SPB(Shortest Path Bridging)

SPB의 등장배경

2012년 SPB(Shortest Path Bridge)는 아래와 같은 STP의 문제점을 대체하기 위해 Huawei, Avaya, Alcatel 등의 회사에서 6년의 연구 끝에 출시되었습니다.

STP의 구조	발생하는 오류
루핑 방지를 일부 회선을 차단하여 경로를 제한함	루트 브릿지를 경유하는 비효율적 경로
	사용되지 않는 회선의 낭비
루트 경로 선출 시 경로 학습에 절차와 시간이 복잡함   EX) Blocking(20초) -> Listening(15초) -> Learning(15초) -> Forwarding	루트 회선 장애 발생 시 복구되는 동안 필연적으로 50초 동안의 네트워크 블랙홀 발생

 

SPBM의 정의

SPB(Shortest Path Bridging)는 2006년 처음 발표되어 2012년 IEEE 802.1aq와 RFC 6329에 표준 프로토콜로 정의되었습니다. SPB의 목표는IS-IS, 멀티캐스트 등의 기술을 이용하여 복잡한 설정 없이 STP를 대체하는 것입니다.

 

SPB는 Q-in-Q 방식을 이용하는 SPBV와 Mac-in-MAC 방식을 이용하는 SPBM으로 구분됩니다.

 

SPBM의 개선점

AS-IS	TO-BE
루트 브릿지를 경유하는 비효율적 경로 사용	IS-IS 라우팅을 이용한 2계층 경로 라우팅으로 보완
사용되지 않는 회선의 낭비
루트 회선 장애 발생 시 복구되는 동안 필연적으로 50초 동안의 네트워크 블랙홀 발생	최단 경로 내 ECM 알고리즘을 이용한 최대 16개의 로드밸런싱 제공
루핑을 발생시키는 브로드캐스트 트래픽 존재	브로드캐스트를 지원하지 않으며 브로드캐스트 트래픽 발생 시 멀티캐스트로 변환하여 통신,   독특한 루핑 차단 알고리즘

 

SPBM의 작동방식

SPBM의 표준 문서에는 2계층에서의 작동만 명시되어 있습니다. 지원 벤더들의 꾸준한 지원으로 현재는 L3도 충분히 지원합니다. 개인적으로는 VXLAN보다 L3 관점에서 구성이 더 복잡한 것 같습니다.

이제는 3Tier-Network 보다 Spine-Leaf 구조가 

SPBM 용어

용어	의미
BEB (Backbone Edge Bridge)	PC와 같은 종단장치와 연결되는 스위치이다
BCB (Backbone Core Bridge)	BEB를 연결하는 스위치이다
UNI (User Network Interface)	PC, 서버 등의 장치가 연결되는 BEB의 인터페이스
NNI (Network-Network Interface)	BEB와 BCB를, BCB와 BCB를 연결하는 인터페이스
SPBM Network	SPBM이 실행되는 구역
Customer Network	실제 VLAN이 할당되어 있는 종단 구역
I-SID	SPBM 네트워크에서 캡슐화된 각 프레임이 어는 VLAN에 속했는지 구분한다
C-VID	고객 네트워크의 VLAN ID
B-VID	IS-IS 라우팅과 ECT에 의해 선정된 16개의 최단경로를 매핑한 VLAN
B-SA	송신 BEB의 MAC
B-DA	수신 BEB의 MAC

 

SPBM 패킷 구조

필드		설명
B-DA		대상 BEB를 식별하는 대상 B-MAC입니다.
B-SA		소스 B-MAC. 이는 MAC-in-MAC 프레임을 캡슐화하는 BEB의 알려진 MAC 주소입니다.
B-TAG	TPID	프레임을 802.1ah 캡슐화된 프레임으로 식별하기 위해 0x88E7에 고정된 값입니다.
	B-VLAN	경로 로드밸런싱을 위해 ECT 알고리즘과 매핑되는16개의 임의의 VLAN ID입니다.
I-TAG	이 필드에는 고객 VLAN ID와 우선순위가 포함됩니다.
	I-PCP	BEB에서 프레임의 전송 우선순위입니다.
	I-DEI	BEB에서 프레임의 우선순위를 삭제합니다.
	I-SID	해당 값으로 어느 VLAN의 트래픽인지 구분합니다.
	C-DA	고객 대상 MAC 주소
	C-SA	고객 소스 MAC 주소
C-TAG		Customer 네트워크에서의 VLAN ID와 우선순위가 포함됩니다.

 

작동 방식

위와 같이 BEB, BCB 장치로 이루어진 네트워크를 SPBM 네트워크, BEB와 연결되는 네트워크를 고객 네트워크로 구분하게 됩니다. IS-IS에 의하여 SPBM 네트워크의 모든 스위치는 MAC을 이용하여 라우팅 됩니다. BCB 스위치의 경우 고객 네트워크에 존재하는 종단 장치들의 MAC을 학습하지 않습니다.

 

각각의 고객 네트워크의 VLAN은 SPBM 네트워크 안에서 I-SID 값으로 지정됩니다. 같은 I-SID로 묶인 경로들을 VSI(Virtual Switch Instance)라고 하며 해당 BEB 스위치끼리 PW라는 터널링을 형성합니다.

터널링을 형성한 같은 I-SID에 위치한 BEB 스위치들은 각각 가지고 있는 종단 장치의 MAC을 서로 학습합니다. 이 때 ARP가 발생하게 되는데 SPB는 브로드캐스트를 지원하지 않기 때문에 트래픽을 멀티캐스트로 변환하여 전달합니다.

모든 SPB 노드는 고유한 SPsourceID를 가지고 있고 이 또한 IS-IS에 의해 공유됩니다. SPsourceID와 I-SID 값을 바탕으로 같은 최단 경로에 있는 SPB 노드끼리 그룹을 형성하게 됩니다. 그룹을 형성한 노드들은 해당 ARP 트래픽을 전달받아 MAC을 학습합니다.

SPBM이 브로드캐스트를 막는 알고리즘은 한 가지 더 있습니다. SPBM에서 NNI 포트로 어떤 트래픽이 들어올 때 해당 트래픽이 최단 경로로 지정된 포트에서 들어오는 트래픽이 아니라면 루핑이 발생했다고 판단하고 프레임을 폐기합니다.

표준문서에 따르면 SPBM은 ECT 알고리즘을 이용하여 최대 16개의 최단경로를 제공합니다. 초기에는 모든 ECT 알고리즘에 의한 경로가 기본 B-VID에 매핑되어 있는데 이런 ECT 알고리즘의 경로에 B-VID를 매핑하여 로드밸런싱을 구현할 수 있습니다.

 

EX) 홀수 I-SID는 B-VID 1에 매핑, 짝수 I-SID는 B-VID 2에 매핑

Layer 3 SPBM

3계층의 SPBM은 2계층의 SPBM처럼 작동하지만 I-SID는 VLAN이 아닌 VRF에 매핑 됩니다. 따라서 VRF로 연결된 라우터의 서로 다른 서브넷이 하나의 I-SID로 분리됩니다. 또, LAYER 3 IP에선 멀티캐스트가 표준이 아니므로 SPB에서는 구성의 복잡성으로 인해 PIM과 같은 추가적인 프로토콜을 사용하는 대신 3가지의 TLV 확장을 이용하고 있습니다. 이런 방식은Avaya, Alcatel, Extreme벤더에서만 지원하기 때문에 Layer 3에서 구성하려면 Edge 노드를 위 벤더의 장비로만 구성해야 합니다.

 

Layer3간 이동이 있더라도 같은 서브넷을 이용할 수 있도록 구성할 수 있습니다. 2계층 SPBM에 하나 이상의 IP 인터페이스를 구성하여 3계층 SPBM에 연결하여 서로 다른 라우터에 연결되어 있더라도 같은 서브넷과 I-SID를 공유할 수 있습니다.