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Articulo de referencia

IEEE 802.1ad

IEEE 802.1ad es una enmienda al estándar de red IEEE 802.1Q-1998 que agrega soporte para puentes de proveedor . Se incorporó al estándar base 802.1Q en 2011. [ 1 ] La técnica es...

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IEEE 802.1ad es una enmienda al estándar de red IEEE 802.1Q-1998 que agrega soporte para puentes de proveedor . Se incorporó al estándar base 802.1Q en 2011. [ 1 ] La técnica especificada por el estándar se conoce informalmente como VLAN apiladas o QinQ .

La especificación original 802.1Q permite insertar una única cabecera de red de área local virtual (VLAN) en una trama Ethernet. QinQ permite insertar múltiples etiquetas VLAN en una sola trama, una capacidad esencial para implementar Ethernet metropolitana . [ 2 ]

En un contexto con múltiples encabezados VLAN, por conveniencia, se suele usar el término etiqueta VLAN o simplemente etiqueta en lugar de encabezado VLAN 802.1Q . QinQ permite múltiples etiquetas VLAN en una trama Ethernet; juntas, estas etiquetas constituyen una pila de etiquetas. Cuando se utiliza en el contexto de una trama Ethernet, una trama QinQ es una trama que tiene dos encabezados VLAN 802.1Q (es decir, está doblemente etiquetada).

Fondo

El estándar 802.1ad especifica la arquitectura y los protocolos de puente para proporcionar instancias separadas de los servicios de control de acceso al medio (MAC) a múltiples usuarios independientes de una red de área local conmutada, de una manera que no requiere cooperación entre los usuarios y requiere una cantidad mínima de cooperación entre los usuarios y el proveedor del servicio MAC.

La idea es brindar, por ejemplo, la posibilidad de que los clientes ejecuten sus propias VLAN dentro de la VLAN proporcionada por el proveedor de servicios. De esta manera, el proveedor de servicios puede configurar una sola VLAN para el cliente, quien podrá tratarla como si fuera un enlace troncal .

El estándar IEEE 802.1ad se creó por las siguientes razones:

  1. 802.1Q tiene un campo de ID de VLAN de 12 bits, que tiene un límite de 2¹² ( 4096) etiquetas. [ 3 ] Con el crecimiento de las redes, esta limitación se ha vuelto más acuciante. Una trama con doble etiquetado tiene un límite de 4096 × 4096 = 16 777 216 etiquetas, lo que puede acomodar un mayor crecimiento de la red. [ 2 ]
  2. La adición de una segunda etiqueta permite operaciones que no habrían sido posibles si el campo ID de VLAN simplemente se hubiera ampliado de 12 a 24 bits (o cualquier otro valor grande). Disponer de varias etiquetas (una pila de etiquetas) permite a los conmutadores modificar las tramas con mayor facilidad. En un esquema de pila de etiquetas, los conmutadores pueden añadir, eliminar o modificar etiquetas individuales o múltiples. Para los fabricantes de equipos de red, es más sencillo modificar sus equipos existentes creando múltiples encabezados 802.1Q que modificarlos para implementar un hipotético encabezado de campo ID de VLAN extendido que no sea 802.1Q.
  3. Una trama multietiquetada no solo tiene múltiples ID de VLAN, sino que también tiene múltiples campos de bits de punto de código de prioridad (PCP) e indicador de elegibilidad de descarte (DEI). [ 3 ]
  4. Una pila de etiquetas crea un mecanismo para que los proveedores de servicios de Internet encapsulen el tráfico 802.1Q de un solo cliente con una sola etiqueta, siendo la trama final una trama QinQ. La etiqueta externa se utiliza para identificar y segregar el tráfico de diferentes clientes; la etiqueta interna se conserva de la trama original. [ 4 ]
  5. Los marcos QinQ son medios convenientes para construir túneles de capa 2 o aplicar políticas de calidad de servicio (QoS). [ 5 ]
  6. El estándar 802.1ad es compatible con versiones anteriores de 802.1Q. Si bien 802.1ad está limitado a dos etiquetas, no existe un límite máximo para un solo fotograma, lo que permite el crecimiento del protocolo. En la práctica, las topologías de los proveedores de servicios suelen prever y utilizar fotogramas con más de dos etiquetas.

El estándar IEEE 802.1ad fue aprobado el 7 de diciembre de 2005 y publicado el 26 de mayo de 2006. [ 6 ]

Formato de marco

Inserción de la etiqueta 802.1ad (abajo) en la trama Ethernet-II (arriba). La trama central muestra el etiquetado estándar 802.1Q.

Estos ejemplos corresponden a una trama Ethernet II con campo EtherType . El estándar también es aplicable a tramas IEEE 802.3 con o sin LLC (es decir, control de enlace lógico , encabezado LLC+SNAP). La trama superior es una trama Ethernet II simple. La trama central tiene una etiqueta 802.1Q añadida. La trama inferior tiene otra etiqueta 802.1Q añadida.

Se añade una cabecera 802.1Q, de cuatro bytes de longitud, a una trama Ethernet II sin etiquetar de la siguiente manera:

  1. La etiqueta de cuatro bytes se inserta entre la dirección MAC de origen (SAMAC) de la trama sin etiquetar y su campo EtherType.
  2. El EtherType del encabezado VLAN recién insertado se establece en 0x8100 para identificar los siguientes datos como una etiqueta VLAN. [ 7 ]
  3. Se utilizan 12 bits para el ID de VLAN; los demás bits en los campos de VLAN se completan de acuerdo con la política de QoS, etc., de la interfaz en la que se produjo la imposición de la etiqueta.

Observe que, tras la inserción de una cabecera 802.1Q en una trama sin etiquetar, el EtherType original de la trama parece haber cambiado a 0x8100. El EtherType original de la trama sin etiquetar en la trama de una sola etiqueta ahora se encuentra junto a la carga útil. Su valor permanece sin cambios.

Se agrega un segundo encabezado 802.1Q a una trama con una sola etiqueta de la siguiente manera:

  1. La segunda etiqueta se inserta entre la dirección MAC de origen y la primera etiqueta, lo que significa que la segunda etiqueta está más cerca del inicio de la trama que la primera etiqueta (original).
  2. A esta nueva etiqueta se le asigna un EtherType de 0x88A8 (en lugar del estándar .1Q 0x8100) por defecto. [ 7 ] [ a ]
  3. Se utilizan 12 bits para el ID de VLAN; los demás bits en los campos de VLAN se completan de acuerdo con la política de QoS, etc., de la interfaz en la que se produjo la imposición de la etiqueta.

Cualquier tercera etiqueta o subsiguiente se insertará delante de las etiquetas precedentes, lo más cerca posible del encabezado Ethernet. El EtherType original de la trama siempre se ubica después de todas las etiquetas y junto a la carga útil. En el caso de una trama 802.3, este EtherType sería un valor de longitud que indicaría la longitud desde ese punto hasta el final de la trama. En el caso de una trama 802.3 con un encabezado LLC, este encabezado permanece después del campo de longitud y junto a la carga útil.

Las convenciones para la terminología 802.1ad suelen ser las siguientes:

  1. La etiqueta interna es la etiqueta más cercana a la porción de carga útil de la trama; oficialmente se denomina C-TAG por etiqueta de cliente con EtherType 0x8100. [ 3 ]
  2. La etiqueta externa es la más cercana al encabezado Ethernet; su nombre es S-TAG , por etiqueta de servicio con EtherType 0x88a8. [ 3 ]
  3. En tramas con más de una etiqueta, estas se numeran del 1 al N y aparecen de forma secuencial y contigua desde la cabecera Ethernet hasta la carga útil. En este caso, la etiqueta más interna es la C-TAG, y todas las demás son S-TAG.
  4. Para una trama con una sola etiqueta (802.1Q), esa etiqueta se designa como etiqueta 1 cuando se combina con etiquetas 802.1ad.

En IEEE 802.1ad, el indicador de formato canónico (CFI) de un solo bit se reemplaza por un indicador de elegibilidad de descarte (DEI), lo que aumenta la funcionalidad del campo PCP. [ 3 ]

Operaciones de etiquetado

En una pila de etiquetas, las operaciones de inserción y extracción se realizan en el extremo de la etiqueta exterior de la pila; por lo tanto, la etiqueta agregada por una operación de inserción se convierte en una nueva etiqueta exterior y la etiqueta que se elimina por una operación de extracción es la etiqueta exterior actual. [ 5 ]

Ejemplos

Redes virtuales

Ejemplo de topología de red utilizando QinQ.
Ejemplo sencillo de QinQ

Este sencillo ejemplo ilustra el uso práctico del estándar 802.1ad. El diagrama muestra los conmutadores como hexágonos y la red del proveedor de servicios (SP) abarca todos los elementos dentro del óvalo punteado. Los elementos en la periferia del óvalo son redes pertenecientes a clientes del SP. Las distintas ubicaciones físicas aparecen en el rectángulo sombreado e incluyen componentes de la red tanto del cliente como del SP.

Un proveedor de servicios (SP) ofrece conectividad L2 a clientes en las ciudades de Seattle y Tacoma. Dos corporaciones, Acme y XYZ, tienen campus tanto en Seattle como en Tacoma. Todos los campus utilizan redes LAN Ethernet, y los clientes desean conectarse a través de la red VPN L2 del SP para que sus campus estén en la misma LAN (red L2). Es deseable que cada empresa tenga una única LAN disponible tanto en Seattle como en Tacoma, evitando así la alternativa de tener dos LAN en las que el tráfico deba enrutarse entre ellas. El SP tiene dos conmutadores, uno en Seattle (S-Switch n.° 1) y otro en Tacoma (S-Switch n.° 2). Los clientes se conectan a la red del SP mediante los conmutadores A y B. Cada cliente tiene su propio par de conmutadores A y B. El conmutador A de Acme está conectado al S-Switch n.° 1 mediante el enlace A1 ; el resto de los enlaces están etiquetados. Los conmutadores S-Switch n.° 1 y n.° 2 están conectados mediante el enlace S12 .

La LAN de Acme utiliza las VLAN ID 10, 11 y 12 en su red. Las conexiones A1 y A2 son troncales Ethernet con tráfico VLAN etiquetado individualmente, que utiliza las VLAN ID 10, 11 y 12. De igual manera, XYZ utiliza las VLAN ID 11, 12 y 13 en su red, por lo que X1 y X2 también son troncales con tráfico etiquetado individualmente para las VLAN ID 11, 12 y 13. El proveedor de servicios (SP), al tener una red y una conexión entre el conmutador S n.° 1 y el conmutador S n.° 2, debe separar el tráfico de Acme y XYZ. Dado que tanto Acme como XYZ comparten algunas VLAN ID, el tráfico no se puede separar por VLAN ID de cliente.

La solución consiste en que el proveedor de servicios (SP) utilice 802.1ad en su red. Asignan una única etiqueta VLAN externa con ID 100 para Acme y una etiqueta VLAN externa con ID 101 para XYZ. Todo el tráfico enviado desde Acme A a la red del SP (enviado por A1, con destino a Acme B) tendrá una etiqueta con ID 100. La etiqueta interna será 10, 11 o 12, la etiqueta original de Acme. El tráfico se enviará a través de S12 en este formato, y justo antes de salir del conmutador S n.° 2 con destino a Acme B (enlace A2), todo el tráfico se someterá a una única operación de eliminación, que elimina la etiqueta VLAN externa con ID 100. Esta operación de eliminación es la inversa de la operación de inserción anterior, con el resultado neto de que el tráfico no sufre ningún cambio. El tráfico pasa por la red del SP como tramas 802.1ad, pero no se envían ni se reciben tramas 802.1ad del cliente.

Problemas con el ejemplo anterior

Un ingeniero de redes experimentado reconocerá de inmediato las deficiencias del ejemplo anterior. Por esta razón, 802.1ad es más una definición de un método para agregar múltiples etiquetas a una trama que una solución integral y autónoma. Se utiliza junto con otros protocolos y estándares. Los problemas del ejemplo anterior son:

  1. Muchos conmutadores enrutan el tráfico Ethernet basándose en direcciones MAC, no en identificadores VLAN. Esto se denomina aprendizaje de VLAN compartida y se realiza según el aprendizaje/envejecimiento de MAC de 802.1d, etc. [ 8 ]
  2. Si Acme y XYZ utilizan las mismas direcciones MAC en sus redes, esto causará problemas con el aprendizaje de MAC, ya que la suposición en el aprendizaje de MAC es que no hay dos hosts que utilicen la misma dirección MAC. En otras palabras, una dirección MAC solo debe aprenderse desde un único puerto del conmutador. [ 8 ]
  3. La red del proveedor de servicios debe aprender todas las direcciones MAC de los clientes para poder conmutarlas. Esto no es escalable.
  4. En el ejemplo anterior no se contempla el uso de tramas de protocolo L2, siendo Spanning Tree el más importante.
  5. Carecen de capacidades adicionales de QoS.
  6. Los puentes que utilizan aprendizaje independiente de VLAN (IVL), es decir, donde la primera etiqueta VLAN se incluye como parte de la dirección SAMAC, evitan los problemas mencionados en los párrafos 1 y 2. IVL resuelve el problema de que las direcciones MAC puedan ser utilizadas por más de un cliente. Sin embargo, los conmutadores en ruta aún deben aprender todas las combinaciones de direcciones VLAN/MAC insertadas (12 + 48 = 60 bits). [ 8 ]
  7. Las transmisiones de red local a red local son siempre un aspecto a tener en cuenta.

Los puentes de proveedor (802.1ad) y los puentes de red troncal de proveedor (el estándar IEEE 802.1ah-2008 ) abordan los problemas anteriores mediante un método de aprendizaje SAMAC modificado. [ 9 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Un antiguo protocolo no estándar 802.1QinQ utilizaba 0x9100. [ 4 ]

Referencias

  1. ↑ "802.1Q-2011 - Estándar IEEE para redes de área local y metropolitana: puentes de control de acceso al medio (MAC) y redes de área local virtuales con puente" . Archivado del original el 14 de diciembre de 2018.
  2. 1 2 Santitoro, Ralph (2003). "Servicios Metro Ethernet: una descripción técnica general" (PDF) . Metro Ethernet Forum.
  3. 1 2 3 4 5 "Estándar IEEE para redes de área local y metropolitana: puentes y redes con puentes" . Asociación de Estándares IEEE. 2022.
  4. 1 2 "Terminación de etiquetas VLAN 802.1Q-in-Q" . Cisco Systems.
  5. 1 2 "Comprensión del túnel Q-in-Q y la traducción de VLAN" . Juniper Networks.
  6. ↑ "IEEE 802.1ad-2005 - Norma IEEE para redes de área local y metropolitana: Redes de área local con puente virtual. Enmienda 4: Puentes de proveedor" . Asociación de Normas IEEE . Consultado el 10 de septiembre de 2024 .
  7. 1 2 "Números IEEE 802" . Autoridad de Números Asignados de Internet (IANA).
  8. 1 2 3 Seifert, Rich; Edwards, James (2008). "Operación de VLAN". The All-New Switch Book: The Complete Guide to LAN Switching Technology (2.ª ed.). Wiley. ISBN  978-0-470-28715-6.
  9. ↑ "IEEE 802.1ah-2008 - Norma IEEE para redes de área local y metropolitana: Redes de área local con puente virtual. Enmienda 7: Puentes troncales de proveedor" . Asociación de Normas IEEE. 2008.
  • Página de desarrollo de IEEE 802.1ad
  • Terminación de etiquetas VLAN IEEE 802.1Q-in-Q (Cisco)
  • Procesamiento de VLAN apiladas (Cisco)
  • Configuración de VLANs súper agregadas (Brocade) Archivado el 3 de marzo de 2016 en Wayback Machine (a través de archive.org, recuperado en 2015)