Implementation of ETHERNET/MPLS network aggregation for the provision of multiple services – Mechanism “MAC in MAC” - Part 3

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En el presente artículo se presenta un extracto del módulo 3 del curso “IMPLEMENTACIÓN DE REDES DE AGREGACIÓN ETHERNET/MPLS PARA PRESTACIÓN DE MULTISERVICIOS” el cual será impartido a distancia por el Centro Regional de Capacitación de la Comisión Interamericana de Telecomunicaciones (CITEL) y Nodo de la Red de Excelencia de la UIT: Universidad Católica del Uruguay (UCU).

En el referido curso, en el marco de las redes multiservicio IP, se analizarán los aspectos fundamentales de las tecnologías y conceptos del acceso y agregación Ethernet/MPLS, las VPLS y las VPN. Los módulos que incluye son los siguientes:

1 – XDSL, MetroEthernet, otras tecnologías y Servicios

2 – Conceptos del DSL Forum, DSL y Agregación Ethernet.

3 – Conceptos del IEEE, agregación Ethernet. Otras tecnologías

4 – Multiprotocol Label Switching – MPLS y Conceptos del IETF

5 – Servicios en redes MPLS

En particular, el módulo 3 del curso, corresponde a redes de agregación Ethernet. Se ve primeramente las principales características de esta tecnología. Se plantean las carencias de la implementación básica en caso de aplicarse a redes de agregación y transporte de operadores de telecomunicaciones y también las soluciones a las mismas. Se describen las incorporaciones que se han realizado para potenciar Ethernet y se mencionan además brevemente otras tecnologías para redes de transporte. Finalmente nos referiremos a una implementación basada exclusivamente en Ethernet para redes de agregación y transporte, denominada PBT, que incluye agregados a la implementación estándar.

Presentamos entonces el siguiente extracto del módulo 3, en el cual se explica uno de los mecanismos que se han desarrollado para potenciar Ethernet, conocido como “MAC in MAC”. Si bien se mencionan algunos nombres de estándares y estructuras de tramas, el curso no apunta a que los asistentes al mismo deban recordar dichos nombres y estructuras, sino que comiencen a familiarizarse con éstos y con los conceptos básicos que guían los desarrollos involucrados.

“MAC in MAC”

Para permitir una mayor escalabilidad de red, se implementó la posibilidad de interconectar diferentes “Provider Bridged Networks”, mediante una “Provided Network”. Esto se detalla en el proyecto de estándar IEEE 802.1ah [6], el cual se presenta como la enmienda 6ª al estándar 802.1Q, en lo que refiere a “Provider Backbone Bridges”.

802.1ah introduce “Backbone Edge Bridges”, que intecambian tramas de “backbone”, las cuales encapsulan las direcciones MAC, tags de VLAN y datos de las tramas de los clientes. En otras palabras, las tramas Ethernet de los clientes se encapsulan en nuevas tramas Ethernet, que son las de los switches del proveedor. Por esta razón a este mecanismo se le llama “MAC in MAC”. Estas nuevas tramas tienen otras direcciones MAC denominadas B-DA (Dirección de Destino de Backbone) y B-SA (Dirección de Origen de Backbone) y otros identificadores de VLAN denominados identificadores de VLAN de Backbone, los cuales son propios de los switches del proveedor.

Las etiquetas (tag) de VLAN de backbone que agrega 802.1ah son dos: B-TAG (Backbone VLAN TAG) e I-TAG (Service Instance Tag). El formato del B-TAG es igual al del S-TAG. Sin embargo el I-TAG es diferente, ya que el campo de indentificación de la VLAN en vez de tener 12 bits como en las otras tags, en este caso tiene 24 bits.

Respecto a 802.1ah podemos comentar las siguientes ventajas:

·       permite gran escalabilidad y simplificación a nivel de la cantidad de MACs a utilizar ya que los switches de backbone, del proveedor de servicio, operan solamente con las MAC externas (B-DA y B-SA) y por tanto no con toda la cantidad de MACs correspondientes a los clientes.

·       permite aislar tráficos de una manera más escalable, mediante las MAC externas y los nuevos tags.

·       permite gran escalabilidad a nivel de servicios, al agregar la I-TAG que por tener mayor cantidad de bits hace posible definir muchas más instancias de servicios, un total de 2²⁴.

Con este estándar igualmente los switches en principio siguen operando de la misma manera que con Ethernet de bridge tradicional, según lo que vimos hasta ahora, es decir con un servicio no orientado a conexión, utilizando MAC learning, flooding en caso de direcciones desconocidas y RSTP para prevenir loops. Vamos a ver más adelante que hay un desarrollo que utiliza 802.1ah con alguna variación, junto con otros estándares, como base para definir un modo de operación diferente al de Ethernet de bridge tradicional y que es el que ya mencionamos como PBT.

En la siguiente figura se presentan las tramas 802.1Q, 802.1ad y 802.1ah, mostrando los campos de direcciones MAC y de VLAN (se omite mostrar el campo de long/tipo, preámbulo, etc. para simplificar el dibujo). También se muestra la ubicación de las tramas en la red de switches Ethernet.

C-DA: dirección MAC destino del cliente             B-DA: dirección MAC destino de backbone
        C-SA: dirección MAC origen del cliente               B-SA: dirección MAC origen de backbone
        C-TAG: tag de VLAN del cliente                          B-TAG: tag de VLAN de backbone                             
        S-TAG: tag de VLAN del servicio                        I-TAG: tag de VLAN de instancia de servicio
        CS: suma de verificación de la trama

Figura 14 – Formatos y ubicación en la red de tramas 802.1Q, 802.1ad y 802.1ah

Como se puede ver en la figura anterior, el Provider Backbone Bridge (PBB) toma la trama 802.1ad proveniente desde el lado del cliente y la encapsula en una trama 802.1ah para enviarla a través de la Provider Backbone Network (PBN). En el otro extremo de la PBN, el otro PBB realiza el proceso inverso con las tramas. Observar que en los extremos de la PBN hay PBBs que cumplen con 802.1ah, pero en el medio de la PBN en principio pueden haber Provider Bridge (PB) que requieren cumplir solamente con 802.1ad. Esto último es porque en el interior de la PBN el encaminamiento (forwarding) y aprendizaje (MAC learning) se puede realizar en función de las B-DA, B-SA y B-TAG (el formato de la B-TAG es igual al de las tag de 802.1ad).

Bibliografía y Referencias

[6]      IEEE Draft Standard 802.1ah–march 2007 – Virtual Bridged Local Area Networks – Amendment 6: Provider Backbone Bridges

[8]      Provider Backbone Transport - http://www.ieee802.org/1/files/public/docs2005/ ah-bottorff-pbt-for-iee-v41-0905.pdf

[9]      Provider Backbone Transport - http://www.ieee802.org/1/files/public/docs2006/ah-bottorff-pbt4ieee-v2-0706.pdf

Gustavo Sandler y Javier Emicuri
Universidad Católica de Uruguay