Jak ruch w sieci SPB przemieszcza się z punktu A do punktu B?

W poprzednim artykule ustaliliśmy, że sieć SPB zasadniczo zbudowana jest na dwóch rodzajach przełączników: BEB (Backbone Edge Bridge) oraz BCB (Backbone Core Bridge). Oprócz samego tworzenia topologii sieci, węzły BEB odpowiadają za realizację czterech kluczowych działań:

Zanim przejdziemy dalej, oczywiście warto jeszcze wyjaśnić, skąd węzeł BEB ma w ogóle wiedzieć, gdzie znajduje się docelowy punkt końcowy. Otóż rzeczony przełącznik dowiaduje się o wszystkich podłączonych do niego lokalnie węzłach końcowych (również tych, które są podłączone do zwykłego przełącznika Ethernetowego, który z kolei łączy się z węzłem BEB). Co więcej, rozpoznaje on także zdalne urządzenia końcowe za pośrednictwem innego węzła BEB, który należy do tej samej, wirtualnej sieci warstwy 2.

Sprawdźmy, jak to działa, na poniższej grafice:

Ponieważ węzły BEB1, BEB2, BEB3 oraz BEB4 stanowią część tej samej, zielonej sieci wirtualnej, automatycznie dowiadują się o podłączonej do niej zielonych punktach końcowych. Przykładowo, węzeł BEB1 wie, że komputery PC11 oraz PC12 są do niego bezpośrednio podłączone. Co więcej, dowiaduje się on od węzła BEB2, że do niego podłączone są kolejne urządzenia: PC21 oraz PC22, do węzła BEB3 – komputery PC31, PC32 oraz PC33, a do węzła BEB4 – serwer S1. A zatem, jeśli do węzła BEB1 trafi ruch z komputera PC11, którego punktem docelowym ma być serwer S1, to BEB1 będzie automatycznie wiedział, że musi go wysłać do węzła BEB4.

Wiem, co prawdopodobnie sobie teraz myślicie: węzły BCB to dopiero muszą mieć łatwe życie! Przekierowują ruch z portu wejściowego, gdzie otrzymują ramkę, do portu wyjściowego znajdującego się na najkrótszej ścieżce do punkty docelowego. Dokładnie w ten sam sposób działają switche Ethernetowe; w przypadku sieci SPB jedyna różnica polega jednak na tym, że nie mamy tu do czynienia z mechanizmem flooding and learning, który miałby miejsce w przypadku zwykłego przełącznika Ethernetowego. I to w zasadzie tyle!

No dobrze, jest jeszcze jedna drobna rzecz, o którą należy zadbać: upewnić się, że nie dojdzie do zapętlenia ruchu w przypadku, gdy coś pójdzie nie tak!

W momencie, gdy węzeł BCB odbiera ramkę na jednym ze swoich portów NNI, sprawdza czy następuje to na porcie znajdującym się na najkrótszej możliwej ścieżce prowadzącej z powrotem do nadawcy. Jeśli tak się faktycznie stało, wszystko jest w porządku i ramka jest kierowana dalej normalnie do punktu docelowego. W przeciwnym wypadku – cóż – najwyraźniej coś poszło nie tak i ramka zostaje odrzucona, aby uniknąć zapętlenia. Jak zatem można wywnioskować, w sieci SPB nigdy nie dochodzi do zapętlenia ruchu, nie ma więc potrzeby wprowadzania awaryjnych mechanizmów TTL (time to live), które miałyby się uruchamiać po określonym czasie od zapętlenia.

Zastanawiacie się teraz pewnie: „skoro w sieci SPB nie mamy do czynienia z mechanizmem flooding and learning, to skąd węzły SPB dowiadują się o innych węzłach SPB w sieci?” albo „jak dowiadują się o hostach i urządzeniach podłączonych do sieci?”. Odpowiedź jest dość prosta: za dystrybucję owych informacji odpowiada protokół IS-IS. Oczywiście, wszystkie węzły SPB wciąż potrzebują adresu (adresu Ethernet, mówiąc precyzyjniej). I – jak to często w przypadku SPB bywa – opcje są dwie:

Rzućmy ponownie okiem na schemat naszej przykładowej sieci i załóżmy, że komputer PC11 chce nawiązać komunikację z serwerem S1.

PC11 wysyła pakiet IP do S1. Jeśli jest to pierwsza próba komunikacji (oraz zakładając, że PC11 zna adresy IP serwera S1), PC11 wyśle do S1 żądanie ARP request w celu ustalenia jego adresu fizycznego MAC. Owe żądanie ARP jest przesyłane w trybie multicast przez węzeł BEB1 do wszystkich węzłów BEB należących do tej samej, zielonej sieci wirtualnej (czyli węzłów BEB2, BEB3 oraz BEB4). Te z kolei przekazują je do wszystkich zielonych urządzeń. Serwer S1 wysyła następnie odpowiedź na żądanie ARP, które trafia do węzła BEB4. Pamiętając, że oryginalne żądanie pochodziło od węzła BEB1, węzeł BEB4 przekierowuje do niego odpowiedź, a ten (po uprzednim usunięciu „wierzchniej” ramki Ethernetowej), kieruje ją dalej do komputera PC11. PC11 może teraz enkapsułować pakiet IP w ramkę Ethernet posiadającą adres MAC serwera S1 jako adres docelowy (oraz swój własny adres MAC, jako adres źródłowy). PC11 wysyła następnie ową ramkę do węzła BEB1. Jak już widzieliśmy, węzeł BEB1 dokona enkapsulacji w nową ramkę Ethernetową i – wiedząc już że serwer S1 jest połączony z węzłem BEB4 – wykorzysta adres MAC węzła BEB4 jako adres docelowy i wyśle ramkę na port znajdujący się na najkrótszej ścieżce do BEB4. Wszystkie węzły znajdujące się pomiędzy BEB1 i BEB4 zwrócą uwagę jedynie na docelowy adres MAC (węzła BEB4) i przekierują ruch po najkrótszej ścieżce do BEB4. Po odebraniu ramki, węzeł BEB4 usuwa „wierzchnią” ramkę Ethernetową, a następnie skierowuje oryginalną ramkę Ethernetową do serwera S1.

Brzmi skomplikowanie? Wprost przeciwnie, aczkolwiek aby lepiej zrozumieć cały proces, przyjrzyjmy się poniższemu schematowi:

Z powyższego schematu możemy także wywnioskować, że w polach adresowania Ethernetowego używamy określeń B-DA oraz B-SA. Są dokładnie takie same adresy MAC, jakie znamy od zarania dziejów (tj. powstania technologii Ethernet). Określają one docelowy i źródłowy adres MAC sieci szkieletowej (czyli SPB).

Ostatnia rzecz na koniec: zewnętrzny nagłówek Ethernet zawiera pole, którego nie ma w „normalnej” ramce Ethernetowej: pole I-SID.

I-SID to identyfikator usługi lub sieci wirtualnej, który ma kluczowe znaczenie dla technologii SPB. W naszym przypadku powyżej identyfikuje on zieloną sieć. Pole I-SID jest 24-bitowe, czyli umożliwia nam zdefiniowanie 16777215 sieci wirtualnych. Niektóre są zarezerwowane, więc dla bezpieczeństwa mówimy, że liczba ta wynosi 16 milionów (co w znakomitej większości przypadków powinno spokojnie wystarczyć). Jak już się pewnie domyśleliście, identyfikator I-SID jest unikatowy w skali globalnej i, w przypadku wirtualnych sieci warstwy 2 – tak jak ma to miejsce na brzegu sieci SPB – identyfikatory I-SID są przypisane/zmapowane do VLANów.

W kolejnej części „Shortest Path Bridging dla Początkujących”: