Bridge Port Extension - BPE

B ► BPE BPE Bridge Port Extension Autor: Prof. Dr.-Ing. Heutige Netzwerke basieren auf der Ethernet-Technologie, Anatol Badach verwenden das Internet Protocol (IP) und sind in Form einer Multilayer-Architektur aufgebaut. In ihnen ist eine rasante Verbreitung von sog. Layer-2-Switches (L2-Switches) zu erkennen, während die Kommunikation überwiegend zwischen – als Clients bezeichneten – Arbeitsplatzrechnern und Servern stattfindet. In modern strukturierten Netzwerken führt eine derartig verlaufende Kommunikation dazu, dass die Hauptaufgabe der L2-Switches darin besteht, zuerst auf der Sendeseite die Ströme von Ethernet Frames zu bündeln und dann diese gebündelten Ströme auf der Empfangsseite wiederum auf kleinere Ströme von Ethernet Frames aufzuspalten. Auszug aus dem Werk: Diese Funktionen – also zuerst Bündelung (Aggregation) und dann Aufspaltung (Deaggregation) von Datenströmen, die weitgehend den in herkömmlichen Übertragungssystemen oft realisierten Funktionen Multiplexing und Demultiplexing entsprechen – können in Netzwerken mit L2-Switches effektiv mithilfe von Netzwerkkomponenten, die auf dem Prinzip der Aggregation/Deaggregation basieren, realisiert werden. Diese Idee wird im unter der Regie des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)1 entwickelten Konzept von Bridge Port Extension – kurz BPE – verwirklicht und führt dazu, dass man einige L2- Herausgeber: Switches im Anschlussbereich durch sog. Port Extender (PE) Heinz Schulte ersetzen kann, wodurch einfachere, baumförmige WEKA-Verlag Netzwerkstrukturen entstehen. Der Einsatz von Port Extenders in Netzwerken – also einer Art von Aggregatoren/Deaggregatoren statt ISBN 978-3-8276- „echter“ L2-Switches – vereinfacht die Netzwerkinfrastruktur 9142-2 merklich und wird in Zukunft mit Sicherheit auch zur Reduzierung von Investitionskosten führen. An dieser Stelle sei hervorgehoben, dass die L2-Switches in allen Standards von IEEE noch als Bridges2 bezeichnet werden. Die 1 http://www.ieee.org 2 Ende der Achtzigerjahre verwendete man in Ethernet-basierten Netzwerken, um mehrere Ethernet-Segmente miteinander zu koppeln, die 1 B ► BPE Entwicklung von BPE bei IEEE koordiniert die Arbeitsgruppe 802.1Qbh, sodass man auch vom Standard IEEE 802.1Qbh spricht.3 Dieser Standard, der eine Ergänzung zu den Standards IEEE 802.1ah4 und IEEE 802.1Qbg darstellt, kann als Rahmenwerk (Framework) angesehen werden, welches sowohl beschreibt, wie PEs aufgebaut werden und wie sie funktionieren, als auch auf das Port Extension Control and Status Protocol (PE CSP) eingeht, mit dem ein L2-Switch alle PEs zusammen mit dessen dorthin ausgelagerten Ports ansteuern kann. Beispiel für den Einsatz von BPE Bild 004830 illustriert den Einsatz von BPE am Beispiel der Bereitstellung von Ethernet Services im städtischen Bereich, d.h. vom Metro Ethernet (ME), durch einen Serviceprovider. Bild 004830: Beispiel für den Einsatz von BPE im Metro Ethernet 10/100GE: 10/100 Gigabit Ethernet – Ethernet mit 10/100 GBit/s CB: Controlling Bridge – hochleistungsfähiger L2-Switch ES: Endsystem – Server bzw. Netzwerk PE: Port Extender Wie hier ersichtlich ist, setzt sich das ganze Zubringernetz zu den im Datacenter des Providers untergebrachten Endsystemen von Kunden, wie z.B. Servern oder privaten Netzwerkinfrastrukturen, sog. Transparent Bridges – kurz Bridges. Der Einsatz mehrerer Prozessoren in Multiport Bridges führte später zur Entstehung von L2-Switches. Diese werden auch oft als Ethernet Switches bezeichnet. Demzufolge entspricht ein L2-Switch der Funktion nach vollkommen einer Multiport Bridge. 3 http://www.ieee802.org/1/pages/802.1bh.html 4 http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.1ah-2008.pdf 2 B ► BPE aus einer hochleistungsfähigen Controlling Bridge (CB)5 und mehreren, eine hierarchische Struktur bildenden, Port Extenders (PEs) zusammen. Die Ports, über die der Anschluss an das Zubringernetz erfolgt, können als ausgelagerte Ports der CB – also deren Remote Ports – betrachtet werden. Demzufolge kann das ganze Zubringernetz quasi als eine verteilte, zum Datacenter des Providers führende Bridge angesehen werden. Eine solche Bridge wird bei BPE als Extended Bridge (EB) bezeichnet. Das Datacenter beim Serviceprovider wird identisch wie das Zubringernetz strukturiert. Aus Bild 004830 ist ersichtlich, dass die von einzelnen Kunden stammenden und in Richtung des Datacenters verlaufenden Ströme von Ethernet Frames zuerst im Zubringernetz – de facto von den die Extended Bridge bildenden PEs – gebündelt (aggregiert) werden. Die so gebündelten Ströme von Ethernet Frames werden danach durch die zur CB im Datacenter gehörenden PEs auf die einzelnen Endsysteme verteilt. Andererseits werden die von einzelnen Endsystemen im Datacenter stammenden und in Richtung der Kunden verlaufenden Ströme von Ethernet Frames dementsprechend zuerst im Datacenter gebündelt und dann im Zubringernetz auf die einzelnen Kundenanschlüsse verteilt. Allgemeines Modell der BPE-basierten Netzwerke Aus der in Bild 004830 dargestellten Vernetzung geht hervor, dass in einem BPE-basierten Netzwerk eine Aggregation und eine Deaggregation der Ströme von Ethernet Frames stattfinden und jede Extended Bridge quasi als Aggregator/Deaggregator fungiert. Diese Festlegung lässt sich in Form des in Bild 004831 dargestellten Modells zum Ausdruck bringen, das als Aggregations- /Deaggregations-Modell der BPE-basierten Netzwerke angesehen werden kann. Die Vernetzung einer CB mit PEs, deren Ports als ausgelagerte (Remote) Ports der CB betrachtet werden können, stellt eine Baumstruktur (Tree Structure) mit der CB als Wurzel (Root) dar. 5 Es handelt sich hier eigentlich um einen hochleistungsfähigen L2-Switch, dessen Ports mithilfe der Multiplexer/Demultiplexer-Systeme, die als Port Extender dienen, zu den Kunden ausgelagert sind. 3 B ► BPE Diese Baumstruktur wird in der Spezifikation von BPE als Extended Bridge bezeichnet. Bild 004831: Allgemeines Modell der BPE-basierten Netzwerke CB: Controlling Bridge – hochleistungsfähiger L2-Switch PE: Port Extender Anmerkung: Es sei hervorgehoben, dass BPE eine Ergänzung zum Standard IEEE 802.1ah (Virtual Bridged Local Area Networks) ist. Als CB kann auch eine sog. Provider Backbone Bridge (PBB)6 nach 802.1ah eingesetzt werden. Ist das der Fall, dann bildet das BPE- basierte Netzwerk ein Port Extender – Provider Backbone Bridged Network (PE-PBBN). Das Netzwerk in Bild 004830 ist ein solches PE-PBBN. Wie Bild 004831 zum Ausdruck bringt, können über ein BPE- basiertes Netzwerk die zu einem Virtual Local Area Network (VLAN) gehörenden Rechner miteinander kommunizieren. Somit stellt ein BPE-basiertes Netzwerk eigentlich eine verteilte Layer-2- Networking-Komponente dar. Übermittlung von IP-Paketen über ein PE-PBBN Bild 004832 illustriert das Prinzip der Übermittlung von IP-Paketen zwischen zwei Endsystemen (ES) aus einem VLAN über ein PE- PBBN als BPE-basiertes Netzwerk. Dem hier dargestellten Prinzip liegt das Konzept von MAC-in-MAC Encapsulation zugrunde, nach 6 http://sites.google.com/site/amitsciscozone/home/pbb/understanding-pbb 4 B ► BPE dem ein MAC-Frame für seine Übermittlung über ein Transitnetzwerk in einen anderen MAC-Frame eingebettet wird.7 Über ein PE-PBBN (z.B. ein Metro Ethernet) werden normalerweise IP-Pakete von Rechnern verschiedener Kunden übermittelt. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Rechner eines Kunden zu einem VLAN gehören. Um die von einem Rechner stammenden IP-Pakete einem VLAN zuordnen zu können, wird den in MAC-Frames übermittelten IP-Paketen ein spezieller VLAN-Tag, der sog. C-Tag, vorangestellt.8 Im C-Tag ist der VLAN-Identifier (VID) enthalten. Bild 004832: Übermittlung von IP-Paketen über ein PE-PBBN B-DA/SA: Backbone Destination/Source MAC Address C-Tag: Customer Tag D/SA: Destination/Source MAC Address Encaps/Decaps: Encapsulation/Decapsulation IP-Pak: IP-Paket I-Tag: Backbone Service Instance Tag (nach IEEE 802.1ah) PE-PBBN: Port Extender – Provider Backbone Bridged Network Bei der Übermittlung von MAC-Frames über ein PE-PBBN wird das Prinzip MAC-in-MAC Encapsulation angewandt. Es besteht darin, dass ein IP-Paket mit dem C-Tag und mit den Ziel- und den Quell- 7 Ein MAC-Frame (Media Access Control) ist ein Ethernet Frame. 8 Das sog. VLAN-Tagging erfolgt nach dem Standard IEEE 802.1Q.