HVLAN

Иерархическая VLAN ( HVLAN ) — это предложенный стандарт Ethernet , который расширяет использование корпоративных Ethernet VLAN (802.1Q) на сети операторов связи. В последние годы появился ряд разработок, которые помогут внедрить Ethernet, гибкую и экономичную технологию передачи пакетов, в сети операторов связи. К этим разработкам относятся Q-in-Q (802.1ad), PBB ( 802.1ah ), PBT ( магистральный транспорт провайдера ) и PBB-TE ( инженерия трафика магистрального моста провайдера ), которые привносят в традиционный Ethernet ряд функций, позволяющих сделать его более эффективным. «операторского уровня», добавив к этому высокую доступность, OA&M и многое другое.

Несмотря на попытку сохранить основные функции, которые изначально сделали Ethernet привлекательным, эти технологии не устраняют другие недостатки, которые могут ограничить их использование в долгосрочной перспективе. Это особенно актуально, если принять во внимание ожидаемый значительный рост приложений многоточечной сети – IPTV, частных локальных сетей, игр и других. Предоставление таких услуг лучше поддерживается PBB и связанными с ним протоколами, чем альтернативы, такие как MPLS, однако могут возникнуть проблемы с масштабируемостью, если услуги будут развиваться, как прогнозируется.

HVLAN вводит концепцию иерархических схем адресации в тег VLAN, чтобы обеспечить как корпоративным, так и операторским транспортным сетям характеристики, необходимые им в долгосрочной перспективе.

Эволюция стандартов Ethernet операторского уровня

Ethernet

Ethernet — это технология без установления соединения . Он не имеет механизма маршрутизации, а его схема адресации основана на 48-битных MAC-адресах . Однако его плоская схема адресов приводит к потенциальному взрывному росту количества пересылаемых записей в базе данных и неконтролируемому наводнению широковещательных сообщений по всей сети. Чтобы преодолеть проблемы масштабируемости Ethernet, была введена схема разделения, названная VLAN.

ВЛАН (802.1Q)

Виртуальная локальная сеть, широко известная как VLAN, представляет собой метод создания независимых логических сетей Ethernet внутри физической сети. В такой сети могут сосуществовать несколько VLAN. Это помогает сократить широковещательный домен и облегчает администрирование сети за счет разделения логических сегментов локальной сети (например, отделов компании), которые не должны обмениваться данными через локальную сеть (они все равно могут обмениваться данными путем маршрутизации).

Сети VLAN настраиваются программно, а не аппаратно, что делает их чрезвычайно гибкими. Кадры, имеющие тег VLAN, содержат явную идентификацию VLAN, к которой они принадлежат. Значение идентификатора VLAN (VID) в заголовке тега указывает конкретную VLAN, которой принадлежит кадр. Основная проблема VLAN — ограниченное пространство VID (4096). Хотя этого пространства может быть достаточно для корпоративных приложений, оно слишком мало для сетей операторов связи, которые должны поддерживать множество клиентов и услуг.

Q-в-Q (802.1ad)

Был предложен ряд решений для повышения масштабируемости VLAN. Первое предложение, называемое Q-in-Q, также известное как Provider Bridge, стекирование VLAN или стекирование тегов, позволяет поставщикам услуг вставлять дополнительный тег VLAN (называемый VLAN провайдера) в кадр Ethernet для идентификации услуги. в результате получается уникальная метка длиной 24 бита. Хотя это решение теоретически позволяет идентифицировать до 16 миллионов сервисов (4094*4094), в действительности одна VLAN провайдера выделена под одного клиента, и поэтому количество поддерживаемых клиентов по-прежнему ограничено 4094.

Q-in-Q также создает проблему масштабируемости в ядре операторской сети, когда каждый базовый коммутатор должен изучать и поддерживать записи пересылки для каждого MAC-адреса клиента.

Мак-ин-Мак (802.1ah)

PBB, PBT и PBB-TE используют альтернативное предлагаемое решение, известное как MAC-in-MAC, описанное в предлагаемом стандарте IEEE 802.1ah Provider Backbone Bridges, который инкапсулирует кадры Ethernet с MAC-заголовком поставщика услуг. Технология MAC-in-MAC преодолевает присущие сетям VLAN и Q-in-Q ограничения масштабируемости, которые делают их непрактичными для использования в более крупных сетях, обеспечивая до 4000 раз больше экземпляров сервисов, чем поддерживается традиционными VLAN и Q-in-Q. сети.

В коммутаторах PBB и PBT на границе операторской сети инкапсулируется клиентский трафик в кадре 802.1ah. Ядро сети оператора связи отвечает только за транспортировку кадров от одного граничного устройства к другому, что устраняет проблему масштабируемости таблицы пересылки Q-in-Q. Та же функция – назначение MAC-адреса каждому периферийному устройству, а не каждой службе – создает проблему масштабируемости для многоточечных служб. Для многоточечных сервисов требуется полносвязное соединение между граничными устройствами, что является очень неэффективным методом, поскольку все кадры дублируются в корневых узлах, а не в оптимальной точке, как при подключении VLAN. Более того, необходимость создания записей пересылки для каждого одноадресного соединения в полносвязной сети (в отличие от одного дерева пересылки VLAN в случае подключения VLAN) быстро станет неустойчивой, поскольку в ближайшем будущем многоточечные услуги станут преобладать.

Кроме того, добавление заголовка MAC увеличивает размер кадра примерно на 128 бит, что является значительными накладными расходами, учитывая небольшой размер (64 байта) пакетов приложений реального времени (например, голоса и видео).

Соответственно, существует давно ощущаемая потребность в повышении эффективности пересылки сетей VLAN и одновременном решении проблем масштабируемости адресного пространства, описанных ранее. Увеличение размера тега VLAN будет означать увеличение таблицы пересылки, более длинные записи таблицы пересылки и модификацию текущих микросхем Ethernet, выпускаемых на массовом рынке, — требования, которые не являются жизненно важными для корпоративного мира.

HVLAN вводит иерархию в тег VLAN, что несколько похоже на бесклассовые подсети в Интернет-протоколе с бесклассовой междоменной маршрутизацией (CIDR). Следовательно, при пересылке на каждом узле используется подход «наилучшего соответствия», который существенно сокращает количество записей пересылки в коммутаторах ядра. Кроме того, HVLAN во многих случаях устраняет необходимость в инкапсуляции, сокращая общие транспортные накладные расходы. Предлагаемый формат кадра HVLAN следующий:

Полное описание заголовка HVLAN можно найти в [1], наиболее важным полем является HVID. При прохождении через сеть Ethernet оператора связи кадры HVLAN могут пересылаться с использованием только HVID, только MAC-адреса или их комбинации. В кадре HVLAN имеется явный бит, который не позволяет базовым коммутаторам оператора связи изучать MAC-адрес кадров HVLAN, когда в этом нет необходимости. Чтобы понять работу HVLAN, рассмотрим сценарий (см. диаграмму), который иллюстрирует предоставление трех двухточечных услуг (синего, зеленого и красного) по сети HVLAN. На диаграмме показаны все записи таблицы пересылки, необходимые для транспортировки трех услуг. Отображаются только записи переадресации для одного направления (слева направо), аналогичные записи реализуют другое направление.

Услуги «точка-точка» предоставляются с использованием уникального HVID для каждой услуги. Разумное планирование HVID обеспечивает суммирование (как показано на крайнем левом краевом устройстве) и сокращает количество записей пересылки до строгого минимума; сеть теперь масштабируется для поддержки миллионов двухточечных сервисов с минимальными накладными расходами пакетов (можно отметить, что инкапсуляция не использовалась, кадры пересылались только с использованием HVID).

Следующий пример (см. диаграмму) показывает работу HVLAN в случае услуг «точка-множество точек» (например, IPTV). На диаграмме показаны все записи таблицы пересылки, необходимые для транспортировки двух многоточечных служб (красного и синего) от сервера (слева) к трем клиентам (справа).

Как и в случае с услугами «точка-точка», услуги «точка-многоточка» предоставляются с использованием уникального HVID для каждой услуги. Инкапсуляция не требуется, и кадры можно пересылать только с использованием HVID. Суммирование HVID уменьшает размер таблиц пересылки и обеспечивает масштабируемость. Могут быть предоставлены миллионы услуг типа «точка-многоточка». Случай многоточечного соединения обрабатывается HVLAN с использованием инкапсуляции и MAC-адресов поставщика. Полное описание работы HVLAN в режиме «многоточка-многоточка» приведено в [1].

Заключение

Иерархическая VLAN — это предлагаемое расширение VLAN, которое, подобно PBB и PBT, превращает экономичный Ethernet в гибкую транспортную технологию операторского уровня. В отличие от других технологий, HVLAN использует развитую функциональность VLAN для поддержки всех схем подключения: «точка-точка», «точка-множество точек» и «многоточка-множество точек». Для этого используется метод иерархического распределения VLAN. Этот метод позволяет суммировать, чтобы уменьшить количество записей таблицы пересылки внутри коммутаторов сети оператора связи.

HVLAN совместим со стандартами, связанными с VLAN. В настоящее время он обсуждается ITU-T и IEEE с целью стандартизации.

Ссылки и ссылки

[1] Скоро выйдет технический документ по HVLAN.