Avaya Data Solutions Netzwerk Virtualisierung mit SPB. Senior Systems Engineer Data Solutions Januar 2011

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1 Avaya Data Solutions Netzwerk Virtualisierung mit SPB Göran Friedl Senior Systems Engineer Data Solutions Januar

2 Netzwerk Virtualisierung Problemstellung Core Wie können Netzwerkkomponenten in unterschiedlichen Bereichen auf Layer 2 miteinander verbunden werden? VRF Data Center 1 Data Center 2 Net Mgmt VRF VRF Modular Switch Stackable Switch iscsi Array Virtualized Server 2

3 IEEE L2 Virtualisierungs-Technologien Standard Jahr Name Schleifenfreie Topologie durch: Service ID s Konfiguration virtualisiert IEEE 802.1Q 1998 Virtual Lans (VLAN Tagging) Spanning Tree SMLT 4096 Edge and Core Layer 2 IEEE 802.1ad 2005 Provider Bridging (QinQ) Spanning Tree SMLT 4096x4096 Edge and Core Layer 2 IEEE 802.1ah 2008 Provider Backbone Bridging (MacInMac) Spanning Tree SMLT 16 Mill. Nur Service Access Points Layer 2 Ethernet = IEEE 3

4 Shortest Path Bridging Netzwerk Virtualisierung Standard Jahr Name Schleifenfreie Topologie durch: Service ID s Konfiguration virtualisiert IEEE 802.1Q 1998 Virtual Lans (VLAN Tagging) Spanning Tree SMLT 4096 Edge and Core Layer 2 IEEE 802.1ad 2005 Provider Bridging (QinQ) Spanning Tree SMLT 4096x4096 Edge and Core Layer 2 IEEE 802.1ah 2008 Provider Backbone Bridging (MacInMac) Spanning Tree SMLT 16 Mil. Nur Service Access Points Layer 2 IEEE 802.1aq Expected 1H 2011 Shortest Path Bridging (SPBm) Link-State-Protocol (IS-IS) 16 Mil. Nur Service Access Points IEEE: Layer 2 IETF draft: Layer 3 Unicast & Multicast 4

5 Grundlagen SPBM 5

6 Die Problematik mit STP root A X X Verteilt wird darüber entschieden -Wer ist root? und -Was ist der shortest path zur root X Das Spanning Tree Protocol (STP) verteilt Bridge PDUs (BPDUs), um einen einzigen Spanning Tree zu berechnen. Ports, die nicht auf dem Baum liegen, werden blockiert (x) und nicht benutzt. Unbekannte Ziele (destinations) werden als Broadcast (an alle Ports) gesendet und reverse learning wird zum Aufbau der Weiterleitungs-Tabellen (forwarding tables) benutzt. D 2010 Avaya Inc. & Avaya Deutschland GmbH. All rights reserved. 6

7 führt zu ineffizientem Datenverkehr! Verkehr wird oft nicht auf kürzestem Pfad (sondern entlang des Baumes ( tree ) weitergeleitet. root A A A Bsp. A D A X X X Viele Verbindungen ungenutzt Resultat: Physikalische Baum-Netzstruktur = Ineffizienz! D 7

8 Der Ansatz von SPB (als STP-Ablösung) Nutzt shortest path first tree von jedem Knoten als eigenen privaten Multicast Baum. A R B D G So haben jetzt R,G,B individuelle trees. Die Transitknoten müssen nur wissen, wer Absender des Pakets war, um zu wissen, auf welchem Weg es weiterzuleiten ist Die Transitknoten sehen einen tree pro Bridge im Netzwerk. 8

9 Traditionelles versus SPBm-basiertes Ethernet Herkömmliches Ethernet SPBm-basiertes Ethernet Flood & Learn als Routingprotokoll IS-IS als Routingprotokoll Erfordert Schleifenfreiheit Bedingt Spanning Tree Protocol (STP) und blockt damit redundante Wege Bietet Schleifenfreiheit durch Shortest Path + Reverse Path Forwarding Check (RPFC) Nutzt alle Wege Bringt Wege-Hierarchie und damit oft lange Wege (Baumtopologie) Ist Topologie-offen (Mesh, Ring, Stern) und nutzt immer kürzesten Weg 9

10 Ethernet Networking STP-basiert versus SPB-basiert Schleifenfreiheit STP-basiert Blockierung (durch STP) von Verbindungen Routing Protokoll Flood & Learn IS-IS SPBm-basiert Shortest Path Auswahl & Reverse Path Forwarding Check OA&M Aktuell nicht vorhanden! IEEE 802.1ag (L2ping & L2traceroute) und L2tracetree Virtualisierung Virtuelle LANs (4096 Ids) ~16 Mio ISIDs Lastverteilung Netzerweiterung (neue Links/Knoten) L2-Service Nicht pro VLAN; multiple STP-Instanzen pro Netzwerk möglich Manuelle Konfiguration & STP-abhängige Konvergenzzeit VLAN auf allen Links und Knoten zu konfigurieren Equal Cost Trees (ECT); bis zu 16 Wege Automatische Konfiguration durch IS-IS, keine Konvergenzzeit VLAN und ISID nur an Endpunkten zu konfigurieren 10

11 Shortest Path Bridging Schritt 1 1. IS-IS ermittelt die Kernnetz- Topologie und baut automatisch Bäume (trees) von jedem Knoten zu allen anderen Knoten im Netz auf Unified Management Wichtige Eigenschaften: Shortest Path Tree basiert auf den Link Metriken ohne blockierte Pfade RPFC eliminiert Schleifen Symmetrischer Datenpfad zwischen beliebigen zwei Knoten bietet ein geschlossenes OAM System Unicast Pfad existiert nun von jedem Knoten zu jedem anderen RPFC Reverse Path Forwarding Check IS-IS Intermediate System Intermediate System I-SID Service Identifier in IEEE 802.1ah frame OAM Operation, Administration, Maintenance 11

12 Shortest Path Bridging Schritt 2 2. Ein VLAN, das am Anschlusspunkt (edge) des Netzes konfiguriert wird, wird auf ein Virtual Service Network abgebildet durch Nutzung des Service Identifier (ISID) Wichtige Eigenschaften: Vlan Unified Management CREATE ISID=100 Ein (oder mehrere) VLAN pro Virtual Service Network Ein Kommando für Zuordnung VLAN zu ISID 100 Keine Konfiguration des/der VLANs in den Transitknoten Vlan 20 RPFC Reverse Path Forwarding Check IS-IS Intermediate System Intermediate System I-SID Service Identifier in IEEE 802.1ah frame OAM Operation, Administration, Maintenance 12

13 Shortest Path Bridging Schritt 3 3. IS-IS verbreitet alle neuen Services und communities of interest und verbreitet die Topologie-, MAC-, und ISID-Informationen im Netzwerk Unified Management Wichtige Eigenschaften: Vlan IS-IS ist ein natürliches Layer 2 Routing Protokoll bietet any to any Konnektivität MAC-in-MAC Enkapsulierung (802.1ah) des customer Verkehrs bietet massive Skalierbarkeit im SPB Netzwerk 100 Vlan 20 RPFC Reverse Path Forwarding Check IS-IS Intermediate System Intermediate System I-SID Service Identifier in IEEE 802.1ah frame OAM Operation, Administration, Maintenance 13

14 Shortest Path Bridging Schritt 4 4. Knoten erhalten Kenntnis von einem neuen Service auf dem Shortest Path dann wird die Routingtabelle ( Forwarding Data Base ) aktualisiert mit den ISID Service spezifischen Einträgen Vlan Unified Management CREATE ISID=100 Wichtige Eigenschaften: 100 Alle Verkehrstypen nutzen dne gleichen Pfad (Unicast und Broadcast) keine Chance für out of order Pakete Voll QoS-fähige Infrastruktur Vlan 20 Vlan 20 RPFC Reverse Path Forwarding Check IS-IS Intermediate System Intermediate System I-SID Service Identifier in IEEE 802.1ah frame OAM Operation, Administration, Maintenance 14

15 IEEE 802.1ah Frame Format SPBm MAC-in-MAC nutzt diesen Standard Service Instance ID (3 Byte) Backbone Adressen DA SA C-VID Nutzerdaten B-DA B-SA B-VID I-SID Daten Nutzer/Edge Adressen Kein Lernen von Nutzer-MAC-Adressen Nutzer MAC-Adressen sind versteckt hinter dem Backbone MAC Header das Kernnetz lernt keine Kunden-MAC-Adressen Virtualisierung Service-Instanz (I-SID) ermöglicht die Trennung/Virtualisierung der Netzwerkinfrastruktur vom Netzwerkservice (VLAN, L2 VPN, L3 VPN, Routing) 3 Byte, daher ca. 16 Millionen von virtuellen Netzen möglich Kunden-VLAN (C-VID) wird auf Service-Instanz (I-SID) abgebildet 15

16 Moore s Law 802.1aq/TRILL CPU s sind heute ca mal leistungsfähiger als 1985 Einführung von Spanning Tree Shortest Path Tree Berechnung für heutige CPU s für 100 Baumstrukturen in einem Netz mit 100 Knoten benötigt weniger als EINE Mikrosekunde. 17

17 Vergleich SPBM IEEE 802.1AQ VERSUS TRILL/RBRIDGES 19

18 TRILL Shortest Path für Unicast und Unknown/Multicast/Broadcast a Unknown Dest/ Broadcast/Multicast Pfad: a -> b A Unicast Path a -> b Shortest Path Tree für Root Rbridge G G C B H Unicast / Multicast Pfade stimmen nicht überein D E Siehe Sektion: 4.5 Distribution Trees F b Korrekte Reihenfolge der Pakete kann nicht garantiert werden! RPFC schwierig: F muss wissen, dass A die Baumstruktur mit Root in G verwendet. 20

19 SPB Shortest Path für Unicast und Unknown/Multicast/Broadcast a A Blaue Baumstruktur für Quelle A G C B H Garantierter bidirektionaler Shortest Path durch entsprechenden Algorithmus D E Rote Baumstruktur für Quelle F F b Korrekte Reihenfolge garantiert! RPFC immer möglich! (Pakete von A können nur auf dem Shortest Path Tree kommen) 21

20 Vergleich der Header TRILL (IETF) SPBm / IEEE 802.1ah Äußerer Ethernet Header 12+4 Byte Trill Header 8+ Byte Variabel durch Optionen Innerer Ethernet Header 12+4 Byte Ethernet FCS 4 Byte B-MAC Header 12+4 Byte I-Tag 4bytes C-MAC Header 12+4 Byte Ethernet FCS 4bytes Virtualisierung: Service Instanz (12bit) Innere VLAN ID: 4096 Virtualisierung : Service Instanz (24bit) I-TAG: 16Mio 22

21 Transparent Networking TRILL & SPBm Lookup Compared TRILL X Host X MAC Z MAC B MAC C MAC D MAC N MAC F MAC H MAC I Host Y Y FCS Payload Rbridge A TRILL Nickname TA X Y Inner-Eth TA TE TRILL FCS Router B Router C Router D Rbridge E TRILL Nickname TE Z B Outer-Eth Payload X Y Inner-Eth FCS TRILL Payload TA TE C D X Y Inner-Eth Outer-Eth TA TE TRILL FCS N F Outer-Eth Payload X Y Inner-Eth TA TE TRILL H I Outer-Eth Eth SPBm Route Lookup X Host X Host Y Y SPB A SPB B SPB C SPB D SPB E FCS X Y A E Payload Eth SPBm ist wesentlich einfacher, kostengünstiger und transparent für OA&M 23

22 TRILL vs SPBm Charakteristik SPBm TRILL Institution IEEE (802.1aq) IETF Multipath Ja Ja STP abschalten Ja Ja STP Interoperabilität Ja Ja Schleifenverhinderung RPFC basierend TTL basiert (wegen der nicht übereinstimmenden Baumstrukturen) und RPFC IS-IS für L2 Routing Ja Ja Dynamische Veränderung der Pfade für Datenverkehr Cut-through Switching Virtualisierung Ja Möglich Ja Möglich, problematisch sind Optionsfelder im Header Service-Instanzen nutzen I-SID (16 Millionen) Nur VLAN (4k) 24

23 TRILL vs SPBm Charakteristik SPBm TRILL Zero Configuration Wahlprozesse Lookup und Forwarding Nein (VLAN wird Service-Instanz zugewiesen) Konfiguriert Traditionelles Ethernet-Switching in Durchgangsknoten, IEEE 802.1ah in BCB und BEB Kein MAC Austausch Ja Designated Forwarder Root Bridge IS-IS Nickname pro RBridge Neuer Header mit dreifachem Lookup in jeder Rbridge (neue ASICs) Enkapsulierung MAC-in-MAC TRILL-Header Unicast Pfad Shortest Path nach IS-IS Shortest Path nach IS-IS Broadcast/Multicast Pfad Ausgangsbearbeitung für Multicasts Lernen der Kunden-MACs Gleicher Pfad, wie bei Unicast Nein Paketbasierte Lernen am Rand des SPB-Netzes Abhängig von der gewählten Root Bridge (Unicast- und MC/BC-Pfad können sich unterscheiden) Benötigt, da der MAC Header am Ausgangsport verändert wird Paketbasiertes Lernen am Rand des TRILL-Netzes & ESADI 25

24 TRILL vs SPBm Charakteristik SPBm TRILL Fehlerhafte Paketreihenfolge Service Aggregierung OA&M Fehlersuche Neue Hardware L3 und IP-VPN Erweiterung Nein Ja (mehrere VLANs können in eine Service-Instanz abgebildet werden) IEEE 802.1aq, ITU Y.1731 Performance und Jitter Mgmt Vollständiger Pfad durch das Netz ist sichtbar (OAM-Tools) Basis ist 802.1ah, 802.1ad und 802.1ag in vielen Plattformen verfügbar IP/SPB Draft Möglich, beim Übergang von Unbekannt zu Bekannt bei DestMAC Nein Nicht verfügbar Datenverkehr nur auf Hop-zu-Hop-Basis sichtbar. Keine OAM-Tools TRILL benötigt neue HW Nein Skalierbarkeit durch Multi-Level IS-IS Konvergenz Source Node basierte Baumberechnungen (Anzahl der Bäume entspricht Anzahl der Knoten) Separate ESADI Instanz/VLAN, jeder Port gibt alle VLANS per TRILL-HELLO bekannt (bis zu 4096 Hello/Port), DRB Wahl, Dynamic Designated Forwarder Wahl System ID Basiert auf IS-IS-ID Nicknames, Duplikate möglich 26

25 Netzwerk Virtualisierung Fallstudie: Servereinsatz mit VMware & VMotion Szenario HR benötigt drei neue Web-Server Der Verkehrsfluss der HR-Server muss vollständig vom Rest des Unternehmens separiert werden Einsatz von VMware/Vmotion DC1 2 servers Data Center 1 DC2 1 server Core VRF Net Mgmt Data Center 2 VRF VRF Modular Switch Stackable Switch iscsi Array Virtualized Server 32

26 Netzwerk Virtualisierung Fallstudie: Servereinsatz mit VMware & VMotion Heute VLAN Kopplung zwischen den Datenzentren VLAN an allen Switchen bzw. Links auf der Verbindungsstrecke konfigurieren Verwendung von VRFs für Verkehrstrennung Core VRF Data Center 1 Data Center 2 Net Mgmt VRF VRF VLAN konfiguriert Modular Switch Stackable Switch iscsi Array Virtualisierter Server 33

27 Netzwerk Virtualisierung Fallstudie: Servereinsatz mit VMware & VMotion Mit SPBm Backbone SPBm erweitert die Zugriffsebene der Server Virtual Provisioning Service (VPS) Automatische Konfiguration Core Data Center 1 Data Center 2 NMS konfiguriert VLANs in jedem Datenzentrum Keine VLAN-Konfiguration im Kernbereich oder im DC-Kern VCenter initiiert VMotion VCS kontaktiert VCenter und initiiert die Veränderungen auf den Switchen automatisch VPS VCenter VLAN Provisioned Modular Switch Stackable Switch iscsi Array Virtualized Server 34

28 Zusammenfassung der SPBm Dienste 8600C 8600G 8600D Tester Tester vlan /24 GRT/NRE (over native IS-IS) vlan /24 vlan 10 I-SID vlan 10 vlan /24 I-SID vlan 11 vlan 12 I-SID vlan /24 vlan /24 I-SID vlan /24 vlan /24 I-SID vlan /24 vlan /24 BGP IPVPN-Lite vlan /24 49

29 SPB Roadmap ERS 8600/8800 Release 7.1 ( ) VSP 9000 Release 3.2 (Q4 2011) SPB Implementierung à la ERS 8800 Next Gen Stackable Switch (future) SPB L2 Unterstützung 53

30 ERS 8600/8800 Release 7.1 SPB Funktionalitäten SPBm (IEEE 802.1aq-draft - Shortest Path Bridging MacinMac /PLSB) Uses fastpath encapsulation based on IEEE 802.1ah (MacInMac) Leverages IS-IS as control plane protocol to calculate optimized loop free trees. Supports SMLT on SPB NNI links SPBm based L2 VPNs (Virtual Application LANs) Provides simple and robust L2 VPN solution, with plug&play provisioning at the service access points (edge). SPBm UNI Dual-homing (SMLT) Provides SMLT to SPB interoperability on access side. Especially useful for Data-center Horizontal-stacking solutions, but also for Campus SMLT core migrations. IP/SPB L3 Routing & L3 Virtualization (IETF draft-unbehagen) Provides IP short-cut routing across SPBm network. Simple and powerful extension of VRFs across infrastructure using IS-IS protocol without the need for BGP4 deployments IP/SPB Inter-ISID routing Provides the ability to route IP traffic on L2-VPNs ingressing on NNI interfaces. Especially useful for L2 edge solutions ag (OA&M) link level connection and fault management (CFM). Standards based link-level integrity check Avaya extensions: L2 ping, L2 traceroute, L2 tracetree functionality for SPB connectivity check 54

31 Herzlichen Dank!

32 Abkürzungen B-DA/SA B-VID BEB BPDU C-DA/SA C-VID CPU DC EoR ESADI FCS FDB ID iscsi ISID IS-IS Backbone Source/Destination Address Backbone VLAN Identifier Backbone Edge Bridge (Edge Node in an SPB network) Bridge Protocol Data Unit Customer Source/Destination Address Customer VLAN Identifier Central Processing Unit Data Center End of Rack End Station Address Distribution Information Frame Check Sequence Forwarding Database Identifier Internet Small Computer System Interface SPBm Service ID Intermediate System to Intermediate System L2 Layer 2 MAC Media Access Control OA&M Operations Administration and Maintenance PDU Protocol Data Unit PLSB Provider Link State Bridging RPFC Reverse Path Forwarding Check SPB Shortest Path Bridging (IEEE802.1aq) SPBm SPB-Mac-In-Mac SMLT Split Multi Link Trunking STP Spanning Tree Protocol ToR Top of Rack TRILL Transparent Interconnection of Lots of Links VENA Virtual Enterprise Network Architecture VPN Virtual Private Network VRF Virtual Routing and Forwarding 57

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