IEEE 802.1ad
IEEE 802.1adเป็นการแก้ไขเพิ่มเติม มาตรฐาน เครือข่ายIEEE 802.1Q-1998 ซึ่งเพิ่มการสนับสนุนสำหรับบริดจ์ผู้ให้บริการโดยได้รับการรวมเข้ากับมาตรฐาน 802.1Q พื้นฐานในปี 2011 [ 1 ]เทคนิคที่ระบุโดยมาตรฐานนี้เรียกกันอย่างไม่เป็นทางการว่าVLAN แบบเรียงซ้อนหรือQinQ
ข้อกำหนด 802.1Q ดั้งเดิมอนุญาต ให้แทรกส่วนหัว เครือข่ายพื้นที่ท้องถิ่นเสมือน (VLAN) เพียงรายการเดียวลงในเฟรมอีเธอร์เน็ต QinQ อนุญาตให้แทรกแท็ก VLAN หลายรายการลงในเฟรมเดียว ซึ่งเป็นความสามารถที่สำคัญสำหรับการใช้งานเมโทรอีเธอร์เน็ต[ 2 ]
ในบริบทของส่วนหัว VLAN หลายตัว เพื่อความสะดวก คำว่าแท็ก VLANหรือ เรียกสั้น ๆ ว่า แท็กมักถูกใช้แทน ส่วนหัว VLAN 802.1Q QinQ อนุญาตให้มีแท็ก VLAN หลายตัวในเฟรมอีเธอร์เน็ต โดยรวมแล้ว แท็กเหล่านี้จะประกอบกันเป็นสแต็กแท็ก เมื่อใช้ในบริบทของเฟรมอีเธอร์เน็ต เฟรม QinQ คือเฟรมที่มีส่วนหัว VLAN 802.1Q สองส่วนหัว (กล่าวคือ มีแท็กสองตัว)
พื้นหลัง
มาตรฐาน 802.1ad กำหนดสถาปัตยกรรมและโปรโตคอลบริดจ์เพื่อให้บริการ ควบคุมการเข้าถึงสื่อ (MAC) แยกกันแก่ผู้ใช้อิสระหลายรายในเครือข่ายท้องถิ่นแบบบริดจ์ ในลักษณะที่ไม่ต้องอาศัยความร่วมมือระหว่างผู้ใช้ และต้องการความร่วมมือขั้นต่ำระหว่างผู้ใช้และผู้ให้บริการ MAC
แนวคิดก็คือ การเปิดโอกาสให้ลูกค้าสามารถใช้งาน VLAN ของตนเองภายใน VLAN ที่ผู้ให้บริการจัดหาให้ได้ ตัวอย่างเช่น ด้วยวิธีนี้ ผู้ให้บริการสามารถกำหนดค่า VLAN เพียงหนึ่งเดียวสำหรับลูกค้า และลูกค้าก็สามารถใช้งาน VLAN นั้นเสมือนเป็นTrunkได้
มาตรฐาน IEEE 802.1ad ถูกสร้างขึ้นด้วยเหตุผลดังต่อไปนี้:
- 802.1Q มีฟิลด์ VLAN ID 12 บิต ซึ่งมีข้อจำกัดอยู่ที่ 2 12 (4096) แท็ก[ 3 ] ด้วยการเติบโตของเครือข่าย ข้อจำกัดนี้จึงยิ่งทวีความรุนแรงขึ้น เฟรมที่มีแท็กคู่มีข้อจำกัดอยู่ที่ 4096 × 4096 = 16777216 แท็ก ซึ่งสามารถรองรับการเติบโตของเครือข่ายได้มากขึ้น[ 2 ]
- การเพิ่มแท็กตัวที่สองทำให้สามารถดำเนินการต่างๆ ที่ไม่สามารถทำได้หากฟิลด์ VLAN ID ถูกขยายจาก 12 บิตเป็น 24 บิต (หรือค่าขนาดใหญ่อื่นๆ) การมีแท็กหลายตัว—สแต็กแท็ก—ช่วยให้สวิตช์สามารถแก้ไขเฟรมได้ง่ายขึ้น ในรูปแบบสแต็กแท็ก สวิตช์สามารถเพิ่ม ลบ หรือแก้ไขแท็กเดียวหรือหลายแท็กได้ การที่ผู้ผลิตอุปกรณ์เครือข่ายจะแก้ไขอุปกรณ์ที่มีอยู่โดยการสร้างส่วนหัว 802.1Q หลายตัวนั้นง่ายกว่าการแก้ไขอุปกรณ์เพื่อใช้งานส่วนหัวฟิลด์ VLAN ID ที่ขยายเพิ่มเติมแบบใหม่ที่ไม่ใช่ 802.1Q
- เฟรมที่มีแท็กหลายรายการไม่เพียงแต่มี VLAN ID หลายรายการเท่านั้น แต่ยังมี ฟิลด์บิต ของจุดรหัสลำดับความสำคัญ (PCP) และตัวบ่งชี้ที่มีสิทธิ์ดรอป (DEI) หลายรายการอีกด้วย[ 3 ]
- สแต็กแท็กสร้างกลไกสำหรับผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตในการห่อหุ้มทราฟฟิก 802.1Q ที่มีแท็กเดียวของลูกค้าด้วยแท็กเดียว โดยเฟรมสุดท้ายจะเป็นเฟรม QinQ แท็กภายนอกใช้เพื่อระบุและแยกทราฟฟิกจากลูกค้าที่แตกต่างกัน แท็กภายในจะถูกเก็บรักษาไว้จากเฟรมเดิม[ 4 ]
- เฟรม QinQ เป็นวิธีการที่สะดวกในการสร้าง อุโมงค์ เลเยอร์ 2หรือใช้นโยบายคุณภาพการบริการ (QoS) [ 5 ]
- 802.1ad สามารถใช้งานร่วมกับ 802.1Q ได้ แม้ว่า 802.1ad จะจำกัดไว้ที่สองแท็ก แต่มาตรฐานนี้ไม่มีข้อจำกัดสูงสุดที่อนุญาตให้เฟรมเดียวมีแท็กได้มากกว่าสองแท็ก ซึ่งช่วยให้โปรโตคอลสามารถพัฒนาต่อไปได้ ในทางปฏิบัติ โครงสร้างของผู้ให้บริการมักคาดการณ์และใช้งานเฟรมที่มีแท็กมากกว่าสองแท็กอยู่แล้ว
มาตรฐาน IEEE 802.1ad ได้รับการอนุมัติเมื่อวันที่ 7 ธันวาคม พ.ศ. 2548 และเผยแพร่เมื่อวันที่ 26 พฤษภาคม พ.ศ. 2549 [ 6 ]
รูปแบบเฟรม
ตัวอย่างเหล่านี้เป็นเฟรม Ethernet IIที่มี ฟิลด์ EtherTypeมาตรฐานนี้ยังสามารถใช้ได้กับ เฟรม IEEE 802.3ที่มีหรือไม่มี LLC (เช่นLogical Link Control , ส่วนหัว LLC+SNAP) เฟรมด้านบนเป็นเฟรม Ethernet II แบบธรรมดา เฟรมตรงกลางมีแท็ก 802.1Q เพิ่มเข้ามา เฟรมด้านล่างมีแท็ก 802.1Q เพิ่มเข้ามาอีก
ส่วนหัว 802.1Q ซึ่งมีความยาวสี่ไบต์จะถูกเพิ่มเข้าไปในเฟรม Ethernet II ที่ไม่มีแท็กในลักษณะดังต่อไปนี้:
- แท็กขนาดสี่ไบต์จะถูกแทรกระหว่างที่อยู่ MAC ต้นทาง (SAMAC) ของเฟรมที่ไม่มีแท็กและฟิลด์ EtherType ของเฟรมนั้น
- EtherType ของส่วนหัว VLAN ที่แทรกใหม่จะถูกตั้งค่าเป็น 0x8100 เพื่อระบุข้อมูลต่อไปนี้ว่าเป็นแท็ก VLAN [ 7 ]
- มีการใช้ 12 บิตสำหรับรหัส VLAN ส่วนบิตอื่นๆ ในฟิลด์ VLAN จะถูกเติมตามนโยบาย QoS เป็นต้น ของอินเทอร์เฟซที่เกิดการติดแท็กขึ้น
โปรดสังเกตว่าหลังจากแทรกส่วนหัว 802.1Q ลงในเฟรมที่ไม่มีแท็กแล้ว EtherType เดิมของเฟรมดูเหมือนจะเปลี่ยนเป็น 0x8100 ส่วน EtherType เดิมของเฟรมที่ไม่มีแท็กในเฟรมที่มีแท็กเดียวจะอยู่ติดกับส่วนข้อมูล และค่าของมันจะไม่เปลี่ยนแปลง
มีการเพิ่มส่วนหัว 802.1Q ตัวที่สองลงในเฟรมที่มีแท็กเดียวในลักษณะดังต่อไปนี้:
- แท็กที่สองจะถูกแทรกอยู่ระหว่างที่อยู่ MAC ต้นทางและแท็กแรก ซึ่งหมายความว่าแท็กที่สองจะอยู่ใกล้กับจุดเริ่มต้นของเฟรมมากกว่าแท็กแรก (ดั้งเดิม)
- โดยค่าเริ่มต้น แท็กใหม่นี้จะถูกกำหนดค่า EtherType เป็น 0x88A8 (แทนที่จะเป็น 0x8100 มาตรฐาน .1Q) [ 7 ] [ a ]
- มีการใช้ 12 บิตสำหรับรหัส VLAN ส่วนบิตอื่นๆ ในฟิลด์ VLAN จะถูกเติมตามนโยบาย QoS เป็นต้น ของอินเทอร์เฟซที่เกิดการติดแท็กขึ้น
การเพิ่มแท็กครั้งที่สามหรือครั้งต่อๆ ไป จะแทรกแท็กนั้นไว้ด้านหน้าแท็กก่อนหน้า โดยอยู่ใกล้กับส่วนหัว Ethernet มากที่สุด EtherType ดั้งเดิมของเฟรมจะอยู่หลังแท็กทั้งหมดและติดกับส่วนข้อมูลเสมอ ในกรณีของเฟรม 802.3 EtherType นี้จะเป็นค่าความยาวแทน และจะมีค่าความยาวจากจุดนั้นไปจนถึงท้ายเฟรม ในกรณีของเฟรม 802.3 ที่มีส่วนหัว LLC ส่วนหัว LLC จะยังคงอยู่หลังฟิลด์ความยาวและติดกับส่วนข้อมูล
หลักเกณฑ์การใช้คำศัพท์ตามมาตรฐาน 802.1ad โดยทั่วไปมีดังนี้:
- แท็กภายในคือแท็กที่อยู่ใกล้กับส่วนข้อมูลของเฟรมมากที่สุด โดยมีชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่าC-TAGสำหรับแท็กของลูกค้าที่มี EtherType 0x8100 [ 3 ]
- แท็กภายนอกคือแท็กที่อยู่ใกล้กับส่วนหัวอีเธอร์เน็ตมากที่สุด ชื่อของมันคือS-TAGซึ่งย่อมาจากservice tagที่มี EtherType 0x88a8 [ 3 ]
- ในเฟรมที่มีแท็กมากกว่าหนึ่งแท็ก แท็กเหล่านั้นจะถูกกำหนดหมายเลข 1 ถึง N และปรากฏเรียงลำดับต่อเนื่องกันในเฟรมจากส่วนหัวของอีเธอร์เน็ตไปจนถึงส่วนข้อมูล ในกรณีนี้ แท็กที่อยู่ด้านในสุดคือ C-TAG และแท็กอื่นๆ ทั้งหมดคือ S-TAG
- สำหรับเฟรมที่มีแท็กเดียว (802.1Q) แท็กนั้นจะถูกกำหนดให้เป็นแท็ก 1เมื่อใช้ร่วมกับแท็ก 802.1ad
ใน IEEE 802.1ad ตัวบ่งชี้รูปแบบมาตรฐาน (CFI) บิตเดียวจะถูกแทนที่ด้วยตัวบ่งชี้คุณสมบัติการดรอป (DEI) ซึ่งเพิ่มฟังก์ชันการทำงานของฟิลด์ PCP [ 3 ]
การดำเนินการแท็ก
ในสแต็กแท็ก การดำเนินการ pushและpopจะทำที่ปลายแท็กด้านนอกของสแต็ก ดังนั้นแท็กที่เพิ่มโดย การดำเนินการ push แท็กจะกลายเป็นแท็กด้านนอกใหม่ และแท็กที่จะถูกลบออกโดยการดำเนินการ popแท็กจะเป็นแท็กด้านนอกปัจจุบัน[ 5 ]
ตัวอย่าง
เครือข่ายเสมือน
ตัวอย่างง่ายๆ นี้จะแสดงให้เห็นถึงการใช้งานจริงของ 802.1ad แผนภาพแสดงสวิตช์เป็นรูปหกเหลี่ยม และเครือข่ายของผู้ให้บริการ (SP) ครอบคลุมอุปกรณ์ทั้งหมดที่อยู่ภายในวงรีเส้นประ อุปกรณ์ที่อยู่รอบนอกของวงรีคือเครือข่ายของลูกค้าของผู้ให้บริการ ตำแหน่งทางกายภาพต่างๆ ปรากฏอยู่ในสี่เหลี่ยมผืนผ้าสีเทา และรวมถึงส่วนประกอบเครือข่ายทั้งของลูกค้าและผู้ให้บริการ
ผู้ให้บริการ (SP) ให้บริการการเชื่อมต่อ L2 แก่ลูกค้าในเมืองซีแอตเติลและทาโคมา บริษัทสองแห่ง ได้แก่ Acme และ XYZ ต่างก็มีวิทยาเขตในทั้งซีแอตเติลและทาโคมา วิทยาเขตทั้งหมดใช้ LAN แบบ Ethernet และลูกค้าต้องการเชื่อมต่อผ่าน เครือข่าย VPN L2 ของ SP เพื่อให้วิทยาเขตของพวกเขาอยู่ใน LAN เดียวกัน (เครือข่าย L2) เป็นที่พึงปรารถนาสำหรับแต่ละบริษัทที่จะมี LAN เดียวที่ใช้งานได้ทั้งในซีแอตเติลและทาโคมา เพื่อหลีกเลี่ยงทางเลือกในการมี LAN สองเครือข่ายที่ต้องมีการเราเตอร์ทราฟฟิกข้าม LAN SP มีสวิตช์สองตัว ตัวหนึ่งอยู่ในซีแอตเติล (S-Switch #1) และอีกตัวหนึ่งอยู่ในทาโคมา (S-Switch #2) ลูกค้าเชื่อมต่อกับเครือข่ายของ SP ผ่านสวิตช์ที่กำหนดเป็นAและBลูกค้าแต่ละรายมีสวิตช์ A และ B ของตนเอง สวิตช์ A ของ Acme เชื่อมต่อกับ S-Switch #1 ผ่านลิงก์A1ส่วนลิงก์ที่เหลือจะถูกกำกับไว้ S-Switch #1 และ #2 เชื่อมต่อกันด้วยลิงก์S12
เครือข่าย LAN ของ Acme ใช้ VLAN ID 10, 11 และ 12 การเชื่อมต่อ A1 และ A2 เป็นสาย Ethernet trunk ที่มีการรับส่งข้อมูล VLAN แบบแท็กเดียว โดยใช้ ID 10, 11 และ 12 ในทำนองเดียวกัน XYZ ใช้ ID 11, 12 และ 13 ในเครือข่าย ดังนั้น X1 และ X2 ก็เป็นสาย trunk ที่มีการรับส่งข้อมูลแบบแท็กเดียวของ ID 11, 12 และ 13 เช่นกัน ผู้ให้บริการ (SP) มีเครือข่ายเดียวและการเชื่อมต่อเดียวระหว่าง S-Switch #1 และ S-Switch #2 จึงต้องแยกการรับส่งข้อมูลของ Acme และ XYZ เนื่องจากทั้ง Acme และ XYZ ใช้ VLAN ID ร่วมกันบางส่วน การรับส่งข้อมูลจึงไม่สามารถแยกได้ตาม VLAN ID ของลูกค้า
วิธีแก้ปัญหาคือให้ SP ใช้ 802.1ad ในเครือข่ายของตน โดยกำหนด ID แท็ก VLAN ภายนอกที่ไม่ซ้ำกันเพียงตัวเดียวเป็น 100 สำหรับ Acme และ ID แท็ก VLAN ภายนอกที่ไม่ซ้ำกันเป็น 101 สำหรับ XYZ ทราฟฟิกทั้งหมดที่ส่งจาก Acme A ไปยังเครือข่ายของ SP (ส่งผ่าน A1 ปลายทาง Acme B) จะมีแท็ก ID 100 ถูกส่งเข้าไป แท็กภายในจะเป็น 10, 11 หรือ 12 ซึ่งเป็นแท็กเดิมของ Acme ทราฟฟิกจะถูกส่งผ่าน S12 ในรูปแบบนี้ และก่อนที่จะออกจาก S-Switch #2 ที่มุ่งหน้าไปยัง Acme B (ลิงก์ A2) ทราฟฟิกทั้งหมดจะถูกลบออก (pop) โดยการลบแท็ก VLAN ภายนอกที่มี ID 100 ออก การดำเนินการ pop นี้เป็นการดำเนินการย้อนกลับของการดำเนินการ push ก่อนหน้านี้ โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ กับทราฟฟิก ทราฟฟิกจะผ่านเครือข่ายของ SP ในรูปแบบเฟรม 802.1ad แต่ไม่มีเฟรม 802.1ad ถูกส่งไปหรือรับจากลูกค้า
ปัญหาเกี่ยวกับตัวอย่างก่อนหน้านี้
วิศวกรเครือข่ายที่มีประสบการณ์จะมองเห็นข้อบกพร่องของตัวอย่างข้างต้นได้ทันที นี่คือเหตุผลที่ 802.1ad เป็นเพียงคำจำกัดความของวิธีการเพิ่มแท็กหลายแท็กให้กับเฟรมมากกว่าที่จะเป็นโซลูชันแบบครบวงจรตั้งแต่ต้นจนจบ มันถูกใช้ร่วมกับโปรโตคอลและมาตรฐานอื่นๆ ปัญหาของตัวอย่างข้างต้นมีดังนี้:
- สวิตช์จำนวนมากจะเชื่อมต่อการรับส่งข้อมูลอีเธอร์เน็ตโดยอิงตามที่อยู่ MAC ไม่ใช่ตามรหัส VLAN เรียกว่าการเรียนรู้ VLAN ร่วมกัน และดำเนินการตามการเรียนรู้ MAC/การหมดอายุของ MAC ตามมาตรฐาน 802.1d เป็นต้น[ 8 ]
- หาก Acme และ XYZ ใช้ที่อยู่ MAC เดียวกันในเครือข่ายของตน จะทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับการเรียนรู้ MAC เนื่องจากสมมติฐานในการเรียนรู้ MAC คือไม่มีโฮสต์สองตัวใดใช้ที่อยู่ MAC เดียวกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง ควรเรียนรู้ MAC จากพอร์ตของสวิตช์เพียงพอร์ตเดียวเท่านั้น[ 8 ]
- เครือข่ายของผู้ให้บริการต้องเรียนรู้ที่อยู่ MAC ของลูกค้าทั้งหมดเพื่อทำการสลับเครือข่าย ซึ่งวิธีการนี้ไม่สามารถรองรับการขยายขนาดได้ดี
- ในตัวอย่างข้างต้นไม่มีการรองรับเฟรมโปรโตคอล L2 ซึ่งSpanning Treeเป็นส่วนสำคัญที่สุด
- ความสามารถด้าน QoS เพิ่มเติมยังขาดอยู่
- บริดจ์ที่ใช้การเรียนรู้ VLAN อิสระ (IVL) กล่าวคือ แท็ก VLAN แรกจะถูกรวมเป็นส่วนหนึ่งของที่อยู่ SAMAC จะช่วยแก้ปัญหาที่กล่าวถึงในย่อหน้าที่ 1 และ 2 IVL แก้ปัญหาที่อยู่ MAC อาจถูกใช้งานโดยลูกค้ามากกว่าหนึ่งราย อย่างไรก็ตาม สวิตช์ระหว่างทางยังคงต้องเรียนรู้ชุดค่าผสม VLAN/ที่อยู่ MAC ที่แทรกทั้งหมด (12 + 48 = 60 บิต) [ 8 ]
- การออกอากาศระหว่างเครือข่าย LAN ต่างๆ เป็นประเด็นที่ต้องพิจารณาเสมอ
Provider Bridges (802.1ad) และ Provider Backbone Bridges ( มาตรฐาน IEEE 802.1ah-2008 ) แก้ไขปัญหาข้างต้นด้วยวิธีการเรียนรู้ SAMAC ที่ได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม[ 9 ]
ดูเพิ่มเติม
- แคริเออร์อีเธอร์เน็ต
- อีเธอร์เน็ตแบบเชื่อมต่อ
- IEEE 802.1
- บริดจ์โครงข่ายหลักของผู้ให้บริการIEEE 802.1ah
- IEEE 802.1aqการเชื่อมต่อเส้นทางที่สั้นที่สุด
- เมโทรอีเธอร์เน็ต
- วิศวกรรมจราจรสะพานโครงข่ายหลักของผู้ให้บริการ
- TRILL (Transparent Interconnection of Lots of Links)
หมายเหตุ
ลิงก์ภายนอก
- หน้าการพัฒนา IEEE 802.1ad
- การยุติแท็ก VLAN แบบ Q-in-Q ตามมาตรฐาน IEEE 802.1 (ซิสโก้)
- การประมวลผล VLAN แบบเรียงซ้อน (ซิสโก้)
- การกำหนดค่า Super Aggregated VLANs (Brocade) เก็บถาวรเมื่อ 2016-03-03 ที่Wayback Machine (ผ่าน archive.org เรียกดูในปี 2015)