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最適化を行わない EVPN 間のマルチキャストルーティング

 

このガイドのパート2では、EVPN データセンターファブリックでの VLAN マルチキャストの仕組みについて解説しています。また、IGMP の覗き見、選択的 (SMET) 転送、および補助レプリケーション (AR) など、さまざまな最適化の手順を検討しています。これらの手順は、VLAN 内のトラフィック転送ルールに関するものです。

これまで、顧客はデータセンターファブリックに複数の Vlan を配置しています。たとえば、VLAN A の管理部門、vlan B の給与、vlan-C などのエンジニアリングなどが挙げられます。IPTV アプリケーションでは、一連の加入者が1つの VLAN でホストされ、別の vlan に別のセットが置かれることがあります。EVPN ファブリック内の Vlan 数は、20 ~ 約1000の範囲で指定できます。

Vlan 間でマルチキャストトラフィックを転送する必要がある場合があります。マルチキャストトラフィックのソースは一部の Vlan に存在することがありますが、リスナーは一部またはすべての Vlan に存在していてもかまいません。1つの VLAN から他の Vlan 内の関心のあるリスナーにマルチキャストトラフィックをルーティングする必要がある場合があります。

PIM は、VLAN 間のマルチキャストルーティングのための事実上のプロトコルであり、レベル3レイヤーで動作しています。サブネット間のマルチキャストでは、外部の M ルーター上の PIM を使用して、ファブリック内の Vlan 全体でマルチキャストルーティングを実現する方法について説明します。次に、IRB on the PIM-SM for EVPN デバイス自体で L3 マルチキャストルーティングを実行することで、L3 ルーティングを実現する方法について説明します。

ここで説明するモデルは、マルチキャスト用の集中ルーティング型ブリッジ(CRB) モデルと呼ばれます。これは、ルーティングがエッジルーティングブリッジ(erb) モデルでルーティングを実行するのではなく、中央デバイスで実行されます。ユニキャストは、ERB モデルで機能するように設定することができますが、マルチキャストルーティングは、CRB モデルで動作するように設定されていることに注意してください。

この章の終わりまでには、以下の内容について深く理解しておく必要があります。

  • EVPN データセンターファブリックで、外部の M ルーターを使用してサブネット間マルチキャストを行います。

  • IRB を使用したデバイス上での L3/PIM ルーティングによる EVPN データセンターでのサブネット間マルチキャスト

  • ‘VLAN マルチキャストによってフラッド eveywhere’問題がどのように悪化していますか。

また、VLAN 内最適化を行わずに、サブネット間のマルチキャストルーティングの手順についても説明します。ここでは、VLAN 間マルチキャストのみの手順を説明し、VLAN 間のシナリオ‘で、’どこからでも大量の負荷が発生するのはどのような問題であるかを示しています。

最適化のためのEVPN Inter-VLAN Multicast Routing with Optimizationでは、IGMP スヌーピング、選択的転送、および支援レプリケーションの最適化手法を利用し、これらの手法を使用して実現できる帯域の節約について説明します。

サブネット間のマルチキャスト

L3 サブネット間のマルチキャストを導入できる方法は2つあります。

  1. 周辺機器 (外部 M-ルーター/テナントルーター) で L3 ルーティングを実行します。

  2. IRB を使用してファブリックの一部であるデバイスで L3 ルーティングを実行します。

(B) はサブネット間のマルチキャストで広く導入されている方法であり、(a) ファブリック内のデバイスが IRB ルーティングをサポートしていない場合、またはセキュリティ上の理由で、通信事業者がマルチキャストの L3 ルーティングを優先している場合に、同じ結果を達成するために使用されることがあります。周辺デバイスです。次のセクションでの調査 (a) が完了すると、以降の章とセクションでは、(b) が注目されます。

外部マルチキャストルーターを使用したサブネット間マルチキャスト

Figure 1示されているトポロジについて考えてみましょう。データセンターファブリックには、2個の Vlan (v-red および v-blue) が搭載されています。境界リーフ (BL) デバイスは、L3-マルチキャストルーティングを実行しませんが、ユニキャストルーティングを実行できます (ユニキャスト用にルーティングプロトコルを使用し、IRB を IRB インターフェイスの PIM で有効に設定することで実現します)。

ファブリックの periphery ‘には PIM M’ルーターデバイスがあり、そのファブリックの L3 (サブネット間マルチキャストルーティング) のための責任が割り当てられています。EVPN デバイスの1つである BL-2 は、PIM M ルーターに接続されています。BL-2 および PIM M ルーターは、ファブリックのすべての Vlan および BL-2 L2 によって、ファブリックから PIM M ルーターまでのトラフィックとリスナーの関心をすべてホストします。

Figure 1: 外部マルチキャストルーターを使用したサブネット間マルチキャスト
外部マルチキャストルーターを使用したサブネット間マルチキャスト

Bridge Domains (BDs) Not Everywhere

リーフデバイスはファブリック内のすべての Vlan をホストする必要はないことに注意してください。たとえば、リーフは Vlan 1 を50にホストできますが、リーフ-2 は Vlan 20 から70へのホストなどを実行できます。ただし、「BL M ルーター」がファブリック内のすべての Vlan をホストしている場合は、ソース VLAN とリスナー Vlan との間でマルチキャストルーティングが機能します。

Figure 1は、マルチキャストソースがリーフ-1 の背後にあることを示しています。ホスト-2、ホスト-4、ホスト-5、およびホスト-6 を搭載しています。また、ホストホスト4、ホスト-6、およびホスト-7 は、v-red を搭載しています。このことは、リーフ-1、リーフ-2、およびリーフ-3 が両方とも Vlan であること、リーフ-4 とリーフ-5 がすべての Vlan をホストしていないことを観察できます。.

No Source or Listeners Started

いずれの Vlan にもリスナーとソースが存在しない場合は、実行する必要はありません。

Source Alone Starting Up On v-red

ファブリック内にリスナーはありません。これは、v-red 上のトラフィックがすべての PEs と、v-red 上のアクセスインターフェイスに殺到している場合に見られるものと同様です。また、このトラフィックは BL-2 によって、M ルーターへと殺到しています。

Listeners alone coming up

トラフィックが開始されておらず、グループ4からの赤で、ホストから赤く、v-ブルー (円で示さFigure 1れています) にリスナーが発生しているとします。これらのレポートは、EVPN core で送信されて BL M ルーターに送信され、この M ルーターデバイス上で (*, G1) の PIM 状態を Vlan、青、赤の両方で作成します。

Source started on v-red and listeners on v-red and v-blue

ホスト4からの red レッドでは、グループ G1 のリスナーの関心を持ち、ホスト-6 からの v-table では、PIM (*、G1) 状態が PIM M ルーター上に作成されます。ソースが v-red 上でトラフィックの送信を開始すると、このトラフィックは、v-red 上の PIM M ルーターデバイスに到達します。この PIM M ルーターデバイスは、マルチキャストトラフィックを v-red から v-ブルーにルーティングします。

ポストルーティングの場合、M ルーターデバイスは v-ブルーにパケットを転送します。このトラフィックは BL-2 に到達し、v-ブルー上の EVPN core へのあふれを取得します。V をホストする LEAFs はトラフィックを受信し、それをリスナーにあふれさせます。リーフ-1、リーフ-2、リーフ-3、およびリーフ-5 では、v-ブルーに対して受信したトラフィックが、それぞれ Host-2、host-5、host-6、Host-8 の順にフラッドします。リーフデバイスは、アクティブなリスナーの関心に関係なく、トラフィックをホストへと氾濫させることに注意してください。

複数の Vlan (v-オレンジ、v-緑など) を持っていて、それぞれの Vlan に少なくとも1つのリスナーがある場合、トラフィックは、v レッドからすべてのリスナー Vlan に、M-ルーターによってルーティングされます。さらに、ルーティングされたマルチキャストトラフィックは、EVPN core へと、すべてのリスナー Vlan に転送します。

フラッディングおよびマルチキャストトラフィックヘアピン

リーフ’-1 について詳しく見てみましょう。

リーフ-1 が v-赤でトラフィックをフラッドしていることがわかります。このトラフィックは、M ルーターに向かい、v-table にルーティングされて、リーフ-1 に戻ります。その後、リーフは、v-blue アクセスインターフェイスへのトラフィックをフラッディングします。マルチキャストトラフィックは、データセンターファブリックの periphery にホップしてルーティングを取得し、ファブリック経由で関心のあるリスナーに戻る必要があります。

これは、マルチキャストの特徴です。CRB (マルチキャストルーティング) を導入する主な理由は、中央デバイス (BL-2) でマルチキャストルーティングが実行されているため、すべての Vlan をホストするためには、LEAFs が必要_notだということです。

また、スヌーピング/選択的転送はオフになっているので、グループ G1 のリスナーの関心がないにもかかわらず、リーフとリーフ5のホスト-5 およびホスト8へのトラフィックが発生します。また、BL は、その背後にあるリスナーが存在するかどうかに関係なく、すべてのリーフにトラフィックを転送します。

ここで注目すべき点は、マルチキャスト‘での最適化によって、どこでも問題のあらゆる’部分を処理できるということです。全体的には、AR、SMET た転送、IGMP スヌーピングにより、以下のことが可能になります。

  • コア帯域幅の使用状況は、各 VLAN で conserved できます。

  • リンク帯域幅の使用率は、各 VLAN で conserved できます。

  • アクセス側のリンク利用率は、各 VLAN で conserved できます。

  • リーフと BLs の複製負荷は、VLAN ごとに削減されます。

しかし、サブネット間のマルチキャストトラフィックの問題は、すべてを M まですべてホップしてから、リーフ afs‘(ヘアピン’) に戻ることはできません。

ここでは、 ‘ヘアピン’の問題が発生しているのは erb マルチキャストであることを説明するのが意味を持つかもしれません。しかし、あらゆる場所に存在する BDs のシナリオ、外部マルチキャスト、および参加しているすべてのデバイスで PIM と IRB を必要としている場合には、考慮すべきいくつかの差異があります。

CRB-マルチキャスト、(a) BDs が許可されていないため、(b) PIM は1つのデバイスでのみ必須、(c) 外部マルチキャストはシームレスに機能し、従来の PIM の手順を使用します。また、 ‘どこ’で大量の問題が発生しても、このガイドの I 部分での最適化によって大幅に軽減されるため、今日のアプリケーションは、CRB とマルチキャストで効果的に実行できます。

Spines 上で PIM と IRB を使用したサブネット間マルチキャスト

前のセクションでは、EVPN データセンターファブリックの periphery に配置された外部の M ルーターを使用した場合に、サブネット間のマルチキャストがどのように実現するのかをご紹介しました。このセクションでは、’ファブリック内の BL デバイスでの IRB 機能に L3 ルーティング PIM を使用する方法について説明Figure 2します (を参照)。このアプローチは、M ルーターを使用するよりも好まれます。外部の M ルーターが必要になるのは obviated であり、既存の EVPN BLs は、L3 マルチキャストルーティングの役割を果たしています。また、パケットが送信されているホップの数も削減されます。このモデルでは、最適化の追加の機能強化が可能になります。

PIM Figure 2 L3 ルーティング機能では、Pim M ルーターではなく、BL 2 自体で実行できます。これが機能するためには、BL-2 はファブリック内のすべての Vlan をホストし、参加しているすべての Vlan に対して、pim-sm の PIM を有効にする必要があります。

V-red から v-blue までのマルチキャストトラフィックのルーティングは、BL-2 として実行されます。これは、v-table の PIM DR です。Post ルーティングでは、BL-2 が、v-blue 上のトラフィックをすべての LEAFs に氾濫させるとともに、v-ブルー上のアクセスインターフェイスのリーフにも変わります。この章で前述したように、LEAFs からのトラフィック転送も同様です。

Figure 2: IRB の PIM を実行しているサブネット間マルチキャストと BL
IRB の PIM を実行しているサブネット間マルチキャストと BL

洪水とトラフィックヘアピンに関連する前のセクションは、このスキームにも適用できます。たとえば、v. red on のトラフィックが BL-2 に到達し、他のリスナー Vlan にルーティングされてから、LEAFs に戻る必要があります。

IRB のマルチキャスト入門

マルチキャスト L2 フレームが、その VLAN で IRB が有効になっている VLAN 上の EVPN デバイスに達すると、そのソース VLAN の EVPN デバイスで、マルチキャスト L2 フレームが L2 によって他のアクセスインターフェイスに切り替えられます。

さらに、L2 ヘッダーは削除され、内部の L3 パケットはその VLAN の IRB インターフェイスの L3 コンポーネントを punted しています。これにより、L3 パケットが EVPN デバイス上の IRB インターフェイスに達したかのように表示されるようになります。この時点から、L3 の手順は IRB インターフェイス上に到着したパケットに適用されます。

ホストFigure 2 6 で v-ブルーにリスナーがある場合を考えてみてください。これらの IGMP レポート (マルチキャスト L2 フレーム) がスパインに到達すると、L3-IGMP レポートは、BL-2 の v-blue 上の IRB インターフェイスに punted されます。これにより、IRB で IGMP および PIM (*、G1) 状態を作成することができます。青 BL-2

Punted Src が v-red でトラフィックの送信を開始すると、このトラフィックは BL-2 に到達し、IRB は赤になります。現在、PIM L3-マルチキャストルーティングが BL-2 で行われるため、IRB からのトラフィックは、PIM を使用して IRB にルーティングされます。IRB へのルーティングをポストします。このトラフィックは、v-table 上で、v. blue に参加するすべての EVPN PEs に対して複製されます。

そのため、マルチキャストトラフィックは、v. v-blue 上のリーフデバイスに到達し、リーフデバイスがすべてのアクセスインターフェイスに対して、ルーティングされたパケットを v-ブルーであふれさせるようになっています。

これを実現するには、BL デバイスの IRB インターフェイス上で PIM が有効になっている必要があります。IRB インターフェイスは、L2 ブリッジドメインの代表的なインターフェイスです。通常、VLAN/ブリッジドメインがあり、BD に関連する L2 インターフェイスが複数存在しています。その BD の L2 インターフェイスにトラフィックが到着すると、従来の L2 スイッチングがその VLAN で発生します。さらに、ユニキャストルートルックアップやマルチキャストルーティングの L3 レイヤー機能は、IRB インターフェイスで実行されます。

PIM 関連のすべての手順およびプロトコルは、IRB のインターフェイスで適用できます。したがって、BL-1 と BL 2 は、各 IRB インターフェイス (Vlan) 上の PIM 近隣ノードとしてお互いを見ています。IRB インターフェイスは、LAN のエミュレーションをエミュレートすることで、スパインデバイスを LAN に向けて L3 インターフェイスとして機能します。PIM の結合/実現 Los は、IRBs 経由で送信および受信され、PIM DRs も選択されます。

複数の Vlan によるサブネット間マルチキャスト

前のセクションでは、サブネット間マルチキャストが2つの Vlan 間でどのように動作するかについて説明しました。一般的に、マルチキャストアプリケーションでは、グループに関心のあるリスナーがある場合、いくつかの Vlan が存在します。グループのトラフィックが到着すると、この送信元トラフィックはマルチキャストの IRB プロシージャを使用してすべての Vlan にルーティングされ、該当するすべての Vlan 上でレプリケーションが可能になります。

1つの BL がすべての Vlan にトラフィックをルーティングするために負荷をかけると、その BL は過負荷状態になります。L3 ルーティング負荷は、複数の BL デバイス間で共有されることが望まれます。

この目的のために、通常は PIM L3 のルーティング用に2つの BLs が導入されています。従来の PIM の手順は、さまざまな Vlan に PIM DR を選択するために使用されます。そのため、一部の Vlan では、BL-1 が PIM DR になりますが、その他の Vlan については、BL-2 が PIM DR になります。リスナー IRB 上のワトソン博士 (NDR) である BL は、その VLAN にトラフィックをルーティングしません。

Something to Remember About PIM DR-ship

PIM DR 出荷は、アウトゴーイングインターフェイスリストの構築時に常に関連しています。Pim デバイスが IRB の PIM DR で責任を負うのは、以下のとおりです。

  • IRB に対してトラフィックが受信されたら、ソースを PIM-RP に登録します。

  • IGMP レポートを IRB に受信したとき、グループ G1 で、IRB に PIM (*, G1) 結合状態を作成します。

  • 他の IRB にトラフィックが到着した場合、IRB にリスナーがあるときは、IRB からトラフィックをルーティングします。 800 ~ IRB. 600 および受信 VLAN 600 上のトラフィックを、VLAN-600 をホストする他の Pe に複製します。

PIM DR の選択はデフォルトでは、BL デバイスの IP アドレスに基づいています。特定の IRB インターフェイス上で最大の IP アドレスを持つ BL が、DR として選択されます。1つの BL デバイスの IP アドレスは、すべての IRBs 上で常に上位にあるということです。この場合、Vlan 間で効率的に負荷分散するには、IRB で DR の優先度の値を設定することをお勧めします。

IRB インターフェイスで DR の優先度値を設定すると、DR の優先度の値が PIM hello メッセージで伝達されます。この DR の優先度値によって、IP アドレスに基づいて DR 選択が上書きされます。これにより、さまざまな L3 (PIM BL) デバイスを、さまざまな IRBs の DR として設定できます。

An Example with Multiple Spines Sharing Load Using PIM DRship

3’つの vlan があるFigure 3トポロジについて考えてみましょう。VLAN v-red はリーフ-1 の背後にマルチキャストソースを持っています。他にも2つの Vlan があり、一部のリーフの背後にリスナーが存在する場合は、v-blue と v-green があります。BL-1 は、v-red および v-ブルーの PIM DR で、BL-2 は、v-緑色の PIM DR です。

Figure 3: 複数の Vlan によるサブネット間マルチキャスト
複数の Vlan によるサブネット間マルチキャスト

IGMP レポートを v-ブルーで受信すると、BL-1 (v-blue の PIM DR) によって、IRB の PIM (*, G) 状態が作成されます。blue. 同様に、IGMP レポートが v-緑で受信された場合、BL-2 (v-green 用 PIM DR) は IRB の PIM (*, G) 状態を作成します。

IRB Src が赤でトラフィックを送信すると、L2 スイッチングベースの転送によって、すべてのトラフィックが v-red で確実に転送されます。V-red (IRB) 上の BL-1 にトラフィックが到着すると、BL-1 は、そのトラフィックを v-ブルーにルーティングします (これは v-blue の DR であるためです)。Post ルーティング、BL-1 は、v-ブルーをホストするすべての PEs にパケットを v に複製します。BL-1 を使用すると、v の DR ではないということになり、v-緑色にパケットがルーティングされなくなります。

同様に、BL-2 では、v-red (IRB) 上でトラフィックを受信したとき、L3-緑にトラフィックをルーティングします (これは、v-グリーンの DR であるためです)。Post ルーティング、BL-2 は、v-緑色にホストされているすべての PEs に、パケットを v-グリーンへ複製します。BL-2 (DR 以外の場合) は、v-ブルーにパケットをルーティングしません。

そのため、ファブリック内で PIM L3 ルーティングの役割を共有するために、複数の BLs が使用されています。たとえば、100 Vlan を使用するファブリックでは、BL-1 は Vlan 1-50 の PIM DR であり、BL 2 は Vlan 51-100 用の DR である場合があります。BL-1 は、トラフィックを 50 Vlan にルーティングし、BL-2 が残りを実行します。

サブネット間のマルチキャストにより、どこでも問題を悪化させる

この時点では最適化が行われていないため、L2 スイッチのトラフィックはソース VLAN 上のすべての場所に転送されることに注意してください。受信側 Vlan では、 _singleレシーバーが存在している限り、PIM (*、G) の結合状態が bl に作成され、この結果、受信側 vlan へのトラフィックが「bl」となっています。

その結果、受信側 VLAN をホストするすべての Pe がトラフィックを取得し、既存のリスナーが存在しているかどうかに関係なく、これらの Pe がトラフィックをアクセスインターフェイスに転送します。つまり、VLAN 間マルチキャストでは、非最適化のマルチキャストパラダイムは、ルーティングされたトラフィックがどこにでもあふれている場合、サブネット間のマルチキャストシナリオでは複雑になります。後の章では、最適なマルチキャストによって、このトラフィックを過剰に軽減する方法について説明します。

ここでは、’一般的なユースケースを簡単に取り上げ、帯域幅の計算について説明します。最適化が無効になっている場合は、以下の事例を検討してください。

  • ファブリック内の LEAFs の数:‘N’ = 200

  • グループ数:‘G’ = 20

  • トラフィックレート:‘R’ = 1 Pps の vlan ‘数 M’ = 500

ソース VLAN のコア帯域幅の使用率は以下のとおりです。

(N * G * R) = (200 * 20 * 1) = 4 Kbps

ルーティングされたマルチキャストトラフィックは、すべての Vlan に送信します。ファブリックのコア帯域幅使用率は次のようになります。

(N * G * R * M) = (200 * 20 * 1 * 500) = 2 Mbps

このことは‘、m’が vlan の数であり、N ‘’がトラフィックの複製先となる leafs の数である、(m * N) 複製の問題と呼ばれることが増えています。最適化されていない場合‘、’各 M vlan で、 ‘N 個’の各リーフに対してトラフィックが殺到しています。また、各リーフでは、 ‘M’の各 vlan のアクセスインターフェイス上でトラフィックがあふれています。

章のまとめ

この章では、EVPN データセンターファブリックにおける VLAN マルチキャストのメカニズムについて解説してきた。最適化を無効にして、ファブリック内の複数の VLAN を使用して最適化されていないマルチキャスト get の問題がどのようになっているかを示しています。次の章では、最適化が‘大量’の問題を軽減するうえで重要な役割を果たす方法について説明します。