HVLAN

В этой статье не указаны источники . Помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники . Материалы без ссылок могут быть оспорены и удалены . Найти источники:  "HVLAN" – новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( июль 2013 г. ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

Hierarchical VLAN ( HVLAN ) — это предлагаемый стандарт Ethernet , который расширяет использование корпоративного Ethernet VLAN (802.1Q) на операторские сети. В последние годы появился ряд разработок, которые помогут внедрить Ethernet, гибкую и экономичную технологию пакетной транспортировки, в операторские сети. К этим разработкам относятся Q-in-Q (802.1ad), PBB ( 802.1ah ), PBT ( Provider Backbone Transport ) и PBB-TE ( Provider Backbone Bridge Traffic Engineering ), которые привносят набор функций в традиционный Ethernet, делая его «операторского уровня», добавляя к нему высокую доступность, OA&M и многое другое.

Хотя эти технологии пытаются сохранить основные функции, которые изначально сделали Ethernet привлекательным, они не устраняют другие недостатки, которые могут ограничить их использование в долгосрочной перспективе. Это особенно актуально, если учесть ожидаемый значительный рост многоточечных сетевых приложений — IPTV, частных локальных сетей, игр и других. Предоставление таких услуг лучше поддерживается PBB и связанными с ним протоколами, чем альтернативами, такими как MPLS, но может столкнуться с проблемами масштабируемости, если услуги будут развиваться так, как прогнозируется.

HVLAN вводит концепцию иерархических схем адресации в тег VLAN, чтобы обеспечить как корпоративные, так и операторские транспортные сети характеристиками, которые им необходимы в долгосрочной перспективе.

Ethernet — это технология без установления соединения . Она не имеет механизма маршрутизации, а ее схема адресации основана на 48-битных MAC-адресах . Однако ее плоская схема адресации приводит к потенциальному взрыву пересылаемых записей базы данных и неконтролируемому потоку широковещательных сообщений по всей сети. Чтобы преодолеть проблемы масштабируемости Ethernet, была введена схема разбиения, названная VLAN.

Виртуальная локальная сеть (LAN), обычно называемая VLAN, — это метод создания независимых логических сетей Ethernet в пределах физической сети. Несколько VLAN могут сосуществовать в такой сети. Это помогает сократить домен широковещательной передачи и облегчает администрирование сети за счет разделения логических сегментов локальной сети (например, отделов компании), которые не должны обмениваться данными с использованием локальной сети (они по-прежнему могут обмениваться данными с помощью маршрутизации).

VLAN настраиваются с помощью программного обеспечения, а не оборудования, что делает их чрезвычайно гибкими. Кадры с тегом VLAN несут явную идентификацию VLAN, к которой они принадлежат. Значение идентификатора VLAN (VID) в заголовке тега обозначает конкретную VLAN, к которой принадлежит кадр. Основная проблема с VLAN — это ограниченное пространство VID (4096). Хотя этого пространства может быть достаточно для корпоративных приложений, оно слишком мало для сетей операторов, которые должны поддерживать множество клиентов и служб.

Для повышения масштабируемости VLAN было предложено несколько решений. Первое предложение, называемое Q-in-Q, также известное как Provider Bridge, VLAN stacking или tag stacking, позволяет поставщикам услуг вставлять дополнительный тег VLAN (называемый VLAN поставщика) в кадр Ethernet для идентификации услуги, что приводит к созданию уникальной метки длиной 24 бита. Хотя это решение позволяет, в теории, идентифицировать до 16 миллионов услуг (4094 * 4094), в реальности одна VLAN поставщика выделяется одному клиенту, и поэтому количество поддерживаемых клиентов по-прежнему ограничено 4094.

Q-in-Q также создает проблему масштабируемости в ядре сети оператора, где каждому основному коммутатору необходимо изучать и поддерживать записи пересылки для каждого MAC-адреса клиента.

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 заголовком MAC поставщика услуг. Технология MAC-in-MAC преодолевает присущие масштабируемости ограничения сетей VLAN и Q-in-Q, которые делают их непрактичными для использования в более крупных сетях, позволяя поддерживать до 4000 раз больше экземпляров служб, чем поддерживают традиционные сети VLAN и Q-in-Q.

В коммутаторах PBB и PBT на границе сети оператора трафик клиентов инкапсулируется в кадр 802.1ah. Ядро сети оператора отвечает только за транспортировку кадров с одного пограничного устройства на другое, что устраняет проблему масштабируемости таблицы пересылки Q-in-Q. Та же функция — назначение MAC-адреса на каждое пограничное устройство, а не на каждую услугу — создает проблему масштабируемости для многоточечных услуг. Многоточечные услуги требуют полносвязного соединения между пограничными 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 полной сетке (в отличие от одного дерева пересылки VLAN в случае подключения VLAN) быстро станет невыполнимой, поскольку многоточечные услуги станут преобладающими в ближайшем будущем.

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 назревшая потребность в использовании эффективности пересылки сетей VLAN, в то же время решая проблемы масштабируемости адресного пространства, описанные ранее. Увеличение размера тега VLAN означало бы большую таблицу пересылки, более длинные записи в таблице пересылки и модификацию текущих чипов Ethernet массового рынка, требования, которые не являются жизненно важными для корпоративного мира.

HVLAN вводит иерархию в тег VLAN, способом, несколько похожим на бесклассовые подсети в протоколе Интернета с бесклассовой междоменной маршрутизацией (CIDR). Следовательно, пересылка на каждом узле использует подход «наилучшего соответствия», который существенно сокращает количество записей пересылки в основных коммутаторах. Кроме того, HVLAN устраняет необходимость в инкапсуляции во многих случаях, снижая общие транспортные издержки. Предлагаемый формат кадра HVLAN выглядит следующим образом:

Полное описание заголовка HVLAN можно найти в [1], наиболее важным полем является HVID. При прохождении через сеть Ethernet оператора кадры HVLAN могут пересылаться с использованием только HVID, только MAC-адреса или комбинации обоих. В кадре HVLAN есть явный бит, который не позволяет основным коммутаторам оператора узнавать MAC-адрес кадров HVLAN, когда это не нужно. Чтобы понять работу HVLAN, рассмотрим сценарий (см. схему), который иллюстрирует предоставление 3 услуг точка-точка (синий, зеленый и красный) по сети HVLAN. На схеме показаны все записи таблицы пересылки, необходимые для транспортировки 3 услуг. Отображаются только записи пересылки для одного направления (слева направо), аналогичные записи реализуют другое направление.

Услуги «точка-точка» предоставляются с использованием уникального HVID для каждой услуги. Мудрое планирование HVID позволяет суммировать (как показано на самом левом устройстве) и сокращает количество записей пересылки до строгого минимума; теперь сеть масштабируется для поддержки миллионов услуг «точка-точка» с минимальными издержками на пакеты (можно отметить, что инкапсуляция не использовалась, кадры пересылались только с использованием HVID).

Еще один пример (см. диаграмму) показывает работу HVLAN в случае услуг точка-многоточка (например, IPTV). Диаграмма показывает все записи таблицы переадресации, необходимые для транспортировки 2 многоточечных услуг (красная и синяя) с сервера (слева) к 3 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 могут пересылаться только с использованием HVID. Обобщение HVID уменьшает размер таблиц пересылки и обеспечивает масштабируемость. Могут быть предоставлены миллионы услуг «точка-многоточка». Случай «многоточка-многоточка» обрабатывается HVLAN с использованием инкапсуляции и MAC-адресов провайдера. Полное описание работы HVLAN «многоточка-многоточка» приведено в [1].

Hierarchical VLAN — это предлагаемое расширение VLAN, которое, как и PBB и PBT, превращает экономичный Ethernet в гибкую транспортную технологию операторского класса. В отличие от других технологий, HVLAN использует зрелую функциональность VLAN для поддержки всех схем подключения: точка-точка, точка-многоточка и многоточка-многоточка. Для достижения этого он использует иерархическую технику распределения VLAN. Техника позволяет суммировать для сокращения количества записей в таблице пересылки в коммутаторах операторской сети.

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

[1] Скоро выйдет Белая книга HVLAN