FabricPath سیسکو چیست؟

با گسترش خدمات ابری و نیاز به تحرک‌پذیری، STP نمی‌تواند الزامات مراکز داده امروزی را برآورده کند. از این رو سیسکو TRILL را که مخفف Transparent Interconnection of Lots of Links و به معنای اتصال شفاف تعداد زیادی لینک است، برای معرفی FabricPath به دنیای شبکه، بهبود داد.

Cisco FabricPath چیست؟ Cisco FabricPath یک فناوری است که برای غلبه بر محدودیت‌های STP از جمله مقیاس‌پذیری، همگرایی و طغیان غیر ضروری طراحی شده است. این فناوری IS-IS را در صفحه کنترل اجرا می‌کند و به همین دلیل به آن مسیریابی لایه ۲ نیز می‌گویند.

FabricPath در واقع راه حلی برای اجتناب از STP است و از این رو به عنوان جایگزینی برای آن در نظر گرفته می‌شود. توجه به این نکته ضروری است که STP در لایه ۲ از ایجاد حلقه جلوگیری می‌کند در حالی که پروتکل‌های مسیریابی در لایه ۳ اجتناب از حلقه را انجام می‌دهند. همانطور که می‌دانیم پروتکل‌های مسیریابی هوش لازم برای اشتراک‌گذاری بار را دارند، اما STP که به اندازه کافی هوشمند نیست نمی‌تواند به صورت فعال-فعال کار انتقال را انجام دهد. بنابراین، برای انجام انتقال فعال-فعال و ساخت توپولوژی بدون حلقه به طور همزمان در لایه ۲، FabricPath معرفی شد.

FabricPath انحصاری Cisco است و مانند TRILL که یک استاندارد IETF است کار می‌کند. بزرگترین مزیت FabricPath این است که به ما انعطاف‌پذیری همراه با اتصال بدون حلقه را می‌دهد که STP قادر به انجام آن نبود و بنابراین در مراکز داده به عنوان جایگزینی برای STP اجرا می‌شود.

FabricPath سیسکو

کارکرد FabricPath سیسکو مربوط به مسیریابی ترافیک مرکز داده شما است و به اشتراک گذاری بار کمک می‌کند. این فناوری هر دو عملکرد لایه ۲ و لایه ۳ را با هم ترکیب می‌کند، بنابراین سادگی لایه ۲ و همچنین هوشمندی لایه ۳ را به صورت همزمان ارائه می‌دهد. از طرف دیگر STP فقط به صورت plug&play است و هوشمندی لایه ۳ را ندارد.

FabricPath برای پشتیبانی از هوشمندی دارای پروتکل مسیریابی لایه ۳ در پس زمینه است که آن IS-IS گفته می‌شود و به توپولوژی بدون حلقه کمک می‌کند. این IS-IS در واقع به نام IS-IS لایه ۲ شناخته می‌شود و مستقل از IS-IS لایه ۳ است. بنابراین، شما می‌توانید IS-IS را در لایه ۳ در شبکه نیز به طور همزمان داشته باشید.

توجه به این نکته مهم است که FabricPath مانند STP همچنان اترنت را به عنوان یک پروتکل اساسی در خود دارد. FabricPath ساده، انعطاف پذیر، کشسان و مقیاس‌پذیر است و ECMP (چند مسیر با هزینه برابر) را ارائه می‌دهد. FabricPath به عنوان مسیریابی یا فوروارد یا کپسوله سازی یا تونل سازی MAC-in-MAC هم شناخته می‌شود زیرا فریم MAC-in-MAC محصور شده و به سوییچ FabricPath مقصد هدایت می‌شود.

مهم: هر دستگاه در یک دامنه FabricPath دارای یک شناسه سوئیچ است که به صورت دستی یا به صورت پویا از طریق DRAP (پروتکل تخصیص منابع پویا) تخصیص داده می‌شود. این یک شناسه ۱۲ بیتی است و اغلب در هدر Fabricpath استفاده می‌شود.

مزایای FabricPath سیسکو

FabricPath سیسکو مزایای زیر را ارائه می‌دهد:

• شبکه ساده شده، که باعث کاهش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
  • پیکربندی FabricPath بسیار ساده است. تنها پیکربندی لازم شامل ایجاد تمایز بین پورت‌های core که سوئیچ‌ها را به هم متصل می‌کنند، با پورت‌های edge، جایی که دستگاه‌های انتهایی متصل می‌شوند، است. نیاز به تنظیم هیچ پارامتری برای دستیابی به یک پیکربندی بهینه وجود ندارد و آدرس سوئیچ‌ها‌ به طور خودکار اختصاص داده می‌شود.
  • یک پروتکل کنترل واحد برای ارسال unicast، ارسال multicast و هرس VLAN استفاده می‌شود. این پروتکل نسبت به یک شبکه معادل بر اساس STP، پیکربندی ترکیبی کمتری نیاز دارد. بنابراین به طور کلی مدیریت آسان‌تر خواهد شود.
  • طرح‌های شبکه ایستا در مورد الگوهای ترافیک و مکان سرورها و خدمات، برخی از فرضیات را مطرح می‌کنند که اگر این فرضیات نادرست باشند، که اغلب پس از مدتی این مورد پیش می‌آید، ممکن است طراحی مجدد لازم باشد. سیستم تعویض fabric مبتنی بر FabricPath در صورت نیاز، با روشی بدون اختلال برای پایانه‌ها بدون هیچ گونه محدودیتی در طراحی، قابل تغییر است.
  • سوئیچ‌هایی که FabricPath را پشتیبانی نمی‌کنند می‌توانند همچنان در حالت افزونگی به FabricPath بدون نیاز به استفاده از STP متصل شوند.
  • قابلیت‌های ابزار عیب یابی FabricPath از ابزارهای موجود در جامعه IP حال حاضر پیشی می‌گیرند. ویژگی‌های ping و traceroute که در حال حاضر در لایه ۲ ارائه می‌شوند می‌توانند میزان تاخیر را اندازه‌گیری کنند و یک مسیر خاص را بین چند مسیر هم هزینه برای رسیدن به یک مقصد درون fabric آزمایش کنند.
• قابلیت اطمینان بالا که با تکیه بر فناوری اثبات شده به‌دست می‌آید.
  • اگرچه FabricPath یک رابط کاربری plug&paly ارائه می‌دهد، پروتکل کنترل آن بر اساس پروتکل مسیریابی میانی قدرتمند IS-IS ساخته شده که یه عنوان یک استاندارد در این صعنت همگرایی سریع را فراهم می‌کند. این پروتکل به راحتی برای استفاده در محیط‌های بزرگ مقیاس می‌شود.
  • پیشگیری و کاهش حلقه در صفحه داده در دسترس است که به حصول اطمینان از ارسال ایمن آن کمک می‌کند و نمی‌توان این قابلیت را با هیچ فناوری bridging شفافی مقایسه کرد. فریم‌های FabricPath سیسکو شامل یک فیلد زمان‌بندی(TTL) مشابه آنچه در IP استفاده می‌شود، بوده و بررسی ارسال مسیر معکوس (RPF) نیز اعمال می‌شود.
• بهره‌وری و کارایی بالا
  • به دلیل استفاده از ECMP در صفحه داده، شبکه می‌تواند از تمام پیوندهای موجود بین هر دو دستگاه استفاده کند. نسل اول سخت افزاری که از FabricPath پشتیبانی می‌کند، می‌تواند ECMP ۱۶ طرفه را اجرا کند که وقتی با ۱۶ پورت ۱۰ گیگابیتی ترکیب می‌شود، پهنای باند است ۲.۵۶ ترابیتی بین سوئیچ‌ها را ارائه می‌دهد.
  • فریم‌ها در کوتاه ترین مسیر به مقصد خود ارسال می‌شوند. این ویژگی باعث کاهش تاخیر تبادل بین پایانه‌ها در مقایسه با پروتکل STP می‌شود.
  • FabricPath باید در لبه fabric فقط زیرمجموعه‌ای از آدرس‌های MAC موجود در شبکه را بیاموزد، که امکان مقیاس‌پذیری گسترده دامنه سوئیچ شده را فراهم می‌کند.

مقاله پیشنهادی“Cisco Smart Licensing چیست؟”

IS-IS لایه ۲

IS-IS لایه ۲ با IS-IS لایه ۳ متفاوت است. IS-IS لایه ۲ به هیچ پیکربندی نیاز ندارد، فقط باید FabricPath را فعال کنید و IS-IS به طور خودکار در پس‌زمینه اجرا می‌شود. IS-IS لایه ۲ کمک می‌کند که دیدگاه یکسانی از توپولوژی در سراسر شبکه FabricPath داشته باشید. همچنین مسئول تعادل بار ترافیک با استفاده از ECMP است.

هدر FabricPath

هدر FabricPath شامل موارد زیر است:

• OMAC: آدرس MAC بیرونی
• OSA: آدرس منبع بیرونی
• ODA: آدرس مقصد خارجی
• شناسه سوئیچ (Switch ID): برای سوئیچ‌های مبدا و مقصد استفاده می‌شود
• نوع اتر: همانند اترنت کلاسیک
• TTL: مشابه اترنت کلاسیک
• FTag (Forwarding Tag): برای حمل و نقل ترافیک در دامنه FabricPath استفاده می‌شود

ODA برای Unicast شناخته شده استفاده می‌شود در حالی که FTag برای Unicast، Multicast و Broadcast ناشناخته استفاده می‌شود. از هدر کاملا مشهود است که MAC بیرونی هدر FabricPath و MAC داخلی هدر اترنت کلاسیک است. از این رو، اصطلاح مسیریابی MAC-in-MAC واضح‌تر می‌شود. لازم به یادآوری است که STP یک پروتکل صفحه کنترل است، هیچ هدری ندارد. در مقابل، FabricPath در هر دو صفحه کنترل و داده کار می‌کند و دقیقا مانند اترنت دارای یک هدر است.

عملیات FabricPath

FabricPath که برای شبکه چند مسیری در لایه ۲ استفاده می‌شود، دارای قابلیت داخلی پیشگیری از حلقه است و نیاز به اجرای STP را از بین می‌برد. برای یک شبکه FabricPath، هدر FabricPath در رابط ورودی متصل می‌شود و در رابط خروجی دامنه حذف می‌شود.

همانطور که می‌دانیم در مراکز داده مدرن، توپولوژی شبکه Core/Aggregation/Access به صورت leaf-spine ظاهر شده است که در آن یک سری از سوئیچ‌های leaf، لایه دسترسی را تشکیل می‌دهند که به طور کامل به یک سری از سوئیچ‌های spine متصل شده است. FabricPath عموما روی سوئیچ‌های Aggregation و Core اجرا می‌شود، نه روی سوئیچ‌های Access. بنابراین، ما می‌توانیم سوئیچ‌های اترنت کلاسیک را در Access داشته باشیم که با دامنه FabricPath در Aggregation/Core هم‌زیست باشند.

سوئیچ FabricPath می‌تواند یک سوئیچ Edge یا یک سوئیچ Core باشد.

• سوئیچی با یک پورت به عنوان پورت Edge و پورت دیگر به عنوان پورت Core که به هر دو شبکه Ethernet کلاسیک و FabricPath متصل می‌شود، سوئیچ Edge نامیده می‌شود.
• سوئیچی که تمام پورت‌هایش به عنوان پورت‌های اصلی FabricPath هستند به عنوان سوئیچ Core نامیده می‌شود.

برای اصطلاحات leaf و spine، سوئیچ leaf در واقع سوئیچ edge است در حالی که سوئیچ spine سوئیچ core است.

ما می‌توانیم انواع مختلفی از ترافیک را در یک شبکه FabricPath داشته باشیم:

• Unicast شناخته شده
• Unicast ناشناخته
• Multicast
• Broadcast

برای ترافیک Unicast شناخته شده، ODA استفاده می‌شود، اما برای Unicast ناشناخته، Multicast و Broadcast انتقال ترافیک در FabricPath بر اساس FTag انجام می‌شود که مسئول ترافیک چند مقصدی است. این کار توسط ۲ درخت FTag انجام می‌شود که توسط IS-IS در یک شبکه FabricPath ساخته شده‌اند و درختان چند مقصدی نامیده می‌شوند. ۲ درخت بدون حلقه چند مقصدی ساخته شده توسط IS-IS به نام‌های FTag1 و FTag2  شناخته می‌شوند. یک درخت برای ترافیک Unicast، Multicast و Broadcast ناشناخته استفاده می‌شود در حالی که درخت دوم فقط برای ترافیک Multicast است. توجه داشته باشید که ترافیک Multicast می‌تواند ترافیک Multicast Plane Control یا Data Plane باشد و به همین دلیل است که زیر هر دو درخت FTag ظاهر می‌شود. (FTag 1 برای ترافیک Multicast Plane Control و Ftag 2 برای ترافیکData Plane Multicast.)

هر درخت گره ریشه خود را دارد که می‌تواند بر اساس اولویت ریشه باشد که در آن (برخلاف STP)  بالاترین اولویت به منظور انتخاب سوئیچ ریشه برای هر درخت FTag ترجیح داده می‌شود. شایان ذکر است درخت‌های FTag توپولوژی‌های منطقی هستند که به صورت خودکار توسط IS-IS ساخته می‌شوند.

به طور خلاصه، می‌توان گفت که ترافیک Unicast شناخته شده بر اساس شناسه سوئیچ مقصد با استفاده از ECMP ارسال می‌شود و هیچ درخت FTag در آن مورد استفاده نمی‌شود. با این حال، Unicast، Multicast و Broadcast ناشناخته با مشورت درختان FTag ارسال می‌شوند. لازم به ذکر است مسیر Fabric در سوئیچ‌های نکسوس سیسکو فقط در ماژول‌های سری F پشتیبانی می‌شود، نه در ماژول‌های سری M (L3).

VLANهای FabricPath

سوئیچ‌ها به طور پیش فرض دارای VLAN‌های کلاسیک اترنت هستند. برای FabricPath، باید VLAN‌های FabricPath را پیکربندی کنید و همچنین باید حالت پورت را به FabricPath تغییر دهید. توجه داشته باشید که فقط VLAN‌های FabricPath می‌توانند از پورت‌های FabricPath استفاده کنند. حالت FabricPath در VLANها فقط به صورت محلی برای VDC (Virtual Device Context) مهم است. هر VDC دارای Switch ID در FabricPath است.

FabricPath مبتنی بر VLAN است و فقط VLANهایی که برای حالت FabricPath فعال هستند از زیرساخت FabricPath استفاده می‌کنند. بنابراین، می‌توانید VLAN‌های خاصی را به عنوان FabricPath VLAN تعریف کنید و بقیه را به عنوان VLAN‌های اترنت کلاسیک رها کنید.

MAC Learning به صورت Conversational

سوئیچینگ ترافیک در FabricPath بر اساس Conversational MAC Learning  انجام می‌شود. قبل از اینکه به Conversational MAC Learning بپردازیم، مهم است که بدانیم در MAC Learning سنتی، یادگیری مبتنی بر منبع است. سوئیچ‌ها جداول CAM خود را با یادگیری آدرس‌های MAC منبع می‌سازند تا ترافیک را تغییر دهند.

برعکس، MAC Learning به صورت Conversational می‌گوید: آدرس MAC منبع یک فریم را یاد نگیرید مگر اینکه آدرس MAC مقصد قبلا یاد گرفته شده باشد. به عبارت دیگر، آدرس‌های مک را فقط برای‌هاست‌های مورد توجه یاد بگیرید. مزیت این کار این است که یک سوئیچ FabricPath باید آدرس‌های MAC کمتری را یاد بگیرد و اندازه جدول CAM کاهش می‌یابد، بنابراین نیاز به حافظه کاهش می‌یابد و مقیاس‌پذیری حاصل می‌شود.

برای اترنت کلاسیک، روش پیش‌فرض یادگیری سنتی است، اما می‌توانید آن را روی یادگیری مکالمه‌ای بر اساس VLAN تنظیم کنید، در حالی که برای FabricPath، همیشه روی Conversational MAC Learning کار می‌کند. یادگیری مکالمه‌ای مک آدرس شامل یک handshake ۳ طرفه است زیرا یادگیری جدول MAC پس از انجام ارتباط در ۳ جهت کامل می‌شود.

همچنین جالب است بدانید که سوئیچ‌های Core در یک دامنه FabricPath بر اساس شناسه‌های سوئیچ عملیات ارسال را انجام می‌دهند، یعنی نیازی به یادگیری آدرس‌های MAC ندارند. بنابراین، هسته FabricPath فاقد MAC آدرس می‌شوند، مثل هسته‌های فاقد BGP در MPLS.

جمع‌بندی

FabricPath یک نوآوری نرم‌افزاری از شرکت سیسکو است که سادگی plug-and-play اترنت را با قابلیت اطمینان و مقیاس پذیری مسیریابی لایه ۳ ترکیب می‌کند. با استفاده از FabricPath سیسکو، می‌توانید شبکه‌های چند مسیره لایه ۲ بسیار مقیاس‌پذیر را بدون STP بسازید. چنین شبکه‌هایی به ویژه برای استقرار مجازی‌سازی‌های بزرگ، ابرهای خصوصی و محیط‌های محاسباتی با کارایی بالا مناسب هستند. در این مطلب این فناوری سیسکو مورد بررسی قرار گرفت.

منبع