноранговыми узлами. Этот очень эффективный механизм использует обмен единым дайджестом состояния канала, охватывающим всю картину сети, и не требует индивидуального согласования каждого пути к каждому корню. В результате объем сообщений, которыми обмениваются для конвергенции сети, пропорционален постепенному изменению топологии, а не количеству деревьев многоадресной рассылки в сети. Простое событие связи, которое может изменить множество деревьев, передается только путем сигнализации события связи; последующее построение дерева выполняется путем локальных вычислений в каждом узле. Добавление одной точки доступа к сервису включает в себя только объявление I-SID, независимо от количества деревьев. Аналогично, удаление моста, которое может повлечь за собой перестройку сотен и тысяч деревьев, сигнализируется лишь несколькими обновлениями состояния канала.

Коммерческие предложения, скорее всего, будут предлагать SPB без задержки на нескольких шасси. В этой среде несколько шасси коммутатора отображаются в плоскости управления SPB как один коммутатор, а несколько каналов между парами шасси отображаются как совокупный канал. В этом контексте сбой одного канала или узла не обнаруживается плоскостью управления и обрабатывается локально, что приводит к времени восстановления менее 50 мс.

Анимации

Ниже приведены три анимированных GIF-файла, которые помогают продемонстрировать поведение 802.1aq.

Первый из этих рисунков, показанный на рисунке 5, демонстрирует маршрутизацию в сети из 66 узлов, где мы создали E-LAN ​​из 7 участников с использованием ISID 100. В этом примере мы показываем дерево равной стоимости (ECT), созданное из каждого участника. чтобы охватить всех остальных участников. Мы циклически просматриваем каждого члена, чтобы показать полный набор деревьев, созданных для этого сервиса. Мы делаем паузу в одной точке, чтобы показать симметрию маршрутизации между двумя узлами, и подчеркиваем ее красной линией. В каждом случае источник дерева отмечен маленькой фиолетовой буквой V.

Второй из этих анимированных GIF-изображений, показанный на рисунке 6, демонстрирует 8 путей ECT в той же сети из 66 узлов, что и на рисунке 4. В каждом последующем анимированном кадре используется один и тот же источник (фиолетовым цветом), но другой пункт назначения показан (желтым цветом). . Для каждого кадра показаны все кратчайшие пути между источником и пунктом назначения. Когда два кратчайших пути пересекают один и тот же участок, толщина рисуемых линий увеличивается. В дополнение к сети из 66 узлов также показана небольшая многоуровневая сеть в стиле центра обработки данных с источниками и пунктами назначения как внутри серверов (внизу), так и от серверов до уровня маршрутизатора вверху. Эта анимация помогает показать разнообразие производимых ЭСТ.

Последний из этих анимированных GIF-изображений, показанный на рисунке 7, демонстрирует пути ECT от источника к месту назначения с использованием всех 16 стандартных алгоритмов, определенных в настоящее время.

• 
  Рисунок 5. Анимированный пример E-LAN ​​в сети 802.1aq с 66 узлами и 7 участниками.
• 
  Рисунок 6. Анимированный пример ECT в сети 802.1aq с 66 узлами и 8 ECT.
• 
  Рисунок 7. Анимированный пример ECT с 36 узлами сети 802.1aq с 16 ECT.

Подробности

Мультидерево с равной стоимостью

Первоначально определены шестнадцать путей с несколькими деревьями равной стоимости (ECMT), однако возможных вариантов гораздо больше. ECMT в сети IEEE 802.1aq более предсказуем, чем при использовании интернет-протокола (IP) или многопротокольной коммутации меток (MPLS) из-за симметрии между прямым и обратным путями. Таким образом, выбор того, какой путь ECMT будет использоваться, является решением головного узла, назначаемым оператором, тогда как в случае IP/MPLS это решение является локальным/хешированием.

IEEE 802.1aq, столкнувшись с выбором между двумя путями с одинаковой стоимостью канала, использует следующую логику для своего первого алгоритма разрешения связей ECMT: во-первых, если один путь короче другого с точки зрения количества переходов, выбирается более короткий путь, в противном случае , выбирается путь с минимальным идентификатором моста { BridgePriority, объединенным с (IS-IS SysID) }. Другие алгоритмы ECMT создаются путем простого использования известных перестановок BridgePriority||SysIds. Например, второй определенный алгоритм ECMT использует путь с минимальным значением, обратным BridgeIdentifier, и его можно рассматривать как путь с максимальным идентификатором узла. Для SPBM каждая перестановка создается как отдельный B-VID. Верхний предел многопутевых перестановок ограничен количеством B-VID, делегированных операции 802.1aq, максимум 4094, хотя для количества полезных перестановок пути потребуется лишь часть доступного пространства B-VID. Четырнадцать дополнительных алгоритмов ECMT определены с использованием различных битовых масок, применяемых к идентификаторам BridgeIdentifiers. Поскольку BridgeIdentifier включает поле приоритета, поведение ECMT можно настроить, изменив значение BridgePriority вверх или вниз.

Услуга назначается данному ECMT B-VID на границе сети посредством конфигурации. В результате неучаствующие пакеты, связанные с этой услугой, инкапсулируются с помощью VID, связанного с желаемым сквозным маршрутом ECMT. Таким образом, весь трафик индивидуальных и групповых адресов, связанный с этой услугой, будет использовать правильный B-VID ECMT и передаваться симметрично из конца в конец по правильному многотрактовому маршруту с равной стоимостью. По сути, оператор решает, какие услуги и по каким путям ECMT будут осуществляться, в отличие от решения хеширования, используемого в других системах, таких как IP/MPLS. Деревья могут поддерживать группы агрегации каналов (LAG) внутри сегмента «ветви» дерева, где происходит некоторая форма хеширования.

Такое симметричное и сквозное поведение ECMT придает IEEE 802.1aq очень предсказуемое поведение, а инструменты автономного проектирования могут точно моделировать точные потоки данных. Такое поведение также выгодно для сетей, где важны измерения односторонней задержки. Это связано с тем, что одностороннюю задержку можно точно вычислить как 1/2 двусторонней задержки. Такие вычисления используются протоколами распределения времени, такими как IEEE 1588, для синхронизации частоты и времени суток, как это требуется между точными источниками часов и беспроводными базовыми станциями.

Выше показаны три рисунка [5,6,7], которые показывают поведение 8- и 16-деревьев равной стоимости (ECT) в различных топологиях сети. Это составные снимки экрана эмулятора сети 802.1aq, на которых источник показан фиолетовым, пункт назначения — желтым, а затем все вычисленные и доступные кратчайшие пути — розовым. Чем толще линия, тем больше кратчайших путей используют эту ссылку. На анимациях показаны три разные сети и множество пар источников и получателей, которые постоянно меняются, чтобы помочь визуализировать происходящее.

Алгоритмы дерева равной стоимости (ECT) могут быть практически расширены за счет использования данных OPAQUE, что позволяет расширять возможности за пределы базовых 16 алгоритмов более или менее бесконечно. Ожидается, что другие группы стандартов или поставщики разработают варианты определенных в настоящее время алгоритмов с поведением, подходящим для различных стилей сетей. Ожидается, что также будут определены многочисленные модели общего дерева, а также поведение в стиле многопутевого доступа с равной стоимостью (ECMP) на основе хэша шаг за шагом. Все они определяются VID и алгоритмом, который каждый узел соглашается запускать.

Дорожная инженерия

802.1aq не распределяет трафик по шагам. Вместо этого 802.1aq позволяет назначать идентификатор службы (ISID) идентификатору VLAN (VID) на границе сети. VID будет соответствовать ровно одному из возможных наборов узлов кратчайшего пути в сети и никогда не будет отклоняться от этого маршрута. Если существует около 10 кратчайших путей между различными узлами, можно назначить разные службы разным путям и знать, что трафик для данной службы будет следовать точно по заданному пути. Таким образом, трафик может быть легко назначен желаемому кратчайшему пути. В случае, если один из путей становится перегруженным, можно переместить некоторые службы с этого кратчайшего пути, переназначив ISID этих служб на другой, менее загруженный VID на краях сети.

Детерминированный характер маршрутизации значительно упрощает автономное прогнозирование/вычисление/экспериментирование сетевой нагрузки, поскольку фактические маршруты не зависят от содержимого заголовков пакетов, за исключением идентификатора VLAN.

Рисунок 4. Кратчайший путь с равной стоимостью: назначение сервисам

На рисунке 4 показаны четыре различных пути с равной стоимостью между узлами 7 и 5. Оператор может добиться относительно хорошего баланса трафика на разрезе между узлами [0 и 2] и [1 и 3], назначая услуги в узлах 7 и 5. к одному из четырех желаемых VID. Использование более 4 путей дерева равной стоимости (ECT) в сети, скорее всего, позволит использовать все 4 из этих путей. Аналогичным образом можно также достичь баланса между узлами 6 и 4.

В случае, если оператор не желает вручную назначать услуги по кратчайшим путям, поставщик коммутатора может легко разрешить простое хеширование ISID для одного из доступных VIDS, чтобы обеспечить степень неинженерного расширения. Например, ISID по модулю количества ECT-VID можно использовать для принятия решения о том, какой фактический относительный VID использовать.

В случае, если пути ECT недостаточно разнообразны, у оператора есть возможность настроить входные данные для распределенных алгоритмов ECT, чтобы применить притяжение или отталкивание от данного узла, регулируя приоритет моста этого узла. С этим можно экспериментировать с помощью автономных инструментов до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые маршруты, после чего смещение можно будет применить к реальной сети, а затем ISID можно будет переместить на полученные маршруты.

Анимация на рисунке 6 показывает разнообразие, доступное для управления трафиком в сети из 66 узлов. В этой анимации доступно 8 путей ECT от каждого выделенного источника к месту назначения, поэтому услуги могут быть назначены 8 различным пулам на основе VID. Таким образом, одним из таких первоначальных назначений на рисунке 6 может быть (ISID по модулю 8) с последующей точной настройкой по мере необходимости.

Пример

Рисунок 1 – пример узлов, ссылок и индексов интерфейсов

Мы рассмотрим поведение SPBM на небольшом примере, уделяя особое внимание деревьям кратчайших путей для одноадресной и многоадресной рассылки.

Сеть, показанная на рисунке 1, состоит из 8 участвующих узлов, пронумерованных от 0 до 7. Это могут быть коммутаторы или маршрутизаторы, работающие по протоколу IEEE 802.1aq. Каждый из 8 участвующих узлов имеет ряд смежностей с номерами 1..5. Скорее всего, они будут соответствовать индексам интерфейсов или, возможно, номерам портов. Поскольку 802.1aq не поддерживает параллельные интерфейсы, каждый интерфейс соответствует смежности. Номера индексов порта/интерфейса, конечно, являются локальными и отображаются, поскольку в результате вычислений создается индекс интерфейса (в случае одноадресной рассылки) или набор индексов интерфейса (в случае многоадресной рассылки), которые являются частью информации о пересылке. base (FIB) вместе с MAC-адресом назначения и VID магистрали.

Сеть имеет полностью объединенное внутреннее ядро ​​из четырех узлов (0..3), а затем четырех внешних узлов (4,5,6 и 7), каждый из которых имеет двойное подключение к паре узлов внутреннего ядра.

Обычно, когда узлы поступают с завода, им назначается MAC-адрес, который становится идентификатором узла, но для целей этого примера мы предположим, что узлы имеют MAC-адреса в форме 00:00:00:00:N:00, где N — это идентификатор узла (0..7) с рисунка 1. Следовательно, узел 2 имеет MAC-адрес 00:00:00:00:02:00. Узел 2 подключен к узлу 7 (00:00:00:00:07:00) через интерфейс/5 узла 2.

Протокол IS-IS работает на всех показанных каналах, поскольку они находятся между участвующими узлами. Протокол приветствия IS-IS имеет несколько дополнений для 802.1aq, включая информацию об идентификаторах VID магистральной сети, которые будут использоваться протоколом. Предположим, что оператор решил использовать магистральные VID 101 и 102 для этого экземпляра 802.1aq в этой сети.

Узел будет использовать свои MAC-адреса в качестве SysId IS-IS, присоединяться к одному уровню IS-IS и обмениваться пакетами состояния канала (LSP в терминологии IS-IS). LSP будут содержать информацию об узлах и информацию о каналах, так что каждый узел сможет изучить полную топологию сети. Поскольку в этом примере мы не указали веса каналов, протокол IS-IS выберет метрику канала по умолчанию для всех каналов, поэтому вся маршрутизация будет с минимальным количеством переходов.

После обнаружения топологии следующим шагом является распределенный расчет одноадресных маршрутов для обоих ECMP VID и заполнение таблиц одноадресной пересылки (FIB).

Рисунок 2 – два пути ECMP между узлами 7 и 5

Рассмотрим маршрут от узла 7 к узлу 5: существует несколько путей с равной стоимостью. 802.1aq определяет, как выбрать два из них: первый называется путем с низким идентификатором PATH ID. Это путь, который имеет минимальный идентификатор узла. В этом случае путь с низким идентификатором PATH ID — это путь 7->0->1->5 (как показано красным на рисунке 2). Таким образом, каждый узел на этом пути создаст запись пересылки к MAC-адресу пятого узла, используя первый ECMP VID 101. И наоборот, 802.1aq определяет второй алгоритм разрешения конфликтов ECMP, называемый High PATH ID. Это путь с максимальным идентификатором узла, в примере это путь 7->2->3->5 (показан синим цветом на рисунке 2).

Таким образом, узел 7 будет иметь FIB, который, среди прочего, указывает:

• MAC 00:00:00:05:00 / vid 101, следующий переход — интерфейс/1.
• MAC 00:00:00:05:00 / vid 102, следующий переход — интерфейс/2.

Узел 5 будет иметь в точности обратное значение в FIB:

• MAC 00:00:00:07:00 / vid 101, следующий переход — интерфейс/1.
• MAC 00:00:00:07:00 / vid 102, следующий переход — интерфейс/2.

Промежуточные узлы также будут давать согласованные результаты, поэтому, например, узел 1 будет иметь следующие записи.

• MAC 00:00:00:07:00 / vid 101, следующий переход — интерфейс/5.
• MAC 00:00:00:07:00 / vid 102, следующий переход — интерфейс/4.
• MAC 00:00:00:05:00 / vid 101, следующий переход — интерфейс/2.
• MAC 00:00:00:05:00 / vid 102, следующий переход — интерфейс/2.

А узел 2 будет иметь следующие записи:

• MAC 00:00:00:05:00 / vid 101, следующий переход — интерфейс/2.
• MAC 00:00:00:05:00 / vid 102, следующий переход — интерфейс/3.
• MAC 00:00:00:07:00 / vid 101, следующий переход — интерфейс/5.
• MAC 00:00:00:07:00 / vid 102, следующий переход — интерфейс/5.

Если бы у нас было подключенное неучаствующее устройство на узле 7, которое разговаривало бы с неучаствующим устройством на узле 5 (например, устройство A общается с устройством C на рисунке 3), они бы обменивались данными по одному из этих кратчайших путей с MAC-входом. - Инкапсулированный кадр MAC. Заголовок MAC на любом из каналов NNI будет отображать внешний адрес источника 00:00:00:70:00, внешний адрес назначения 00:00:00:50:00 и BVID 101 или 102 в зависимости от который был выбран для этого набора неучаствующих портов/видов. Заголовок, однажды вставленный в узел 7 при получении от узла A, не будет меняться ни по одному из каналов, пока он не вернется обратно к неучаствующему устройству C в узле 5. Все участвующие устройства будут выполнять простой поиск DA+VID для определения исходящего интерфейс, а также проверит, что входящий интерфейс является правильным следующим переходом для SA+VID пакета. Адреса участвующих узлов 00:00:00:00:00:00 ... 00:00:00:07:00 никогда не изучаются, а объявляются IS-IS как SysId узла.

Одноадресная пересылка на адрес неучаствующего клиента (например, A, B, C, D на рисунке 3), конечно, возможна только тогда, когда узел, участвующий в первом переходе (например, 7), может знать, какой последний узел участвует (например, 5). присоединяется к желаемому неучаствующему узлу (например, C). Поскольку эта информация не объявляется IEEE 802.1aq, ее необходимо изучить. Механизм обучения идентичен IEEE 802.1ah , короче говоря, соответствующий внешний одноадресный DA MAC, если он неизвестен, заменяется многоадресным DA, и когда получен ответ, SA этого ответа теперь сообщает нам, какой DA следует использовать для достичь неучаствующего узла, отправившего ответ. например, узел 7 узнает, что C достигнут узлом 5.

Рисунок 3. Многоадресная рассылка для каждого источника и каждой услуги для E-LAN

Поскольку мы хотим сгруппировать/объединить наборы неучаствующих портов в службы и запретить им многоадресную рассылку друг другу, IEEE 802.1aq предоставляет механизм многоадресной пересылки для каждого источника, для каждой службы и определяет специальный формат адреса назначения многоадресной рассылки, чтобы обеспечить это. Поскольку адрес многоадресной рассылки должен однозначно идентифицировать дерево, а также поскольку существует дерево для каждого источника для каждой уникальной услуги, адрес многоадресной рассылки содержит два компонента: компонент службы в младших 24 битах и ​​уникальный идентификатор всей сети в старших 22 битах. . Поскольку это адрес многоадресной рассылки, бит многоадресной рассылки установлен, и поскольку мы не используем стандартное пространство OUI для этих изготовленных адресов, бит локального L устанавливается для устранения неоднозначности этих адресов. На рисунке 3 выше это представлено с помощью DA=[7,O], где цифра 7 представляет пакеты, исходящие из узла 7, а цветной символ O представляет собой службу E-LAN, в пределах которой мы находимся.

Прежде чем создавать многоадресную пересылку для службы, узлы с портами, обращенными к этой службе, должны быть проинформированы о том, что они являются участниками. Например, узлам 7,4,5 и 6 сообщается, что они являются членами данной службы, например службы 200, и, кроме того, что им следует использовать BVID 101. ISIS объявляет об этом, и все узлы затем выполняют вычисления SPBM для определить, участвуют ли они в качестве головного или хвостового конца или в качестве тандемной точки между другими головными и хвостовыми концами в услуге. Поскольку узел 0 является тандемом между узлами 7 и 5, он создает запись пересылки для пакетов от узла 7 в этой службе к узлу 5. Аналогично, поскольку это тандем между узлами 7 и 4, он создает состояние пересылки от узла 7 для пакетов. в этой службе к узлу 4 это приводит к истинной записи многоадресной рассылки, где DA/VID имеют выходы на двух интерфейсах 1 и 2. Узел 2, с другой стороны, находится только на одном кратчайшем пути в этой службе и создает только одну запись пересылки из от узла 7 к узлу 6 для пакетов в этой службе.

На рисунке 3 показана только одна служба E-LAN ​​и только дерево одного из участников, однако очень большое количество служб E-LAN ​​с членством от 2 до каждого узла в сети может поддерживаться путем объявления членства и вычисления тандема. поведение, создание известных адресов многоадресной рассылки и заполнение FIB. Единственными реальными ограничивающими факторами являются размеры таблиц FIB и вычислительная мощность отдельных устройств, которые ежегодно растут как на дрожжах.

Замечания по реализации

802.1aq принимает информацию о топологии IS-IS, дополненную информацией о подключении услуги (I-SID), выполняет серию вычислений и создает таблицу пересылки (таблицу фильтрации) для записей одноадресной и многоадресной рассылки.

Расширения IS-IS, которые передают информацию, необходимую для 802.1aq, приведены в документе IETF isis-layer2, указанном ниже.

Реализация 802.1aq сначала изменит приветствия IS-IS, включив в них NLPID (идентификатор протокола сетевого уровня) 0xC01 в их тип-длина-значение (TLV), поддерживаемый протоколами (тип 129), который зарезервирован для 802.1aq. Приветствия также должны включать MSTID (который определяет назначение каждого VID), и, наконец, каждое поведение ECMT должно быть присвоено VID и обменяться ими в сообщениях hellos. Приветствия обычно выполняются без тегов. Обратите внимание, что NLPID IP не требуется для формирования смежности для 802.1aq, но также не предотвращает смежность, если она присутствует.

Каналам назначаются специальные метрики 802.1aq, которые передаются в собственном TLV (значении длины типа), который более или менее идентичен метрикам IP-канала. В расчетах всегда будет использоваться максимум двух метрик однонаправленного канала для обеспечения симметричного веса маршрута.

Узлу присваивается MAC-адрес для его глобальной идентификации, который используется для формирования IS-IS SYSID. Обычно для этой цели подходит коробочный Mac. Area-Id не используется напрямую в 802.1aq, но, конечно, должен быть одинаковым для узлов в одной сети 802.1aq. Несколько областей/уровней пока не поддерживаются.

Узлу дополнительно присваивается SPSourceID, который представляет собой 20-битный уникальный идентификатор всей сети. Часто это могут быть младшие 20 бит SYSID (если они уникальны), или их можно динамически согласовывать или настраивать вручную.

SPSourceID и назначения ECMT для B-VID затем объявляются в сети IS-IS в их собственном TLV 802.1aq.

Вычисления 802.1aq ограничены ссылками между узлами, имеющими вес канала 802.1aq и поддерживающими NLPID 0xC01. Как обсуждалось ранее, веса ссылок должны быть симметричными для целей вычислений, принимая минимальное из двух непохожих значений.

Когда услуга конфигурируется в форме присвоения I-SID поведению ECMT, этот I-SID затем объявляется вместе с желаемым поведением ECMT и указанием его свойств передачи и приема (для этой цели используется новый TLV). курс).

Когда узел 802.1aq получает обновление IS-IS, он вычисляет уникальный кратчайший путь ко всем другим узлам IS-IS, поддерживающим 802.1aq. Для каждого поведения ЕКМТ будет один уникальный (симметричный) кратчайший путь. Разграничение связей, используемое для обеспечения этой уникальности и ЕКМТ, описано ниже.

Одноадресный FDB/FIB будет заполнен на основе этого первого вычисления кратчайшего пути. Будет одна запись на каждое поведение ЕКМТ/выданный B-VID.

Вычисление транзитной многоадресной рассылки (которое применяется только тогда, когда желательна транзитная репликация и не применимо к службам, выбравшим репликацию на головном узле) может быть реализовано разными способами, необходимо позаботиться о том, чтобы это было эффективно, но в целом это серия вычислений кратчайшего пути. должно быть сделано. Основное требование состоит в том, чтобы решить: «Нахожусь ли я на кратчайшем пути между двумя узлами, один из которых передает I-SID, а другой получает этот I-SID».

Довольно неэффективный псевдокод для этого вычисления выглядит примерно так:

for each NODE in network which originates at least one transmit ISID do
    SPF = compute the shortest path trees from NODE for all ECMT B-VIDs.
    for each ECMT behavior do
        for each NEIGHBOR of NODE do
            if NEIGHBOR is on the SPF towards NODE for this ECMT then
                T = NODE's transmit ISIDs unioned with all receive
                    ISIDs below us on SPF
                for each ISID in T do
                    create/modify multicast entry where [
                        MAC-DA   = NODE.SpsourceID:20||ISID:24||LocalBit:1||MulticastBit:1
                        B-VID    = VID associated with this ECMT
                        out port = interface to NEIGHBOR
                        in port  = port towards NODE on the SPF for this ECMT
                    ]

Приведенный выше псевдокод вычисляет гораздо больше SPF, чем это строго необходимо в большинстве случаев, и известны лучшие алгоритмы, позволяющие определить, находится ли узел на кратчайшем пути между двумя другими узлами. Ниже приведена ссылка на документ, представленный в IEEE, который предлагает гораздо более быстрый алгоритм, который радикально сокращает количество необходимых внешних итераций.

В целом, однако, даже исчерпывающий алгоритм, описанный выше, более чем способен обрабатывать несколько сотен сетей узлов за несколько десятков миллисекунд на обычных процессорах с частотой 1 ГГц или выше, если он тщательно разработан.

Для ISID, выбравших головную репликацию, вычисления тривиальны и включают в себя просто поиск других точек подключения, которые получают этот ISID, и создание последовательной одноадресной таблицы для репликации к ним одну за другой.

Тай-брейк

802.1aq должен создавать детерминированные симметричные конгруэнтные кратчайшие пути в нисходящем направлении. Это означает, что не только данный узел должен вычислять один и тот же путь вперед и назад, но и все остальные узлы ниже по течению (и выше по течению) на этом пути также должны давать тот же результат. Это соответствие в нисходящем направлении является следствием характера пересылки Ethernet по шагам, поскольку для определения следующего шага используются только адрес назначения и VID. Важно помнить об этом при разработке других алгоритмов ECMT для 802.1aq, поскольку в эту ловушку легко попасть. Он начинается с получения показателей однонаправленного соединения, рекламируемых ISIS для 802.1aq, и обеспечения их симметричности. Это делается путем простого принятия МИНУМ двух значений на обоих концах перед выполнением каких-либо вычислений. Однако само по себе это не гарантирует симметрии.

Рисунок 7. Разрыв связей и идентификаторы путей.

Стандарт 802.1aq описывает механизм, называемый PATHID, который представляет собой уникальный идентификатор пути в масштабах всей сети. Это полезный логический способ понять, как детерминированно разрывать связи, но это не то, как можно реализовать такой разрыв на практике. PATHID определяется как последовательность SYSID, составляющих путь (не включая конечные точки).. отсортированный. Таким образом, каждый путь в сети имеет уникальный PATHID, независимый от того, где в сети этот путь обнаружен.

802.1aq всегда выбирает путь с наименьшим PATHID, когда выбор возникает при вычислении кратчайшего пути. Это гарантирует, что каждый узел примет одно и то же решение.

Например, на рисунке 7 выше есть четыре пути с равной стоимостью между узлами 7 и 5, которые показаны синим, зеленым, розовым и коричневым цветами. PATHID для этих путей следующий:

• PATHID[brown] = {0,1}
• PATHID[pink] = {0,3}
• PATHID[green] = {1,2}
• PATHID[blue] = {2,3}

Таким образом, самым низким PATHID является коричневый путь {0,1}.

Этот алгоритм с низким PATHID имеет очень желательные свойства. Во-первых, это можно делать постепенно, просто ища наименьший SYSID вдоль пути, а во-вторых, потому что эффективная реализация, работающая поэтапно, возможна путем простого обратного отслеживания двух конкурирующих путей и поиска минимального из двух минимальных SYSID двух путей.

Алгоритм с низким PATHID является основой всех разрывов связи 802.1aq. ECMT также основан на алгоритме low PATHID, просто передавая ему различные перестановки SYSID — по одному на каждый алгоритм ECMT. Самая очевидная перестановка, которую нужно пройти, — это полная инверсия SYSID путем выполнения XOR с помощью 0xfff... перед поиском минимума из двух минимумов. Этот алгоритм называется высоким PATHID, поскольку он логически выбирает самый большой путь PATHID, когда ему представлены два варианта с одинаковой стоимостью.

Таким образом, в примере на рисунке 7 путь с самым высоким PATHID — это синий путь, PATHID которого равен {2,3}. Простое инвертирование всех SYSID и запуск алгоритма с низким PATHID даст тот же результат.

Остальные 14 определенных алгоритмов ECMT используют различные перестановки SYSID путем операции XOR с разными битовыми масками, которые предназначены для создания относительно хорошего распределения битов. Это должно быть ясно что различные перестановки приведут к тому, что фиолетовый и зеленый пути по очереди окажутся самыми низкими.

17 отдельных 64-битных масок, используемых алгоритмом ECT, состоят из одного и того же значения байта, повторяемого восемь раз для заполнения каждой 64-битной маски. Эти 17-байтовые значения следующие:

ECT-MASK[17] = { 0x00, 0x00, 0xFF, 0x88,
                 0x77, 0x44, 0x33, 0xCC,
                 0xBB, 0x22, 0x11, 0x66,
                 0x55, 0xAA, 0x99, 0xDD,
                 0xEE };

ECT-MASK[0] зарезервирован для общего алгоритма связующего дерева, в то время как ECT-MASK[1] создает набор первых деревьев кратчайших путей с низким PATHID, ECT-MASK[2] создает набор деревьев кратчайших путей с высоким PATHID и другие индексы создают другие относительно разнообразные перестановки первых деревьев кратчайшего пути.

Кроме того, алгоритмы разрешения конфликтов ЕКМТ также допускают некоторую степень вмешательства или корректировки человеком. Это достигается путем включения поля BridgePriority вместе с SYSID, так что комбинация, называемая BridgeIdentifier, становится входными данными для алгоритма ECT. Изменяя BridgePriority вверх или вниз, PATHID пути можно повысить или понизить относительно других, и обеспечивается значительная степень настраиваемости.

Приведенное выше описание дает простой и понятный способ просмотра тай-брейка; фактическая реализация просто возвращается от точки разветвления к точке соединения по двум конкурирующим путям с равной стоимостью (обычно во время вычисления кратчайшего пути Дейкстры ) и выбирает путь, пересекающий наименьший (после маскировки) BridgePriority|SysId.

Совместимость

Первые публичные тесты совместимости IEEE 802.1aq были проведены в Оттаве в октябре 2010 года. Два поставщика предоставили реализации SPBM, и в общей сложности 5 физических коммутаторов и 32 эмулируемых коммутатора были протестированы для управления/данных и OA&M.

Дальнейшие мероприятия были проведены в Оттаве в январе 2011 года с участием 5 поставщиков и 6 внедрений. на мероприятии Interop в 2013 году в Лас-Вегасе, где сеть SPBM использовалась в качестве магистральной сети.

Конкуренты

MC-LAG , VXLAN и QFabric Были предложены , но стандарт IETF TRILL (Прозрачное межсоединение множества каналов) считается основным конкурентом IEEE 802.1aq, и: «оценка относительных достоинств и различий двух стандартов предложений в настоящее время является горячо обсуждаемой темой в сетевой индустрии».

Развертывания

Рекомендации по развертыванию и передовые методы взаимодействия описаны в документе IETF под названием «Соображения по развертыванию SPB».

• 2013 Interop : Демонстрация сетевых лидеров по кратчайшему пути
• 2014 Interop : InteropNet переходит на IPv6 и включает мост по кратчайшему пути

Компания Extreme Networks, благодаря приобретению бизнеса и активов Avaya Networking, в настоящее время является ведущим поставщиком развертываний на базе SPB; их улучшенная и расширенная реализация SPB, включая интегрированную IP-маршрутизацию уровня 3 и функцию IP Multicast, продается под названием технологии «Fabric Connect». Кроме того, Extreme Networks поддерживает проект интернет-проекта IETF , который определяет средства автоматического расширения услуг на основе SPBM для конечных устройств через обычные коммутаторы Ethernet с использованием 802.1AB LLDP протокола связи на основе ; эта возможность — маркетинговая технология « Fabric Attach » — позволяет автоматически подключать конечные устройства и включает динамическую настройку сопоставлений VLAN/I-SID (VSN).

Avaya (приобретенная Extreme Networks) внедрила решения SPB/Fabric Connect для предприятий, работающих в ряде отраслей промышленности:

• Образование , примеры включают: Столичный университет Лидса, Университет Маккуэра, Независимый школьный округ Перленда, Аджманский университет науки и технологий
• Транспорт , примеры включают: Schiphol Telematics, Рейнбан, Городское транспортное бюро Сендай, НСБ
• Банковское дело и финансы , примеры включают: Fiducia, Жилет Sparebanken
• Основные события , примеры включают: Interop 2013 и 2014 гг. (магистральная сеть InteropNet), Зимние Олимпийские игры 2014 года в Сочи, Всемирный торговый центр Дубая
• Здравоохранение , примеры включают: Университетскую больницу Осло, Больница Конкорд, Францисканский Альянс, Сиднейская адвентистская больница
• Производство , примеры включают: Fujitsu Technology Solutions.
• СМИ , примеры включают: Schibsted, Медиа-хаус Ленсинг, Санлих Энтертейнмент Телевидение
• Правительство , примеры включают: город Редондо-Бич, Город Бреда, Районное управление Нойкёльн

Поддержка продукта

• Алкатель-Люсент 7750-SR,
• Alcatel-Lucent Enterprise OmniSwitch 9900, Омнисвитч 6900, Омнисвитч 6860, Омнисвитч 6865
• Extreme Networks серии 5000 (5720, 5520, 5420 и 5320)
• Серия Extreme Networks VSP 9000
• Серия Extreme Networks VSP 8400
• Серия Extreme Networks VSP 8000 (VSP 8284XSQ, VSP 8404C)
• Серия Extreme Networks VSP 7200
• Серия Extreme Networks VSP 4000 (VSP 4450GSX-PWR+, VSP 4450GSX-DC, VSP 4450GTX-HT-PWR+, VSP 4850GTS, VSP 4850GTS-PWR+, VSP 4850GTS-DC)
• Серия Extreme Networks ERS 5900
• Extreme Networks ERS 4900 Серия
• Extreme Networks ERS 4800 Серия
• Сети Enterasys S140 и S180
• Extreme Networks K-серия
• Huawei S9300 (пока только прототип)
• Солана
• Дух
• HP 5900, 5920, 5930, 11900, 12500, 12900
• Сетевая платформа ZebOS от IP Infusion
• IXIA
• JDSU

См. также

• Ethernet с установлением соединения
• Проектирование трафика магистрального моста поставщика услуг (PBB-TE)
• Архитектура сети виртуального предприятия

Ссылки

• «Avaya и магия СПБ» . Сетевой ботаник . 14 октября 2013 года . Проверено 14 октября 2013 г.
• «Пол Унбехаген беседует о СПБ» . Interop, Нью-Йорк, 2013, День технических полей . 3 октября 2013 года . Проверено 3 октября 2013 г.
• «Шоу 158: Программно-конфигурируемый центр обработки данных Avaya и Fabric Connect» . Подкаст Packet Pushers . 21 августа 2013 года . Проверено 21 августа 2013 г.
• «Шоу 147: Avaya Fabric Connect делает многоадресную рассылку простой (действительно)» . Подкаст Packet Pushers . 13 мая 2013 года . Проверено 13 мая 2013 г.
• «Демонстрация 136: Avaya — рекомендации по преобразованию вашей сети в фабрику Ethernet» . Подкаст Packet Pushers . 18 февраля 2013 года . Проверено 18 февраля 2013 г.
• «Шоу 44: Аргументы в пользу соединения по кратчайшему пути» . Подкаст Packet Pushers . 15 мая 2011 года . Проверено 15 мая 2011 г.
• Эшвуд-Смит, Питер (24 февраля 2011 г.). «( Азиатско-Тихоокеанская конференция )» . Архивировано из оригинала 21 марта 2012 года . Проверено 20 июля 2011 г.
• Эшвуд-Смит, Питер (3 октября 2010 г.). «Обучающее видео по мосту по кратчайшему пути IEEE 802.1aq» (WMV) . НАНОГ 50 . Проверено 20 июля 2011 г.
• Эшвуд-Смит, Питер (3 октября 2010 г.). «Слайды учебного пособия по мосту по кратчайшему пути IEEE 802.1aq» (PDF) . НАНОГ 50 . Архивировано из оригинала (PDF) 27 июля 2011 года . Проверено 20 июля 2011 г.
• Эшвуд-Смит, Питер (15 июня 2010 г.). «Кратчайший путь для соединения видео IEEE 802.1aq» (WMV) . НАНОГ 49 . Проверено 20 июля 2011 г.
• Эшвуд-Смит, Питер (15 июня 2010 г.). «Кратчайший путь, соединяющий слайды IEEE 802.1aq» (PDF) . НАНОГ 49 . Архивировано из оригинала (PDF) 27 июля 2011 года . Проверено 20 июля 2011 г.
• Эшвуд-Смит, Питер (7 сентября 2010 г.). «Обзор и применение моста по кратчайшему пути IEEE 802.1aq» (PDF) . Форум сетевых операторов Великобритании. Архивировано из оригинала (PDF) 8 марта 2012 года . Проверено 20 июля 2011 г.
• Федык, Дон (12 июля 2010 г.). «Обзор кратчайшего пути моста IEEE 802.1aq» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 9 марта 2012 года . Проверено 20 июля 2011 г.
• «Кратчайший путь к мосту IEEE 802.1aq — содержательный разговор о технологиях» . 14 июля 2010 г. Проверено 20 июля 2011 г.
• Аллан, Дэвид (август 2010 г.). «Мост по кратчайшему пути: новая плоскость управления для Ethernet» (PDF) . Информационный бюллетень ONTC PRISM . 1 (3). Архивировано из оригинала (PDF) 19 марта 2012 года . Проверено 20 июля 2011 г.
• «Рабочая группа по мосту по кратчайшему пути 802.1aq» . ИИЭЭ . Проверено 20 июля 2011 г.
• Чибо, Жером; Брэгг, Найджел (ноябрь 2009 г.). «Ускорение вычислений SPB» (PDF) . Проверено 20 июля 2011 г.
• Эшвуд-Смит, Питер (ноябрь 2009 г.). «Предложение по структуре дерева равной стоимости (ECT) IEEE 802.1aq» . Проверено 20 июля 2011 г.
• Федык, Дон; Ботторфф, Пол (январь 2007 г.). «Мост состояния канала поставщика (PLSB)» (PDF) . Проверено 20 июля 2011 г.
• Федик, Дон. «Соединение состояний каналов поставщика» (PDF) .
• Руководство по настройке Avaya VSP
• Аллан, Д.; Эшвуд-Смит, П.; Брэгг, Н.; Федык Д. (12 сентября 2008 г.). «Мост состояния канала связи поставщика». Журнал коммуникаций IEEE . 46 (9): 110–117. дои : 10.1109/MCOM.2008.4623715 . ISSN   0163-6804 . S2CID   37237892 .

Дальнейшее чтение

• Говард Соломон (7 сентября 2011 г.). «Испытания показывают готовность SPB, говорят производители сетевого оборудования» . Мир ИТ Канады . Проверено 11 сентября 2011 г.
• «Пробная совместимость Alcatel, Avaya, Huawei, Spirent с SPB». Телекоммуникационная бумага. 8 сентября 2011 г.
• Аллан, Дэвид; Брэгг, Найджел (13 марта 2012 г.). Кратчайший путь 802.1aq, соединяющий проектирование и эволюцию: взгляд архитекторов . John Wiley & Sons Inc. ISBN  978-1-118-14866-2 .
• «Введение в мост по кратчайшему пути» (PDF) . Авая. Сентябрь 2009 года . Проверено 5 января 2011 г.
• Великие дебаты: TRILL против 802.1aq (SBP) , NANOG 50 (октябрь 2010 г.) сессия

Внешние ссылки

• Сайт Комитета 802
• Avaya Alcatel-Lucent Huawei Solana и Sprient демонстрируют совместимость по кратчайшему пути. Архивировано 28 сентября 2011 г. на Wayback Machine ; Marketwatch, 7 сентября 2011 г. - дата обращения 7 сентября 2011 г.