Компьютерные сети

Для того чтобы соперничать с SDH или MPLS, превратившись в технологию операторского класса, Ethernet надо улучшить свою функциональность, при этом наиболее важным является решение двух задач:

□ Эксплуатационные и административные характеристики должны поддерживаться протоколами администрирования и обеспечивать мониторинг состояния соединений, а также локализацию и устранение неисправностей. Эти характеристики необходимы для успешного применения Ethetmet в качестве внутренней транспортной технологии операторов связи.

□ Должна быть обеспечена изоляция адресных пространств сети Ethernet провайдера от адресных пространств сетей Ethernet пользователей. Как вы знаете, пространство МАС-адресов Ethernet является плоским, так что если сеть Ethernet провайдера соединить непосредственно (а не через маршрутизатор) с сетями Ethernet пользователей, то всем коммутаторам сети Ethernet провайдера придется иметь дело с МАС-адресами пользовательского оборудования, а у крупного провайдера их может насчитываться сотни тысяч. Здесь требуется какое-то принципиально другое решение, иначе провайдер не сможет оказывать услуги частных виртуальных сетей Ethernet, строя их на собственном оборудовании Ethernet.

Разные «лица» Ethernet
Как мы увидим далее, разработчики технологии Ethernet на пути превращения ее в технологию операторского класса пытаются решить обе задачи. Однако из-за того, что такая работа начата сравнительно недавно, для оказания глобальных услуг Ethernet первыми в сетях операторов связи стали применяться технологии, отличные от Ethernet. И только в последнее время к ним присоединилась собственно технология Ethernet.

Ситуацию в области Ethernet операторского класса иллюстрирует рис. 21.1. Он показывает, что независимо от внутренней реализации для пользователя глобальная услуга Ethernet всегда предоставляется с помощью набора стандартных интерфейсов Ethernet (Ethernet UNI) на каналах доступа к сети провайдера.
Рис. 21.1. Различные варианты реализации услуги Carrier Ethernet

Эти интерфейсы поддерживают одну из спецификаций Ethernet физического уровня, например 100Base-FX или 1000Base-LX, а также стандартные кадры Ethernet. Кроме того, существует некоторое описание услуги, которое определяет ее основные параметры, такие как топологию взаимодействия сетей пользователей (например, двухточечную, как показано на рисунке, звездообразную или полносвязную), пропускную способность логического соединения или же гарантированный уровень качества обслуживания кадров.

Однако если внешне услуги Ethernet операторского класса у разных провайдеров выглядят более-менее однотипно, внутренняя организация такой услуги в пределах сети провайдера может отличаться значительно.
Сегодня можно выделить три основных варианта подобной организации в зависимости от используемой внутренней транспортной технологии.

□ Ethernet поверх MPLS (Ethernet over MPLS, EoMPLS). В этом случае MPLS-туннели (с некоторой надстройкой) используются как основной транспортный механизм провайдера, позволяющий эмулировать услугу Etheret для клиентов. Такие свойства MPLS, как поддержка детерминированных маршрутов, наличие механизма быстрой перемаршрутизации, обеспечивающего быстрое (сравнимое с SDH) переключение с основного маршрута на резервный, развитые средства контроля работоспособности соединений, сделали эту технологию весьма привлекательной для операторов связи. Кроме того, MPLS — это весьма зрелая технология с более чем 10-летней историей; она используется сегодня в магистральных сетях очень многих крупных провайдеров связи для различных целей,* так что ее надежность и эффективность проверены практикой. Группа IETF, занимающаяся разработкой стандартов MPLS, выпустила несколько документов RFC, описывающих детали процесса эмуляции Ethernet с помощью этой технологии. Сегодня данный подход является одним из самых распространенных при реализации услуги Ethernet VPN в сетях операторов связи.

□ Ethernet поверх Ethernet (Ethernet over Ethernet), или транспорт Ethernet операторского класса (Carrier Ethernet Trahsport, СЕТ). Этот вариант оказания глобальной услуги Ethernet основан на использования в сети провайдера улучшенной версии Ethernet. Несколько названий этого варианта свидетельствуют о его молодости, когда терминология еще не устоялась и специалистам и пользователям приходится в начале обсуждения тратить время на то, чтобы договориться о взаимно приемлемом употреблении названий и аббревиатур.

Усилия разработчиков технологии СЕТ (в дальнейшем будем использовать эту наиболее краткую аббревиатуру) и услуг на ее основе стандартизует комитет 802 IEEE. Из-за молодости этого направления не все его стандарты еще приняты, но приверженцы Ethernet могут назвать его «истинной» технологией Carrier Ethernet, так как здесь технология Ethernet не только видна потребителям услуг извне, но и работает внутри сети провайдера. Название транспорт Ethernet операторского класса как раз и отражает тот факт, что Ethernet операторского класса функционирует как транспортная технология провайдера.

Для любой пакетной технологии непросто приблизиться к функциональности SDH, а для Ethernet это сделать сложнее, чем, скажем, для MPLS, так как Ethernet изначально была задумана как дейтаграммная технология с минимумом функций. Тем не менее прогресс в этой области наблюдается.

□ Ethernet поверх транспорта (Ethernet over Transport, EOT). Это наиболее традиционный для оператора связи вариант организации, так как под транспортом здесь понимается транспорт, основанный на техникеЧкоммутации каналов, которая всегда использовалась для создания первичных сетей операторов, то есть транспорт PDH, SDH или OTN. Для того чтобы эмулировать услуги Ethernet, необходимы некоторые надстройки над базовыми стандартами этих технологий, стандартизацией таких надстроек занимается ITU-T.

Стандартизация Ethernet как услуги
Стандартизация Ethernet как услуги — это еще одно важное направление работ в области Ethernet операторского класса, так как разнообразие реализаций этой услуги неминуемо приводит к разнообразию понятий, терминов и т. п., что весьма нежелательно.
Работой по созданию технологически нейтральных спецификаций глобальной услуги Ethernet занимается организация под названием Metro Ethernet Forum (MEF).

Использование термина Metro в названии этой организации отражает начальную ситуацию развития Ethernet операторского класса, когда такие услуги предоставлялись в основном в масштабах города. Теперь же, когда технология Ethenet операторского класса стала применяться и в глобальных масштабах, название можно было бы и поменять, но оно уже стало настолько популярным, что такое переименование вряд ли случится.

Организация MEF разработала несколько спецификаций, которые позволяют потребителю и поставщику услуги разработать нужный вариант услуги Ethernet, используя терминологию и параметры, не зависящие от конкретной внутренней реализации этой услуги провайдером. Такой подход удобен, он позволяет потребителям не знать терминологии той технологии, которую использует поставщик, например MPLS или SDH, и в то же время сознательно выбирать нужный ему вариант услуги.

В MEF вводится три типа услуг виртуальных частных сетей Ethernet, которые отличаются топологией связей между сайтами пользователей. Для того чтобы формализовать топологию связей, вводится понятие виртуального соединения Ethernet (Ethernet Virtual Circuit, EVC). Каждое соединение EVC связывает сайты пользователей в отдельную виртуальную частную сеть, объединяя сетевые интерфейсы пользователей (User Network Interface, UNI).
Соответственно, имеются три типа соединений EVC (рис. 21.2):

□ «точка-точка» (двухточечная топология);
□ «каждый с каждым» (полносвязная топология);
□ «дерево» (древовидная топология).
Соединение EVC «дерево»
Рис. 21.2. Три типа услуг Ethernet
В зависимости от типа используемого соединения различаются и типы услуг:
□ E-LINE. Эта услуга связывает только два пользовательских сайта через двухточечное EVC-соединение. Услуга E-LINE соответствует услуге выделенной линии.

□ Е-LAN. Эта услуга аналогична услуге локальной сети, так как она позволяет связать неограниченное число пользовательских сайтов таким образом, что каждый сайт может взаимодействовать с каждым. При этом соблюдается логика работы локальной сети — кадры Ethernet с неизученными и широковещательными МАС-адресами передаются всем сайтам, а кадры с изученными уникальными МАС-адресами — только тому сайту, в котором находится конечный узел с данным адресом.

□ E-TRJEE. (Спецификация этой услуги появилась позже других; в локальных сетях ей аналога нет. Пользовательские сайты делятся на корневые и листовые. Листовые сайты могут взаимодействовать только с корневыми, но не между собой. Корневые сайты могут взаимодействовать друг с другом.

Кроме того, в спецификациях MEF вводятся два варианта каждого типа услуги. В первом варианте пользовательский сайт определяется как сеть, подключенная к отдельному физическому интерфейсу UNI. Значения идентификаторов VLAN в пользовательских кадрах в расчет не принимаются. В названии этого варианта услуги к названию типа добавляется термин «частный» (private), например, для услуги типа E-LINE этот вариант называют частной линией Ethernet (Ethernet Private Line, EPL).

В другом варианте услуги к одному и тому же физическому интерфейсу UNI могут быть подключены различные пользовательские сайты. В этом случае они различаются по значению идентификатора VLAN. Другими словами, провайдер внутри своей сети сохраняет деление локальной сети на VLAN, сделанное пользователем. В варианте услуги с учетом VLAN добавляется название «виртуальная частная», например для услуги типа E-LINE это будет виртуальная частная линия Ethernet (Ethernet Virtual Private Line, EVPL).

В своих определениях MEF использует термины «частная услуга» и «виртуальная частная услуга» не совсем традиционным образом, так как оба типа услуги являются виртуальными частными в том смысле, что они предоставляются через логическое соединение в сети с коммутацией пакетов, а не через физический канал в сети с коммутацией каналов.

Помимо указанных определений услуг, спецификации MEF стандартизуют некоторые важные параметры услуг, например услуга может характеризоваться гарантированным уровнем пропускной способности соединения, а также гарантированными параметрами QoS.
Терминология MEF пока не получила широкого распространения. Во многих стандартах конкретных технологий по-прежцему употребляются собственные термины.
Технология EoMPLS
Псевдоканалы

Стандарты IETF описывают два типа услуг Ethernet операторского класса, которые строятся с помощью технологии MPLS: VPWS (Virtual Private Wire Service) и VPLS (Virtual Private LAN Service). Различие между этими услугами в том, что VPWS эмулирует соединение Ethernet с двухточечной топологией, то есть канал Ethernet, a VPLS эмулирует поведение локальной сети, то есть обеспечивает соединения с полносвязной топологией в стиле обычной локальной сети Ethernet.

Если использовать терминологию MEF, то услуга VPLS соответствует услуге E-LAN, а услуга VPWS — услуге E-LINE. При этом стандарты IETF описывают оба варианта услуг, как с принятием во внимание идентификаторов VLAN пользователя, так и без.
Обе услуги являются услугами MPLS VPN второго уровня (MPLS L2VPN), так как они позволяют предоставлять услуги VPN, взаимодействуя с пользовательскими сетями на втором уровне. В этом их отличие от услуг MPLS L3VPN, о которых рассказывается в главе 20.

Основным строительным элементом этих услуг являются так называемые псевдоканалы
70
(pseudowire), которые соединяют пограничные маршрутизаторы провайдера.
На рис. 21.3 показано три таких псевдоканала, соединяющих между собой пограничные маршрутизаторы РЕ1-РЕ4.

Псевдоканалы представляют собой пути LSP второго уровня иерархии (называемого также внутренним уровнем), проложенным внутри LSP первого (внешнего) уровня. Обычно в качестве LSP первого уровня иерархии используются ТЕ-туннели MPLS, так как они обладают такими дополнительными свойствами, которых нет у путей, проложенных с помощью протокола LDP. На рис. 21.3 пути LSP первого уровня не показаны, чтобы заострить внимание читателя на псевдоканалах.

Псевдоканаль| — это логические транспортные соединения, физически они могут проходить через промежуточные магистральные маршрутизаторы, однако для них они прозрачны, то есть в нашем примере маршрутизаторы PI, Р2 и РЗ просто не замечают их существование в сети.
Однако псевдоканал — это не просто логическое соединение LSP второго уровня иерархии, согласно определению, данному в RFC 3985 (
http://Www.rfc-editor.org/rfc/rfc3985.txt
), у псевдоканала есть более специфическое назначение.

Одним из вариантов применения псевдоканалов при эмуляции услуг Ethernet является передача псевдоканалом трафика одного пользовательского соединения, при этом псевдоканал эмулирует кабельное соединение между сетями пользователей. В примере на рис. 21.3 псевдоканал PW2 служит для организации соединения между сетями А и Fчерез сеть провайдера. При этом кадры Ethernet, отправляемые сетью А в сеть F, инкапсулируются пограничным маршрутизатором РЕ1 в данные псевдоканала и доставляются им пограничному маршрутизатору РЕ2, который извлекает эти кадры и отправляет их в сеть F в первоначальном виде.

Из определения, данного в RFC 3985, видно, что назначение псевдоканала шире эмуляции Ethernet — это может быть и эмуляции сервисов выделенных каналов технологий PDH или SDH, и эмуляция виртуальных каналов АТМ или Frame Relay; однако в любом случае эмуляция такой услуги выполняется через пакетную сеть. Тип пакетной сети также не уточняется, так что это может быть и классическая сеть IP (без MPLS), и сеть IP/MPLS, и сеть АТМ. Главное в этом обобщенном определении то, что псевдоканал скрывает от пользователей эмулируемого сервиса детали пакетной сети провайдера, соединяя пользовательские пограничные устройства (СЕ на рис. 21.3) таким образом, как если бы они соединялись с помощью выделенного канала или кабеля.

Для некоторых наиболее важных сочетаний эмулируемого сервиса и типа пакетной сети комитет IETF разработал отдельные спецификации псевдоканалов. Далее мы рассмотрим только один тип псевдоканала, который нужен для предоставления услуг Ethernet операторского класса, а именно — псевдоканал эмуляции Ethernet через сети IP/MPLS, описанный в RFC 4448 (
http://www.rfc-editor.org/rfc/rfc4448.txt
).

Технически создать LSP второго уровня достаточно просто — для этого маршрутизаторам, соединенным LSP первого уровня, нужно оговорить значение метки второго уровня, которое будет использоваться, чтобы различать LSP второго уровня внутри LSP первого уровня. Этот процесс иллюстрируется рис. 21.4. На нем изображены два пограничных маршрутизатора РЕ1 и РЕ2, соединенные псевдоканалом РЕ57. Однако рисунок оказался немного сложнее, чем можно было предположить — вместо одного пути LSP первого уровня мы видим два таких пути. Это связано с тем, что двухточечные псевдоканалы, которые служат для эмуляции Ethernet, по определению IETF всегда являются двунаправленными

71
, a MPLS LSP — это однонаправленный путь. Поэтому для создания двунаправленного псевдоканала требуется два однонаправленных пути второго уровня, вложенных в два однонаправленных пути первого уровня, что и показано на рисунке.

Рассматриваемый в нашем примере псевдоканал в направлении от РЕ 1 к РЕ2 идентифицируется меткой 57, а туннель, который использует этот канал, — меткой 102. Поэтому при отправке кадра Ethernet, предназначенного для РЕ2, маршрутизатор РЕ1 помещает исходный кадр Ethernet в кадр MPLS и адресует этот кадр двумя метками: внешней меткой 102 и внутренней меткой 57. Внешняя метка применяется затем магистральными маршрутизаторами PI, Р2 и РЗ для того, чтобы доставить кадр пограничному маршрутизатору РЕ2, при этом в процессе передачи кадра происходит обычная коммутация по меткам (на рисунке показано, что после прохождения Р1 внешняя метка получила значение 161). Внутренняя метка 57 требуется только пограничному маршрутизатору РЕ2, который знает, что эта метка соответствует псевдоканалу PW57, который нужен для связи с некоторой пользовательской сетью.

Как мы видим из рассмотренного примера, псевдоканалы работают только внутри сети провайдера, так что для эмуляции сервиса «из конца в конец» нужны еще какие-то элементы и механизмы — и мы скоро их рассмотрим, но сначала давайте обсудим преимущества применения псевдоканалов поверх MPLS. Возникает естественный вопрос: нужны ли они вообще? Нельзя ли просто обойтись LSP первого уровня для передачи трафика Ethernet через сеть провайдера? В принципе, без псевдоканалов обойтись можно, но тогда для каждого нового пользовательского соединения пришлось бы создавать новый туннель (то есть LSP первого уровня), а это не очень масштабируемое решение, так как конфигурирование такого пути обязательно включает конфигурирование всех магистральных маршрутизаторов сети. Поэтому одно из существенных преимуществ псевдоканалов состоит в том, что в сети провайдера нужно сконфигурировать только сравнительно небольшое число туннелей между пограничными маршрутизаторами, а затем использовать каждый из них для прокладки необходимого числа псевдоканалов. Создание нового псевдоканала также требует конфигурирования, но только пары пограничных маршрутизаторов, которые являются конечными точками псевдоканала, а это подразумевает гораздо меньший объем работы.

Можно заметить, что в технике MPLS L3VPN, рассматриваемой в главе 20, также используются пути второго уровня иерархии для соединения пользовательских сайтов в виртуальную частную сеть. Причины применения этого механизма в MPLS L3VPN те же — хорошая масштабируемость.

Другим преимуществом псевдоканалов является их универсальность, то есть возможность их применения не только в сетях MPLS, но и в сетях других типов, например в «чистых» IP-сетях с туннелированием по протоколу L2TP, и не только при эмуляции Ethernet, но и при эмуляции других сервисов, например каналов PDH. Естественно, что при переходе к другой реализации псевдоканалов конкретные команды конфигурирования меняются, но концепция остается, и это помогает администраторам сети освоить новую технологию.

Услуги VPWS
Услуги виртуальных частных каналов (Virtual Private Wire Service, VPWS) исполняют роль «глобального кабеля», соединяя прозрачным образом две локальных пользовательских сети Ethernet через сеть оператора связи. Мы рассмотрим организацию такой услуги с помощью псевдоканалов MPLS на примере (рис. 21.5). При этом мы опишем дополнительные элементы механизма эмуляции услуги Ethernet, которые были опущены при описании назначения псевдоканалов.

Рис. 21.5. Организация виртуального частного канала Ethernet

Чаще всего пользовательские сети соединяются с пограничным маршрутизатором провайдера через выделенный интерфейс, который для глобальных услуг Ethernet должен быть стандартным интерфейсом Ethernet, например 100Base-FX. В этом случае услуга VPWS заключается в прозрачном соединении этих интерфейсов, когда сеть провайдера передает все кадры, которые поступают на такой интерфейс от сети пользователя. Иногда этот режим VPWS называют коммутацией портов пользователя.

Возможен и другой вариант услуги VPWS, когда сеть провайдера соединяет виртуальные пользовательские сети, то есть по двухточечному соединению передаются не все кадры, поступающие через интерфейс пользователя, а только кадры, принадлежащие определенной сети VLAN. Этот режим работы VPWS можно назвать коммутацией виртуальных локальных сетей, или VLAN-коммутацией.

Для того чтобы обобщить понятие интерфейса с пользователем, форум IETF ввел термин канала присоединения (Attachment Circuit, АС). АС поставляет входной поток пользовательских данных для сети провайдера, то есть ту нагрузку, которую нужно коммутировать. Употребляя этот термин, можно сказать, что услуга VPWS всегда соединяет два пользовательских канала присоединения; такое определение справедливо не только для услуг Ethernet, но и для услуг, например, Frame Relay или ATM, в этом случае каналы присоединения являются виртуальными каналами этих технологий.

На рисунке показаны также внутренние функциональные элементы пограничных маршрутизаторов РЕ1 и РЕ2, которые эмулируют услуги VPWS вместе с псевдоканалом PW57. Модуль В (от Bridge — мост) работает по стандартному алгоритму IEEE 802.1D. Его роль в схеме эмуляции — выделение кадров Ethernet из общих потоков, поступающих на порты маршрутизатора, для передачи в псевдоканал. Тем самым модуль моста формирует логический интерфейс виртуального коммутатора. Например, если это режим коммутации портов, то модуль моста конфигурируется так, чтобы все кадры, пришедшие на соответствующий порт от пользователя, направлялись для дальнейшей обработки в псевдоканал. Если же это VLAN-коммутация, то модуль моста выбирает для передачи псевдоканалу только кадры, помеченные определенным значением тега VLAN.

Все материалы, размещенные в боте и канале, получены из открытых источников сети Интернет, либо присланы пользователями  бота. 
Все права на тексты книг принадлежат их авторам и владельцам. Тексты книг предоставлены исключительно для ознакомления. Администрация бота не несет ответственности за материалы, расположенные здесь