IEEE 802.1aq

IEEE 802.1aqは、 IEEE 802.1Qネットワーク規格の修正版であり、最短パスブリッジング（SPB ）のサポートが追加されています。この技術は、マルチパスルーティングを可能にしながら、イーサネットネットワークの構築と設定を簡素化することを目的としています。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

SPBは、IEEE 802.1D STP、IEEE 802.1w RSTP、IEEE 802.1s MSTPといった旧来のスパニングツリープロトコルを置き換えるために設計されています。これらのプロトコルは、スイッチングループを引き起こす可能性のある冗長パスをブロックしますが、SPBは複数の等コストパスを持つすべてのパスをアクティブにし、はるかに大規模なレイヤ2トポロジを提供し、[ 4 ]より高速な収束時間をサポートし、メッシュネットワークのすべてのパスにわたってトラフィックの負荷分散を可能にすることで効率を向上させます。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]イーサネットをレイヤ2の事実上のプロトコルとして確立したプラグアンドプレイの性質を維持するように設計されています。

この技術は、リンクステートプロトコルを用いてトポロジとVLANメンバーシップの両方をアドバタイズすることで、ネイティブイーサネットインフラストラクチャ上でVLANを提供します。パケットはエッジでIEEE 802.1ah準拠のMAC-in-MAC 、またはIEEE 802.1QもしくはIEEE 802.1ad準拠のタグ付きでカプセル化され、VLANの他のメンバーにのみ転送されます。ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャストがサポートされ、すべてのルーティングは対称最短パス上で行われます。

制御プレーンは、 Intermediate System to Intermediate System（IS-IS）ルーティングプロトコルに基づいており、 RFC  6329で定義された少数の拡張機能を活用しています。[ 9 ]

歴史

2006年3月4日、ワーキンググループは802.1aqドラフト0.1を公開した。[ 10 ] 2012年3月、IEEEは802.1aq規格を承認した。[ 11 ]

2013年5月、SPBがラスベガスで開催されたInterop 2013のバックボーンとして使用され、最初の公開マルチベンダー相互運用性が実証されました。[ 12 ] 2013年と2014年には、SPBを使用して、前年の10分の1のリソースでInteropNetバックボーンを構築しました。[ 13 ] Interop 2014では、 SPBはソフトウェア定義ネットワーク（SDN）機能を有効にするバックボーンプロトコルとして使用されました。[ 14 ] [ 15 ]

2014年冬季オリンピックは、SPB「IEEE 802.1aq」技術を採用した最初の「ファブリック対応」オリンピックでした。[ 16 ] [ 17 ]大会中、このファブリックネットワークは最大54Tbit/sのトラフィックを処理できました。[ 18 ]

関連プロトコル

  • IEEE 802.1Q-2014 - ブリッジとブリッジネットワーク - この規格は、最短パスブリッジング（IEEE 802.1aq）と、IEEE Std 802.1Q-2011、IEEE Std 802.1Qbe-2011、IEEE Std 802.1Qbc-2011、IEEE Std 802.1Qbb-2011、IEEE Std 802.1Qaz-2011、IEEE Std 802.1Qbf-2011、IEEE Std 802.1Qbg-2012、IEEE Std 802.1Q-2011/Cor 2–2012、IEEE Std 802.1Qbp-2014、および以前802.1Dで規定されていた多くの機能を統合しています。[ 19 ]
  • IEEE 802.1ag - 接続障害管理 (CFM)
  • IEEE 802.1Qbp - 最短経路ブリッジングにおける等コスト複数経路[ 20 ]
  • IEEE P802.1Qcj - プロバイダバックボーンブリッジング（PBB）サービスへの自動接続[ 21 ]
  • RFC 6329 - IEEE 802.1aq 最短パスブリッジングをサポートする IS-IS 拡張

RFC 6329

IETF提案標準RFC 6329で定義されている中間システム間（IS-IS）プロトコルは、SPBの制御プレーンとして使用されます。 [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] SPBは、IS-ISに対するステートマシンやその他の実質的な変更を必要とせず、新しいネットワーク層プロトコル識別子（NLPID）とTLV のセットのみを必要とします。[ 9 ]：セクション13  

SPBは、メッシュ接続されたイーサネットネットワークにおいて、複数の等コストパスを利用した最短パス転送を可能にします。これにより、SPBは大規模なレイヤ2トポロジをサポートし、スパニングツリープロトコルで構成されたネットワークと比較して、より高速なコンバージェンスとメッシュトポロジの利用効率の向上を実現します。SPBは、少数のTLVとサブTLVでIS-ISを拡張し、2つのイーサネットカプセル化データパス、IEEE 802.1adプロバイダーブリッジ（PB）とIEEE 802.1ahプロバイダーバックボーンブリッジ（PBB）をサポートします。

SPBは、 IPv4やIPv6などの他のネットワーク層プロトコルと並行して動作するように設計されています。標準規格では、2つのノードがSPB隣接関係を確立できない場合でも、他のネットワーク層プロトコル（OSPFなど）の隣接関係が拒否されるなどの副次的な影響が生じないことが規定されています。

プロトコル拡張

RFC 6329 で定義され、802.1aq SPB の標準化されたサポートを提供する IS-IS 拡張機能は次のとおりです。

  • IS-IS Hello (IIH) プロトコル拡張
  • ノード情報拡張
  • 隣接情報拡張
  • サービス情報拡張
IS-IS Hello (IIH) プロトコル拡張

802.1aqは、IPv4やIPv6などの他のネットワーク層プロトコルと並行して動作するように設計されているため、2つのノードがSPB隣接関係を確立できない場合でも、ネットワーク層プロトコルが隣接関係を拒否することはありません。RFC 6328は、802.1aqにネットワーク層プロトコルID（NLPID）値0xC1を割り当てています。[ 26 ]このNLPIDは、SPBブリッジが隣接関係を形成し、802.1aqドメインの一部として動作する能力を示すために使用されます。802.1aqフレームは、このNLPIDを両方向に通知する隣接関係上を流れ、ノードは両方向に通知されていない隣接関係を存在しないものと見なします（無限リンクメトリック）。 802.1aq では、通常の IIH PDU に 3 つの新しい TLV が追加されました。これらの TLV は、他のすべての SPB TLV と同様に、マルチトポロジ TLV内で伝送されるため、単一の IS-IS プロトコル インスタンス内で複数の SPB 論理インスタンスが可能になります。

SPBは複数のVIDを使用でき、どのVIDをどの目的で使用するかを合意します。IIH PDUは、使用されているすべてのVIDのダイジェスト（マルチプル・スパニング・ツリー構成TLV）を伝送します。このTLVは、IEEE 802.1Qから再利用された共通かつコンパクトなエンコーディングを使用します。

ループ防止のため、SPBネイバーは、トポロジデータベースの内容が同期されていることを確認するメカニズムもサポートする場合があります。オプションのSPBダイジェストサブTLVを使用してSPBトポロジ情報のダイジェストを交換することで、ノードは情報を比較し、トポロジの不一致が示された場合に特定のアクションを実行できます。

最後に、SPB はどの最短パス ツリー (SPT) セットがどの VID によって使用されているかを認識する必要があり、これはベース VLAN 識別子 TLVで伝達されます。

ノード情報拡張

すべてのSPBノード情報拡張は、新しいマルチトポロジ（MT）機能TLV内で伝送されます。伝送する必要がある情報量に応じて、1つまたは複数のMT機能TLVが存在する場合があります。

SPBインスタンスサブTLVは、このノードまたはトポロジインスタンスの最短パスソースID（SPSourceID）を提供します。これは、このノードまたはインスタンスから発信されるフレームのマルチキャスト宛先アドレス（DA）の形成に使用されます。

SPBには複数のECTアルゴリズムが定義されており、将来的にはECMP（ハッシュベースの動作）や(*,G)マルチキャストツリーなどを含む追加のアルゴリズムが定義される可能性があります。これらのアルゴリズムは、このオプションのTLVを使用して新しいアルゴリズムパラメータデータを定義します。同点判定パラメータには、大きく分けて2つのアルゴリズムがあります。1つはノードデータを使用して同点を判定するアルゴリズム、もう1つはリンクデータを使用して同点を判定するアルゴリズムです。SPBインスタンス不透明等価コストツリーアルゴリズムTLVは、不透明な同点判定データをノードに関連付けるために使用されます。

隣接情報拡張

SPBリンクメトリックサブTLVは、マルチトポロジ中間システムネイバーTLVまたは拡張IS到達可能性TLV内にあります。SPB隣接不透明等コストツリーアルゴリズムTLVも、マルチトポロジ中間システムTLVまたは拡張IS到達可能性TLV内にあります。このサブTLVがIS-IS隣接関係に存在しない場合、その隣接関係は特定のトポロジインスタンスのSPBトラフィックを伝送しません。

サービス情報拡張

SPBMサービス識別子およびユニキャストアドレスTLVは、発信元ノードにサービスグル​​ープメンバーシップを導入するため、またはノード上に存在する、あるいはノードから到達可能な追加のB-MACユニキャストアドレスをアドバタイズするために使用されます。SPBV MACアドレスTLVは、 SPBVモードでグループMACアドレスをアドバタイズするために使用されるIS-ISサブTLVです。

利点

最短パスブリッジングVID（SPBV）と最短パスブリッジングMAC（SPBM）は、802.1aqの2つの動作モードです。どちらもリンクステートルーティングの主要な利点を継承しています。

  • ループ回避ではネットワークトポロジのグローバルビューを備えた制御プレーンを使用するため、利用可能なすべての物理接続を使用できる
  • リンクステートルーティングのネットワークトポロジのグローバルビューにより、障害後の接続の迅速な回復が可能
  • 障害発生時には、トラフィックに直接影響するプロパティのみが復旧時に影響を受ける
  • ブロードキャストおよびマルチキャスト接続の迅速な回復。これは、IS-IS が SPB 拡張機能で必要なすべての情報を IS-IS にフラッディングするため、ユニキャストおよびマルチキャスト接続を並行してインストールでき、マルチキャスト ツリーを計算してインストールするために、統合ユニキャスト トポロジ上で第 2 フェーズのシグナリング プロセスを実行する必要がないためです。

SPBMは透過的なイーサネットLANセグメントのエミュレーションを提供します。スコープ付きマルチキャストツリーを備えたVLANを実装することで、ブロードキャスト、未知のユニキャスト、およびマルチキャストトラフィックの出力側での破棄が不要になります。これは、少数の共有ツリーを使用するアプローチに共通する特徴です。そのため、破棄されるフレームの割合が増加しても、ネットワークの規模が単純に低下することはありません。

このアプリケーションのキャリア空間における同等のものは、共通キャリアインフラを介して企業にイーサネットVPNサービスを提供することです。求められる属性は基本的に同じで、顧客のイーサネットサービス（ポイントツーポイントとLANの両方）の完全な透過性と、ある顧客のトラフィックと他のすべての顧客のトラフィック間の完全な分離です。

SPBMのデータプレーンとコントロールプレーンの両方における透過性は、MEF 6.1サービスセットの提供にもつながります。また、通信事業者に地理的に冗長化されたブロードバンドバックホールをサポートするためのツールキットも提供します。これらのアプリケーションでは、多数のDSLAMやその他のアクセス機器を複数のブロードバンドリモートアクセスサーバー（BRAS）サイトにバックホールし、アプリケーションによってセッションをBRASにバインドする必要があります。ただし、DSLAM同士の通信は許可してはなりません。そうしないと、通信事業者はピアツーピア接続を制御できなくなります。MEF E-TREEはまさにこれを実現し、さらにIPTV配信のための効率的なマルチキャストファブリックを提供します。

SPBM は、メンバーを接続する最短パス ツリーの分岐ポイントでのみパケットが複製される理想的なマルチキャスト レプリケーション モデルと、本質的にシリアル ユニキャスト パケットが同じ最短パス ファースト ツリーに沿って他のすべてのメンバーに送信される、状態集約度の低いヘッドエンド レプリケーション モデルの両方を提供します。これらの 2 つのモデルは、マルチキャスト状態のインストールに関するトランジット ノードの決定に影響するエッジでのサービスのプロパティを指定することによって選択されます。これにより、最適なトランジット レプリケーション ポイント (状態コストが大きい) と、ヘッドエンド レプリケーション モデルの削減されたコア状態 (ただしトラフィックは大幅に増加) の間でトレードオフを行うことができます。これらの選択は、同じ個別サービス ID (I-SID) の異なるメンバーごとに異なる場合があり、メンバーごとに異なるトレードオフを行うことができます。

下の図5は、SPBMがネットワーク全体規模で何を行っているかを簡単に理解するためのものです。図5は、エッジメンバーシップ情報と、トランジットレプリケーションを用いたソースごと、サービスごとのツリーの決定論的分散計算から、7メンバーのE-LAN​​がどのように構築されるかを示しています。ヘッドエンドレプリケーションは単純であり、既存のユニキャストFIBを使用して、既知の他の受信者にコピーをシリアル転送するだけなので、図示されていません。

運営と管理

802.1aqは、既存のイーサネットの運用・管理（OA&M）技術を基盤としています。802.1aqは、特定の仮想LAN （VLAN）におけるユニキャストパケットとマルチキャストパケットが同じフォワードパスとリバースパスを辿り、完全に標準的な802カプセル化方式を使用することを保証するため、IEEE 802.1agとY.1731 [ 27 ]のすべての方式は、802.1aqネットワーク上で変更なく動作します。

高レベル

802.1aq は、IEEE 802.1Q でカバーされるすべての IEEE VLAN 用の IEEE 認定リンク ステート イーサネット制御プレーンです。[ 28 ]最短パス ブリッジング仮想ローカル エリア ネットワーク識別子 (VLAN ID) または最短パス ブリッジング VID (SPBV) は、スパニング ツリー技術と下位互換性のある機能を提供します。SPBM は、プロバイダー バックボーン ブリッジ (PBB) 機能を使用する追加の値を提供します。SPB (両方の総称) は、イーサネット データ パス (SPBV の場合は IEEE 802.1Q または SPBM の場合は IEEE 802.1ah ごとの PBB) と、最短パス ブリッジ (ネットワーク間インターフェイス(NNI) リンク) 間で実行される IS-IS リンク ステート制御プロトコルを組み合わせています。リンク ステート プロトコルは、ネットワーク トポロジを検出して通知し、SPT 領域内のすべてのブリッジから SPT を計算するために使用されます。

SPBM では、参加ノードのバックボーン MAC (B-MAC) アドレスと、非参加デバイス (ユーザネットワーク インターフェイス(UNI) ポート) へのインターフェイスのサービス メンバーシップ情報が配布されます。次に、トポロジ データが計算エンジンに入力され、各参加ノードから他のすべての参加ノードへの最小コストに基づいて対称最短パス ツリーが計算されます。SPBV では、これらのツリーにより、個々のMAC アドレスを学習し、グループアドレスのメンバーシップを配布できる最短パス ツリーが提供されます。SPBM では、最短パス ツリーを使用して、各参加ノードの個別の B-MAC アドレスとグループ アドレスの転送テーブルが作成されます。グループマルチキャストツリーは、(送信元、グループ) ペアリングによって形成されるデフォルトの最短パス ツリーのサブツリーです。トポロジに応じて、いくつかの異なる等コスト マルチパス ツリーが可能であり、SPB は IS-IS インスタンスごとに複数のアルゴリズムをサポートします。

SPBでは、他のリンクステートベースのプロトコルと同様に、計算は分散方式で行われます。各ノードは、通常同期されているネットワークとUNIポートの共通ビューに基づいて、イーサネット準拠の転送動作を独立して計算します。イーサネットフィルタリングデータベース（または転送テーブル）は、ネットワーク転送動作のそれぞれの部分を独立して決定論的に実行するために、ローカルに設定されます。

この2種類のデータパスの違いにより、このプロトコルにはわずかに異なる2つのバージョンが存在します。1つ（SPBM）は、多数のクライアントLANインスタンスとそれらに関連付けられたデバイスのMACアドレスを完全に分離する必要がある場合に使用され、完全なカプセル化（MAC-in-MAC、別名IEEE 802.1ah）を使用します。もう1つ（SPBV）は、クライアントデバイスのMACアドレスの分離が不要な場合に使用され、参加しているNNIリンク上の既存のVLANタグのみを再利用します。時系列的には、SPBVが最初に登場しました。このプロジェクトは当初、MSTPのスケーラビリティとコンバージェンスに対応するために考案されました。

PBBの仕様策定が進められていた当時、PBBデータプレーンとリンクステート制御プレーンの両方を活用することで、イーサネットの機能と用途が大幅に拡張されることが明らかになりました。プロバイダーリンクステートブリッジング（PLSB）は、そのようなシステムの具体的な例を示すために、IEEE 802.1aq最短パスブリッジングワーキンググループに提出された仮の提案でした。IEEE 802.1aqの標準化が進むにつれて、PLSBで提案された詳細なメカニズムの一部は機能的に同等のものに置き換えられましたが、 PLSBに具体化された主要な概念はすべて標準に引き継がれました。

最短経路ブリッジング-VID

最短パスブリッジング（SPBV）の主な特徴は、リンクステートIS-ISを用いてネットワークトポロジを学習できることです。SPBVでは、ツリーを識別するために、各送信元ブリッジに異なる最短パスVLAN ID（SPVID）を使用します。IS-ISトポロジは、固有のSPVIDを割り当てるだけでなく、個々のアドレスとグループのアドレスに対して最短パス転送を可能にするためにも使用されます。当初は小規模で構成の少ないネットワークを対象としていたSPBは、SPBV用の最新のプロバイダー制御プレーンを包含し、イーサネットのデータプレーンの概念を調和させる、より大規模なプロジェクトへと発展しました。

SPBは、最短パストポロジとVLANトポロジの残りの部分（任意の数のレガシーブリッジを含む）の境界となる最短パス領域を定義します。SPBは、SPB対応ブリッジを学習し、同じベースVIDとMSTID構成ダイジェスト（SPBのためのVIDの割り当て）を持つSPB対応ブリッジを含むように領域を拡大することで動作します。

SPBVは、ループ防止をサポートし、オプションでSPVID上のループ緩和もサポートする最短パスツリーを構築します。SPBVではイーサネットMACアドレスの学習も可能で、マルチMAC登録プロトコル（MMRP）経由、またはマルチキャストメンバーシップのIS-IS配布を直接使用して、マルチキャストメンバーシップに基づいて最短パスツリーをプルーニングするために使用できるマルチキャストアドレスを配布できます。

SPBVは最短経路ツリーを構築するだけでなく、Rapid Spanning Tree Protocol （SPT）およびMultiple Spanning Tree Protocol（MSTP）を実行する従来のブリッジとも相互運用できます。SPBVはMSTPリージョンの技術を用いてSPT以外のリージョンと相互運用し、リージョン外から見ると論理的に大規模な分散ブリッジとして動作します。

SPBVは最短パスツリー（SPT）をサポートしますが、リンクステートデータベースから計算され、ベースVIDを使用するスパニングツリーも構築します。つまり、SPBVはこの従来のスパニングツリーを使用して、共通内部スパニングツリー（CIST）を計算できます。CISTは、他のレガシーブリッジとの相互運用に使用されるデフォルトのツリーです。また、SPBVの設定に問題が発生した場合のフォールバックスパニングツリーとしても機能します。

SPBVは、中程度の数のブリッジを管理するように設計されています。SPBVは、最短パス上にあるすべてのブリッジでMACアドレスを学習し、宛先MACアドレスが複数のSPVIDに関連付けられる可能性があるため、共有VLAN学習を使用するという点でSPBMと異なります。SPBVは、SPBVリージョン外であっても、転送するすべてのMACアドレスを学習します。

最短経路ブリッジング-MAC

最短パスブリッジングMAC（SPBM）はPBBデータプレーンを再利用するため、バックボーンコアブリッジ（BCB）がカプセル化されたクライアントアドレスを学習する必要がありません。ネットワークエッジでは、C-MAC（クライアント）アドレスが学習されます。SPBMはプロバイダーリンクステートブリッジング（PLSB）と非常によく似ており、同じデータプレーンと制御プレーンを使用しますが、PLSBの制御メッセージのフォーマットと内容には互換性がありません。

SPBM エッジで受信されるイーサネット接続デバイスからのユニキャストトラフィックの個々の MAC フレームは、PBB IEEE 802.1ah ヘッダーにカプセル化され、参加ネットワークの反対側にある非参加接続ネットワークに戻る際にカプセル化が解除されるまで、変更されずに IEEE 802.1aq ネットワークを通過します。

イーサネット宛先アドレス（UNIポート接続デバイスから）は、論理LANを介して学習され、適切な参加B-MACアドレスに転送されて、遠端のイーサネット宛先に到達します。このように、イーサネットMACアドレスはIEEE 802.1aqネットワークのコアでは検索されません。SPBMとPBBを比較すると、動作はPBB IEEE 802.1ahネットワークとほぼ同じです。PBBはB-MACアドレスの学習方法を指定せず、PBBはスパニングツリーを使用してB-VLANを制御する場合があります。SPBMの主な違いは、B-MACアドレスが制御プレーンで配布または計算されるため、PBBでのB-MAC学習が不要になることです。また、SPBMは、たどるルートが最短パスツリーであることを保証します。

IEEE 802.1aqネットワークにおけるユニキャストおよびマルチキャストトラフィックに使用されるフォワードパスとリバースパスは対称的です。この対称性により、IEEE 802.1agのContinuity Fault Management（CFM）はSPBVおよびSPBMに対して変更なく動作することができ、 Precision Time Protocolなどの時刻配信プロトコルに関して望ましい特性を備えています。

グループアドレスおよび宛先不明の個別フレームは、同じイーサネットサービスのメンバーにのみ最適に送信されます。IEEE 802.1aqは、E-LINE、E-LAN​​、またはE-TREE構造の形式で、数千もの論理イーサネットサービスの作成をサポートしています。これらのサービスは、IEEE 802.1aqネットワークの非参加論理ポート間で形成されます。これらのグループアドレスパケットは、SA内の参加送信元アドレスを示すPBBヘッダーでカプセル化されます。一方、DAは、このフレームを転送すべきローカルで有効なグループアドレスと、フレームの送信元ブリッジを示します。IEEE 802.1aqマルチキャスト転送テーブルは、同じサービスグル​​ープのメンバーであるブリッジ間の最短経路上にあるすべてのブリッジが、受信したフレームをそのサービスグル​​ープのメンバーに転送または複製するための適切な転送データベース（FDB）状態を作成するという計算に基づいて作成されます。グループアドレス計算によって最短経路ツリーが生成されるため、特定のリンク上にはマルチキャストパケットのコピーが1つだけ存在します。参加している論理ポート間の最短パス上のブリッジのみが FDB 状態を作成するため、マルチキャストはネットワーク リソースを効率的に使用します。

実際のグループアドレス転送動作は、従来のイーサネットとほぼ同様に動作します。バックボーン宛先アドレス（B-DA）とバックボーンVLAN識別子（B-VID）の組み合わせが参照され、出力ネクストホップセットが検索されます。従来のイーサネットとの唯一の違いは、参加ブリッジバックボーンメディアアクセス制御（B-MAC）アドレスの逆方向学習が無効になっており、代わりに入力チェックと破棄が行われる点です（フレームが予期しない送信元から着信インターフェイスに到着した場合）。ただし、逆方向（インターフェイス経由でパケットが到着した場合）の個々のフレームカプセル化を正しく行うために、学習はSPBMマルチキャストツリーのエッジで実装され、B-MACとMACアドレスの関係を学習します。

適切に実装されたIEEE 802.1aqネットワークは、最大1,000台の参加ブリッジをサポートし、イーサネットデバイスに数万ものレイヤー2 E-LAN​​サービスを提供できます。これは、イーサネットデバイス側のポートを、特定のサービスのメンバーであることを示すように設定するだけで実現できます。新しいメンバーが参加したり退出したりすると、IS-ISプロトコルはI-SIDメンバーシップの変更をアドバタイズし、計算によって参加ノードネットワーク内のツリーが必要に応じて拡張または縮小され、そのサービスの効率的なマルチキャスト特性が維持されます。

IEEE 802.1aq には、新しい接続ポイントが追加または削除された場合でも、サービスの接続ポイントのみの設定が必要となるという特性があります。計算によって生成されたツリーは、接続を維持するために必要に応じて自動的に拡張または剪定されます。既存の実装の中には、この特性を利用して、リングなどのデュアルホーム技術において、セカンダリ接続ポイントをアクティブ化し、プライマリ接続ポイントを非アクティブ化することで、非参加リングプロトコルと IEEE 802.1aq ネットワーク間の最適なパケットフローを維持するために、（設定ではなく）接続ポイントを自動的に追加または削除するものがあります。

障害回復

障害回復はIS-ISによって実行され、リンク障害が通知され、新たな計算が実行されることで、新しいFDBテーブルが作成されます。イーサネットアドレスはIS-ISによって通知または認識されないため、SPBMコアによる再学習は不要であり、学習されたカプセル化はトランジットノードまたはリンク障害の影響を受けません。

リンク障害検出は、IEEE 802.1ag Continuity Check Protocol（CCP）を使用することで改善される可能性があります。CCPはリンク状態をテストし、IS-ISプロトコルに障害を報告します。これにより、IS-IS Helloメッセージの消失メカニズムを使用する場合よりもはるかに高速な障害検出が可能になります。

SPBVとSPBMはどちらも、リンクステート制御プレーンの高速収束を継承しています。SPBMの特別な特性は、シグナリングの代わりに計算を行うため、ユニキャスト収束と同程度の時間でマルチキャストツリーを再構築できることです。SPBMブリッジは、トポロジデータベース上で計算を実行すると、ルートとSPTの1つ以上のリーフとの間の最短経路上にあるかどうかを認識し、それに応じて状態を設定できます。収束は、個別のシグナリングトランザクションを用いて、マルチキャストツリーにおけるブリッジの位置を段階的に検出することによって制限されるわけではありません。しかし、ノード上のSPBMは、ピアから完全に独立して動作するのではなく、現在のネットワークトポロジに関するピアとの合意を強制します。この非常に効率的なメカニズムは、ネットワーク全体をカバーするリンクステートの単一のダイジェストを交換することで実現され、各ルートへの各パスについて個別に合意する必要はありません。その結果、ネットワークを収束させるために交換されるメッセージ量は、ネットワーク内のマルチキャストツリーの数ではなく、トポロジの増分変化に比例します。多くのツリーを変更する可能性のある単純なリンクイベントは、リンクイベントのみをシグナリングすることで伝達されます。その結果生じるツリーの構築は、各ノードにおけるローカル計算によって実行されます。サービスインスタンスへの単一のサービスアクセスポイントの追加は、ツリーの数に関係なく、I-SIDのアナウンスのみで行われます。同様に、数百から数千のツリーの再構築を伴う可能性のあるブリッジの削除は、数回のリンクステート更新のみでシグナリングされます。

マルチシャーシリンクアグリゲーショングループ環境では、複数のスイッチシャーシがSPBコントロールプレーンに対して単一のスイッチとして認識され、シャーシペア間の複数のリンクが1つのアグリゲートリンクとして認識されます。このコンテキストでは、単一のリンクまたはノードの障害はコントロールプレーンには認識されず、ローカルで処理されるため、50ミリ秒未満のリカバリ時間が発生する可能性があります。

アニメーション

このセクションの 3 つのアニメーション GIF は、802.1aq の動作を示すのに役立ちます。

図5に示す最初のGIF画像は、ISID 100を使用して7メンバーのE-LAN​​を構築した66ノードネットワークにおけるルーティングを示しています。この例では、各メンバーから他のすべてのメンバーに到達するために作成された等コストツリー（ECT）を示しています。各メンバーを順に表示することで、このサービス用に作成されたツリーセット全体を示しています。2つのノード間のルーティングの対称性を示すために、ある時点で一時停止し、赤い線で強調しています。いずれの場合も、ツリーのソースは小さな紫色のVで強調表示されています。

図 6 に示す 2 つ目のアニメーション GIF は、図 4 と同じ 66 ノード ネットワーク内の 8 つの ECT パスを示しています。後続の各アニメーション フレームでは、同じ送信元（紫色）が使用されますが、異なる送信先（黄色）が表示されます。各フレームでは、送信元と送信先の間にすべての最短パスが重ねて表示されます。2 つの最短パスが同じホップを通過する場合、描画される線の太さが太くなります。66 ノード ネットワークに加えて、小規模なマルチレベルデータセンタースタイルのネットワークも示されており、送信元と送信先はサーバー内（下部）とサーバーからルーター層（上部）の両方に表示されます。このアニメーションは、生成される ECT の多様性を示すのに役立ちます。

図 7 に示すこれらのアニメーション GIF の最後は、現在定義されている 16 個の標準アルゴリズムすべてを使用した、ソース-宛先 ECT パスを示しています。

  • 図5 - 7メンバーの66ノード802.1aqネットワークにおけるアニメーションE-LAN​​の例
    図5 - 7メンバーの66ノード802.1aqネットワークにおけるアニメーションE-LAN​​の例
  • 図6 - 8つのECTを備えた66ノードの802.1aqネットワークにおけるECTのアニメーション例
    図6 - 8つのECTを備えた66ノードの802.1aqネットワークにおけるECTのアニメーション例
  • 図7 - 16 ECT を備えた 36 ノード 802.1aq ネットワークのアニメーション ECT 例
    図7 - 16 ECT を備えた 36 ノード 802.1aq ネットワークのアニメーション ECT 例

詳細

等コストマルチツリー

等コストマルチツリー（ECMT）パスは初期状態では16種類が定義されていますが、実際にはさらに多くのパスが考えられます。IEEE 802.1aqネットワークにおけるECMTは、フォワードパスとリバースパスが対称であるため、インターネットプロトコル（IP）やマルチプロトコルラベルスイッチング（MPLS）よりも予測可能性が高くなります。したがって、どのECMTパスを使用するかは、IP/MPLSではローカルまたはハッシュによって決定されるのに対し、IEEE 802.1aqネットワークではヘッドエンド側でオペレータが決定します。

IEEE 802.1aq は、リンクコストが等しい 2 つのパスのいずれかを選択する必要がある場合、最初の ECMT タイブレーク アルゴリズムとして以下のロジックを使用します。まず、一方のパスが他方のパスよりもホップ数が短い場合は、短い方のパスが選択されます。そうでない場合は、ブリッジ識別子 (BridgePriority と IS-IS SysID を連結したもの) が最小のパスが選択されます。他の ECMT アルゴリズムは、BridgePriority と SysID の既知の順列を使用するだけで作成されます。例えば、2 番目に定義されている ECMT アルゴリズムは、BridgeIdentifier の逆数の最小値を持つパスを使用し、ノード識別子が最大のパスを選択するものと考えることができます。SPBM では、各順列は個別の B-VID としてインスタンス化されます。マルチパスパーミュテーションの上限は、802.1aq動作に委任されたB-VIDの数によって制限され、最大4094個となりますが、有効なパスパーミュテーションの数は、利用可能なB-VID空間のほんの一部しか必要としません。BridgeIdentifierに異なるビットマスクを適用することで、14種類の追加ECMTアルゴリズムが定義されています。BridgeIdentifierには優先度フィールドが含まれているため、BridgePriorityを変更することでECMTの動作を調整できます。

サービスは、ネットワークエッジで設定によって特定のECMT B-VIDに割り当てられます。その結果、そのサービスに関連付けられた非参加パケットは、目的のECMTエンドツーエンドパスに関連付けられたVIDでカプセル化されます。したがって、このサービスに関連付けられたすべての個別アドレスおよびグループアドレストラフィックは、適切なECMT B-VIDを使用し、適切な等コストマルチパス上でエンドツーエンドで対称的に伝送されます。IP/MPLSなどの他のシステムで使用されるハッシュソリューションとは異なり、基本的にオペレータがどのサービスをどのECMTパスに割り当てるかを決定します。ツリーは、何らかの形式のハッシュが発生するツリー「ブランチ」セグメント内でリンクアグリゲーション（LAG）グループをサポートできます。

この対称的かつエンドツーエンドのECMT動作により、IEEE 802.1aqは予測性の高い動作を実現し、オフラインエンジニアリングツールは正確なデータフローを正確にモデル化できます。この動作は、片道遅延測定が重要なネットワークにも有利です。片道遅延は往復遅延の1/2として正確に計算できるためです。このような計算は、IEEE 1588などの時刻配信プロトコルで、高精度クロックソースと無線基地局間で必要な周波数および時刻同期に使用されます。

上に示した3つの図[5,6,7]は、異なるネットワークトポロジにおける8および16の等コストツリー（ECT）の動作を示しています。これらは802.1aqネットワークエミュレータのスクリーンキャプチャを合成したもので、送信元を紫色、宛先を黄色、そして計算された利用可能な最短経路をピンク色で示しています。線が太いほど、そのリンクを使用する最短経路が多いことを示しています。アニメーションは3つの異なるネットワークと、さまざまな送信元と宛先のペアを示しており、何が起こっているかを視覚的に理解しやすいように、常に変化しています。

等コストツリー（ECT）アルゴリズムは、OPAQUEデータの使用によってほぼ拡張可能であり、16進アルゴリズムをほぼ無限に拡張できます。他の標準化団体やベンダーが、現在定義されているアルゴリズムをベースに、様々なネットワークスタイルに適した動作を持つバリエーションを開発することが期待されています。また、多数の共有ツリーモデルが定義され、ホップバイホップのハッシュベースの等コストマルチパス（ECMP）スタイルの動作も定義されることが予想されます。これらはすべて、VIDと、すべてのノードが実行に合意するアルゴリズムによって定義されます。

交通工学

802.1aq はホップバイホップでトラフィックを分散しません。その代わりに、802.1aq ではネットワークエッジでサービス ID (ISID) を VLAN ID (VID) に割り当てることができます。VID はネットワーク内の最短パスノード群の 1 つにのみ対応し、そのルーティングから外れることはありません。異なるノード間に 10 個程度の最短パスがある場合、異なるサービスを異なるパスに割り当て、特定のサービスのトラフィックが特定のパスを正確にたどることを確認できます。このようにして、トラフィックを目的の最短パスに簡単に割り当てることができます。パスの 1 つが過負荷になった場合、ネットワークエッジでサービスの ISID を負荷の少ない別の VID に再割り当てすることで、一部のサービスをその最短パスから移動することができます。

ルーティングの決定論的な性質により、実際のルートは VLAN 識別子以外のパケット ヘッダーの内容に依存しないため、ネットワーク負荷のオフライン予測/計算/実験がはるかに簡単になります。

図4 - 等価コスト最短経路：サービスへの割り当て

図4は、ノード7と5の間に4つの異なる等コストパスを示しています。オペレータは、ノード7と5のサービスを4つのVIDのいずれかに割り当てることで、ノード[0と2]および[1と3]間のカット全体で比較的良好なトラフィックバランスを実現できます。ネットワーク内で4つ以上の等コストツリー（ECT）パスを使用すると、これらの4つのパスすべてを使用できる可能性が高くなります。同様の方法で、ノード6と4の間でもバランスを実現できます。

事業者がサービスを最短経路に手動で割り当てたくない場合、スイッチベンダーはISIDを利用可能なVIIDの1つにハッシュすることで、ある程度の非工学的拡散を可能にすることができます。例えば、ECT-VIDの数を法とするISIDを使用して、実際に使用する相対VIDを決定することができます。

ECTパスの多様性が十分でない場合、オペレータは分散ECTアルゴリズムへの入力を調整し、特定のノードのブリッジ優先度を調整することで、そのノードからの吸引力または反発力を適用することができます。これは、オフラインツールを用いて、望ましい経路が得られるまで実験することができ、得られた経路が得られたら、実際のネットワークにバイアスを適用し、得られた経路にISIDを移動することができます。

図6のアニメーションを見ると、66ノードネットワークにおけるトラフィックエンジニアリングで利用可能な多様性が分かります。このアニメーションでは、ハイライト表示された各送信元から宛先まで8つのECTパスが利用可能であり、したがってサービスはVIDに基づいて8つの異なるプールに割り当てることができます。したがって、図6における初期割り当ての1つは（ISIDを8で割ったもの）であり、その後必要に応じて微調整を行うことができます。

例

図1 - ノード、リンク、インターフェースインデックスの例

ここでは、ユニキャストとマルチキャストの最短パス ツリーに重点を置き、小さな例で SPBM の動作について説明します。

図 1 に示すネットワークは、0 から 7 までの番号が付けられた 8 つの参加ノードで構成されています。これらは、IEEE 802.1aq プロトコルを実行するスイッチまたはルータです。参加ノード 8 台それぞれに、1 から 5 までの番号が付けられた隣接関係が存在します。これらは、インターフェイス インデックス、あるいはポート番号に対応すると考えられます。802.1aq はパラレル インターフェイスをサポートしていないため、各インターフェイスは隣接関係に対応します。ポート番号とインターフェイス インデックス番号は当然ローカルであり、計算結果からインターフェイス インデックス (ユニキャストの場合) またはインターフェイス インデックスのセット (マルチキャストの場合) が生成されるため、ここに表示されます。これらのインデックスは、宛先 MAC アドレスおよびバックボーン VID とともに、転送情報ベース (FIB) の一部となります。

ネットワークには、4 つのノード (0..3) の完全にメッシュ化された内部コアと、4 つの外部ノード (4、5、6、7) があり、各ノードは内部コア ノードのペアに デュアル ホーム接続されています。

通常、ノードは工場出荷時にMACアドレスが割り当てられており、これがノード識別子となります。しかし、この例では、ノードのMACアドレスが00:00:00:00:N:00という形式であると仮定します。ここで、Nは図1のノードID（0..7）です。したがって、ノード2のMACアドレスは00:00:00:00:02:00です。ノード2は、ノード2のインターフェース/5を介してノード7（00:00:00:00:07:00）に接続されています。

IS -ISプロトコルは、参加ノード間のリンクであるため、表示されているすべてのリンクで実行されます。IS-IS Helloプロトコルには、プロトコルで使用されるバックボーンVIDに関する情報など、802.1aq向けの追加機能がいくつか含まれています。ここでは、オペレータがこのネットワーク上の802.1aqインスタンスにバックボーンVID 101と102を使用することを選択したと仮定します。

ノードは自身のMACアドレスをIS-IS SysIdとして使用し、単一のIS-ISレベルに参加してリンクステートパケット（IS-IS用語ではLSP）を交換します。LSPにはノード情報とリンク情報が含まれており、すべてのノードがネットワークのトポロジ全体を学習します。この例ではリンクウェイトを指定していないため、IS-ISプロトコルはすべてのリンクに対してデフォルトのリンクメトリックを選択します。したがって、すべてのルーティングは最小ホップカウントになります。

トポロジ検出後の次のステップは、ECMP VID の両方に対するユニキャスト ルートの分散計算と、ユニキャスト転送テーブル (FIB) の入力です。

図2 - ノード7と5間の2つのECMPパス

ノード 7 からノード 5 へのルートについて考えてみましょう。等コスト パスが複数あります。802.1aq では、そのうちの 2 つを選択する方法が規定されています。1 つ目は、Low PATH ID パスと呼ばれます。これは、最小のノード ID を持つパスです。この場合、Low PATH ID パスは 7->0->1->5 パスです (図 2 の赤色で表示)。したがって、そのパス上の各ノードは、最初の ECMP VID 101 を使用して、ノード 5 の MAC アドレスへの転送エントリを作成します。逆に、802.1aq では、High PATH ID と呼ばれる 2 番目の ECMP タイブレーク アルゴリズムが規定されています。これは、最大ノード ID を持つパスであり、例では 7->2->3->5 パスです (図 2 の青色で表示)。

したがって、ノード 7 には、次のような内容を示す FIB が含まれます。

  • MAC 00:00:00:05:00 / vid 101 次のホップは interface/1 です。
  • MAC 00:00:00:05:00 / vid 102 次のホップは interface/2 です。

ノード 5 の FIB には、まさにその逆が含まれます。

  • MAC 00:00:00:07:00 / vid 101 次のホップは interface/1 です。
  • MAC 00:00:00:07:00 / vid 102 次のホップは interface/2 です。

中間ノードも一貫した結果を生成するため、たとえば、ノード 1 には次のエントリが含まれます。

  • MAC 00:00:00:07:00 / vid 101 次のホップは interface/5 です。
  • MAC 00:00:00:07:00 / vid 102 次のホップは interface/4 です。
  • MAC 00:00:00:05:00 / vid 101 次のホップは interface/2 です。
  • MAC 00:00:00:05:00 / vid 102 次のホップは interface/2 です。

ノード 2 には次のエントリが存在します。

  • MAC 00:00:00:05:00 / vid 101 次のホップは interface/2 です。
  • MAC 00:00:00:05:00 / vid 102 次のホップは interface/3 です。
  • MAC 00:00:00:07:00 / vid 101 次のホップは interface/5 です。
  • MAC 00:00:00:07:00 / vid 102 次のホップは interface/5 です。

ノード7に接続された非参加デバイスがノード5の非参加デバイスと通信する場合（例えば、図3でデバイスAがデバイスCと通信する場合）、これらのデバイスはMAC-in-MACカプセル化フレームを使用して、これらの最短パスのいずれかを介して通信します。いずれのNNIリンクのMACヘッダーにも、外部送信元アドレスが00:00:00:70:00、外部宛先アドレスが00:00:00:50:00、BVIDが101または102（この非参加ポート/VIDセットに選択された値に応じて）として表示されます。ノードAから受信され、ノード7で挿入されたヘッダーは、ノード5の非参加デバイスCに戻るまで、どのリンクでも変更されません。参加デバイスはすべて、単純なDA+VIDルックアップを実行して送信インターフェースを決定し、受信インターフェースがパケットのSA+VIDの適切なネクストホップであることを確認します。参加ノードのアドレス00:00:00:00:00:00 ... 00:00:00:07:00は学習されませんが、IS-ISによってノードのSysIdとしてアドバタイズされます。

非参加クライアント（図 3 の A、B、C、D など）のアドレスへのユニキャスト転送は、もちろん、最初のホップの参加ノード（7 など）が、最後のホップの参加ノード（5 など）が目的の非参加ノード（C など）に接続されていることを認識できる場合にのみ可能です。この情報は IEEE 802.1aq では通知されないため、学習する必要があります。学習のメカニズムはIEEE 802.1ahと同じです。つまり、対応する外側の MAC ユニキャスト DA が不明な場合は、マルチキャスト DA に置き換えられ、応答を受信すると、その応答の SA から、応答の送信元である非参加ノードに到達するために使用する DA がわかるようになります。たとえば、ノード 7 は、ノード 5 が C に到達できることを学習します。

図3 - E-LAN​​の送信元ごと、サービスごとのマルチキャスト

非参加ポート群をサービスごとにグループ化/スコープし、相互にマルチキャストしないようにするため、IEEE 802.1aqは送信元ごと、サービスごとのマルチキャスト転送メカニズムを提供し、これを実現するための特別なマルチキャスト宛先アドレス形式を定義しています。マルチキャストアドレスはツリーを一意に識別する必要があり、送信元ごとに一意のサービスごとにツリーが存在するため、マルチキャストアドレスは2つの要素で構成されます。下位24ビットのサービス要素と上位22ビットのネットワーク全体で一意の識別子です。これはマルチキャストアドレスであるため、マルチキャストビットが設定されています。また、これらの生成されたアドレスには標準のOUI空間を使用していないため、これらのアドレスの曖昧性を解消するためにローカル「L」ビットが設定されています。上の図3では、これはDA=[7,O]で表されており、7はノード7から発信されたパケットを表し、色付きのOはスコープされているE-LAN​​サービスを表しています。

サービスに対してマルチキャスト転送を作成する前に、そのサービスに接続するポートを持つノードに、メンバーであることを通知する必要があります。例えば、ノード7、4、5、6は、特定のサービス（例えばサービス200）のメンバーであり、さらにBVID 101を使用する必要があることが通知されます。これはISISによって通知され、すべてのノードはSPBM計算を実行し、ヘッドエンドとして参加しているか、テールエンドとして参加しているか、あるいはサービス内の他のヘッドエンドとテールエンド間のタンデムポイントとして参加しているかを判断します。ノード 0 はノード 7 と 5 の間のタンデムであるため、このサービスのノード 7 からノード 5 へのパケットの転送エントリを作成します。同様に、ノード 7 と 4 の間のタンデムであるため、このサービスのパケットについてノード 7 からノード 4 への転送状態を作成します。この結果、DA/VID が 1 と 2 の 2 つのインターフェイスに出力を持つ、真のマルチキャスト エントリが生成されます。一方、ノード 2 はこのサービスで最短パスが 1 つだけであるため、このサービスのパケットについてノード 7 からノード 6 への単一の転送エントリのみを作成します。

図3は、単一のE-LAN​​サービスと、メンバーの1つからのツリーのみを示しています。しかし、メンバーシップのアドバタイズ、タンデム動作の計算、既知のマルチキャストアドレスの生成、FIBへの設定を行うことで、ネットワーク内の2ノードからすべてのノードまで、非常に多くのE-LAN​​サービスをサポートできます。唯一の実質的な制限要因は、FIBテーブルのサイズと個々のデバイスの計算能力であり、どちらも毎年飛躍的に増加しています。

実装に関する注意事項

802.1aq は、サービス アタッチメント (I-SID) 情報が追加された IS-IS トポロジ情報を取得し、一連の計算を実行して、ユニキャストおよびマルチキャスト エントリの転送テーブル (フィルタリング テーブル) を生成します。

802.1aq に必要な情報を伝達する IS-IS 拡張機能は、以下に示すisis-layer2 IETF ドキュメントに記載されています。

802.1aqの実装では、まずIS-IS Helloパケットを修正し、802.1aq用に予約されているプロトコルサポート型長値（TLV）（タイプ129）にNLPID（ネットワーク層プロトコル識別子）0xC01を追加します。HelloパケットにはMSTID（各VIDの目的を示す）も含める必要があります。最後に、各ECMT動作をVIDに割り当て、Helloパケット内で交換する必要があります。Helloパケットは通常、タグなしで実行されます。IPのNLPIDは802.1aqの隣接関係を形成するために必須ではありませんが、隣接関係が存在する場合でもNLPIDが隣接関係を妨げることはありません。

リンクには802.1aq固有のメトリックが割り当てられ、IPリンクメトリックとほぼ同一のTLV（Type Length Value）で伝送されます。計算では常に2つの単方向リンクメトリックの最大値が使用され、対称ルートの重みが適用されます。

ノードには、グローバルに識別するためのMACアドレスが割り当てられ、これに基づいてIS-IS SYSIDが形成されます。通常、ボックスMACアドレスがこの役割を果たします。エリアIDは802.1aqでは直接使用されませんが、当然ながら、同じ802.1aqネットワーク内のノードでは同じである必要があります。複数のエリア/レベルはまだサポートされていません。

ノードにはさらに、ネットワーク全体で一意の20ビット識別子であるSPSourceIDが割り当てられます。これは、SYSID（一意の場合）の下位20ビットになる場合が多く、動的にネゴシエートしたり手動で設定したりすることも可能です。

SPSourceID と B-VID への ECMT の割り当ては、独自の 802.1aq TLV で IS-IS ネットワークにアドバタイズされます。

802.1aqの計算は、802.1aqリンクウェイトを持ち、NLPID 0xC01をサポートするノード間のリンクに限定されます。前述の通り、リンクウェイトは計算上、2つの異なる値の最小値を取ることで対称となるように強制されます。

サービスが ECMT 動作への I-SID 割り当ての形式で設定されている場合、その I-SID は、必要な ECMT 動作とその送信および受信プロパティの表示とともにアドバタイズされます (もちろん、この目的で新しい TLV が使用されます)。

802.1aqノードはIS-ISアップデートを受信すると、802.1aqをサポートする他のすべてのIS-ISノードへの唯一の最短経路を計算します。ECMT動作ごとに、唯一の（対称）最短経路が1つ存在します。この一意性とECMTを強制するために使用されるタイブレークについては、以下で説明します。

ユニキャストFDB/FIBは、この最初の最短経路計算に基づいて作成されます。生成されたECMT動作/B-VIDごとに1つのエントリが作成されます。

トランジットマルチキャスト計算（トランジットレプリケーションが必要な場合にのみ適用され、ヘッドエンドレプリケーションを選択したサービスには適用されません）は様々な方法で実装できますが、効率性を維持するよう注意が必要です。一般的には、一連の最短経路計算を実行する必要があります。基本的な要件は、「一方がI-SIDを送信し、もう一方がそのI-SIDを受信する2つのノード間の最短経路上にあるかどうか」を判断することです。

この計算のパフォーマンスの悪い疑似コードは次のようになります。 

少なくとも1つの送信ISIDを発信するネットワーク内の各ノードに対して、 SPF = すべての ECMT B-VID の NODE から最短パス ツリーを計算します。 各ECMT動作について、ノードの各NEIGHBORに対して、このECMTのノードへのSPFにNEIGHBORがある場合は、 T = ノードの送信ISIDとすべての受信ISIDを結合したもの SPF上の私たちの下のISID T内の各ISIDについて マルチキャストエントリを作成/変更します。[ MAC-DA = NODE.SpsourceID:20||ISID:24||ローカルビット:1||マルチキャストビット:1 B-VID = このECMTに関連付けられたVID 出力ポート = NEIGHBORへのインターフェース in port = このECMTのSPF上のNODEへのポート ]

上記の擬似コードは、ほとんどの場合、厳密に必要な数よりも多くのSPFを計算します。また、ノードが他の2つのノード間の最短経路上にあるかどうかを判断するためのより優れたアルゴリズムが知られています。IEEEで発表された論文への参照を以下に示します。この論文では、必要な外部反復回数を大幅に削減する、はるかに高速なアルゴリズムが示されています。

ただし、一般的には、上記の徹底的なアルゴリズムでも、慎重に作成すれば、1 GHz 以上の一般的な CPU で数十ミリ秒以内に数百のノード ネットワークを処理できます。

ヘッドエンド レプリケーションを選択した ISID の場合、計算は簡単で、その ISID を受信する他の接続ポイントを見つけて、それらに 1 つずつレプリケーションするためのシリアル ユニキャスト テーブルを作成するだけです。

タイブレーク

802.1aq は、決定論的かつ対称的で下流に一致する最短経路を生成する必要があります。つまり、特定のノードが順方向と逆方向に同じ経路を計算するだけでなく、その経路上の下流 (および上流) の他のすべてのノードも同じ結果を生成しなければなりません。この下流の一致は、宛先アドレスと VID のみを使用して次のホップを決定するため、イーサネットのホップバイホップ転送の性質によるものです。これは陥りやすい罠であるため、802.1aq 用の他の ECMT アルゴリズムを設計する際には、この点に留意することが重要です。これは、ISIS によって 802.1aq 用にアドバタイズされる単方向リンク メトリックを取得し、それらが対称であることを確認することから始まります。これは、計算を行う前に、両端で 2 つの値の最小値を取得するだけで行われます。ただし、これだけでは対称性が保証されるわけではありません。

図7 - タイブレークとパス識別子

802.1aq規格では、PATHIDと呼ばれるメカニズムが規定されています。これは、ネットワーク全体でパスに一意の識別子を与えるものです。これは、同点を決定論的に決着させる方法を理解する上で有用な論理的な方法ですが、実際にはこのような同点判定を実装する方法ではありません。PATHIDは、パスを構成するSYSID（エンドポイントは含まない）の並びとして定義されます。つまり、ネットワーク上のすべてのパスは、ネットワーク内のどこでパスが検出されたかに関係なく、一意のPATHIDを持ちます。

802.1aqは、最短経路計算において選択肢がある場合、常にPATHIDが最も低いパスを選択します。これにより、すべてのノードが同じ決定を下すことが保証されます。

例えば、上の図7では、ノード7とノード5の間に、青、緑、ピンク、茶色で示されているように、等コストパスが4つあります。これらのパスのPATHIDは次のとおりです。

  • PATHID[brown] = {0,1}
  • PATHID[pink] = {0,3}
  • PATHID[green] = {1,2}
  • PATHID[blue] = {2,3}

したがって、最も低い PATHID は茶色のパス {0,1} になります。

この低PATHIDアルゴリズムには、非常に望ましい特性があります。第一に、パスに沿って最も低いSYSIDを探すだけで段階的に実行できること、第二に、競合する2つのパスをバックトラックし、それらの最小のSYSIDを探すだけで段階的に動作する効率的な実装が可能であることです。

低PATHIDアルゴリズムは、802.1aqにおけるすべてのタイブレークの基礎です。ECMTも低PATHIDアルゴリズムをベースにしており、ECMTアルゴリズムごとに異なるSYSIDの組み合わせを入力するだけです。最も通過しやすい組み合わせは、SYSIDを0xfff...とXOR演算して完全に反転させたものです。その後、2つの最小値のうちの最小値を探します。このアルゴリズムは、等コストの選択肢が2つある場合、論理的に最大のPATHIDパスを選択するため、高PATHIDと呼ばれます。

図7の例では、PATHIDが最も高いパスは、PATHIDが{2,3}である青いパスです。すべてのSYSIDを反転し、低いPATHIDアルゴリズムを実行するだけで、同じ結果が得られます。

定義されている他の14のECMTアルゴリズムは、SYSIDを異なるビットマスクとXOR演算することで、ビットの分散を比較的良好にするように設計された様々な順列を使用します。順列が異なると、紫と緑のパスが順に最も低くなることは明らかです。

ECTアルゴリズムで使用される17個の64ビットマスクは、同じバイト値を8回繰り返して各64ビットマスクを埋めるものです。これらの17個のバイト値は次のとおりです。 

ECT -マスク[ 17 ] = { 0x00 、0x00 、0xFF 、0x88 、0x77 、0x44 、0x33 、0xCC 、0xBB 、0x22 、0x11 、0x66 、0x55 、0xAA 、0x99 、0xDD 、0xEE };

ECT-MASK[0]は共通のスパニングツリーアルゴリズム用に予約されており、ECT-MASK[1]は最短パス優先ツリーの低PATHIDセットを作成し、ECT-MASK[2]は最短パス優先ツリーの高PATHIDセットを作成し、他のインデックスは最短パス優先ツリーの比較的多様な順列を作成します。

さらに、ECMTのタイブレークアルゴリズムは、ある程度の人間によるオーバーライドや微調整も可能にしています。これは、SYSIDに加えてBridgePriorityフィールドを含めることで実現され、この組み合わせ（BridgeIdentifier）がECTアルゴリズムの入力となります。BridgePriorityを上下に調整することで、パスのPATHIDを他のパスと比較して上下させることができ、大幅な調整が可能になります。

上記の説明は、タイブレークを理解するためのわかりやすい方法を示しています。実際の実装では、競合する 2 つの等コスト パス (通常はDijkstra 最短パスの計算中) で分岐ポイントから結合ポイントまで単純にバックトラックし、(マスク後の) BridgePriority|SysId が最も低いパスを選択します。

相互運用性

IEEE 802.1aqの最初の公開相互運用性テストは、2010年10月にオタワで開催されました。2つのベンダーがSPBM実装を提供し、合計5台の物理スイッチと32台のエミュレートされたスイッチが制御/データとOA&M用にテストされました。[ 29 ]

2011年1月にはオタワで5つのベンダーと6つの実装によるイベントが開催され[ 30 ] 、 2013年にはラスベガスで開催されたInteropイベントではSPBMネットワークがバックボーンとして使用されました。[ 31 ] [ 32 ]

競合他社

MC-LAG、VXLAN、QFabricなどが提案されているが、IETF TRILL標準（Transparent Interconnect of Lots of Links）はIEEE 802.1aqの主要な競合相手と考えられており、「2つの標準提案の相対的なメリットと相違点の評価は、現在ネットワーク業界で熱く議論されているトピックである。」[ 33 ]

展開

導入の考慮事項と相互運用性のベストプラクティスは、IETFの文書「SPB導入の考慮事項」に記載されている[ 34 ]。

  • 2013 Interop：ネットワーキングリーダーによる最短経路ブリッジングのデモ[ 35 ]
  • 2014 Interop：InteropNetがIPv6に対応、最短経路ブリッジングを含む[ 36 ]

Extreme Networksは、Avaya Networkingの事業と資産を買収したことで、現在SPBベースの導入をリードする企業となっています。同社の強化・拡張されたSPB実装（統合されたレイヤー3 IPルーティングおよびIPマルチキャスト機能を含む）は、「Fabric Connect」テクノロジーの名称で販売されています。さらに、Extreme Networksは、 IEEE 802.1AB LLDPベースの通信プロトコルを活用し、従来のイーサネットスイッチを介してエンドデバイスにSPBMベースのサービスを自動的に拡張する手段を定義するIETFインターネットドラフトをサポートしています。この機能（「 Fabric Attach 」テクノロジーとして販売）は、エンドデバイスの自動接続を可能にし、VLAN/I-SID（VSN）マッピングの動的設定も含みます。[ 37 ] [ 38 ]

Avaya（エクストリームネットワークスに買収）は、さまざまな業界の企業向けにSPB/Fabric Connectソリューションを導入しています。[ 39 ]

製品サポート

参照

注記

  1. ^ 「アルカテル・ルーセント、アバイア、ファーウェイ、ソラナ、スパイレントが最短パス・ブリッジングの相互運用性を紹介」ファーウェイ、2011年9月7日。 2011年9月11日閲覧。
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参考文献

さらに読む

ウィキメディア コモンズには、 IEEE 802.1aqに関連するメディアがあります。
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