Prenos Multicastu v SP sieťach novej generácie

Peter Filo

Senior Systems Engineer

peter.filo@alef.com

Pod sympatickou skratkou BIER (Bit Indexed Explicit Replication) sa skrýva nová architektúra prenosu multicastových tokov v SP sieťach. Jej cieľom je poskytnúť jednoduchý a optimálny prenos multicastových paketov, pretože k prenosu nepotrebuje dedikovaný signalizačný protokol. BIER architektúra nevyžaduje mať spustený Protocol Independent Multicast (PIM), multipoint LDP (mLDP) alebo P2MP MPLS Traffic Enginnering na signalizáciu a udržiavanie stavových informácií na jednotlivých routeroch v BIER multicastovej doméne.

Každý BIER výstupný (egress) router, ktorý je možným prijímateľom multicastového toku má konfiguračne priradený jeden konkrétny bit (BFR-ID) z bitového pola (Bit String).  Dĺžka bitového pola korešponduje celkovému počtu egress routerov, pretože každá pozícia v bitovom poli identifikuje konkrétny egress router. Toto bitové pole sa tak isto nachádza v multicastových paketoch, ktoré sú prenášané v BIER multicastovej doméne. Nastavenie jednotlivých bitov v bitovom poli v hlavičke prenášaného paketu korešponduje egress routerom, na ktoré má byť tento paket preposlaný/replikovaný. Existuje niekoľko spôsobov ako a kam schovať bitové pole do paketu, napríklad pomocou MPLS tagu alebo IPv6 rozširujúcich hlavičiek.

Keďže BIER architektúra vytvára topológiu podľa jednotlivých BFR-ID egress routerov a multicastové pakety su prenášané na základe extra informácie (Bit String), ktorú do paketov pridáva BIER vstupný (ingress) router za ktorým sa nachádza multicastový zdroj, tak BIER architektúra nevyžaduje mať dopredu zostavený distribučný strom.  

BIER egress routre oznamujú ostatným routerom v BIER doméne svoje BFR-ID pomocou link-state IGP protokolu (vyžaduje rozšírenie OSPF alebo IS-IS o dodatočné LSA/LSP). Každý router v BIER multicastovej doméne si podľa obdržaných BFR-ID a výpočtu najkratšej cesty k unicastovým Router ID zostaví tzv. Bit Index Forwarding Table (BIFT), ktorú bude používať pre preposielanie/replikáciu multicastových paketov (Obr.1).

Obrázok.1 – Bit Index Forwarding Table

Obrázok.1 – Bit Index Forwarding Table

Keď ingress router obdrží dáta z multicastového zdroja, tak im pridá BIER hlavičku, ktorej súčasťou je Bit String (nastavené bity definujú egress routre kam má byť paket replikovaný) a zabalí do MPLS formátu. Rozhodnutie kam preposlať/replikovať multicastové pakety sa vykonáva pomocou AND operácie medzi nastavenými bitmi v prichádzajúcej BIER hlavičke a obsahom BIFT. V odchádzajúcich/replikovaných paketoch sú bity v BIER hlavičke nastavené podľa výsledku AND operácie (Obr.2-4).

Obrázok.2 – Forwarding Packets (one receiver)

Obrázok.2 – Forwarding Packets (one receiver)

Obrázok.3 – Forwarding Packets (two receivers)

Obrázok.3 – Forwarding Packets (two receivers)

Obrázok.4 – Forwarding Packets (three receivers)

Obrázok.4 – Forwarding Packets (three receivers)

Každý BIER router vyžaduje lokálny MPLS tag na forwarding pomocou BIER architektúry. To je kvôli tomu, aby vedel do paketu schovať a zároveň preniesť BIER hlavičku. Aby sa zjednodušilo prideľovanie a distribúcia MPLS tagov, tak pre BIER účely sa prideľuje množina tagov z globálneho “label space”. Pridelený rozsah je potom oznamovaný pomocou interného routovacieho protokolu, respektíve jeho rozšírení podporujúcich BIER architektúru. BIER header sa prenáša medzi MPLS tagom a multicastovým paketom (Obr.5).

 

Obrázok.5 – MPLS encapsulation

Obrázok.5 – MPLS encapsulation

Pri prenose pomocou BIER architektúry stále využívame IGMP protokol, ktorým prijímatelia muticastového toku signalizujú priamo pripojeným egress routerom požiadavku na príjem. Egress routre následne signalizujú tento “join” Ingress routerom pomocou MP-BGP protokolu v address-family IPv4 MVPN.

V BIER architektúre je prenosová cesta spoločná ako pre unicastové, tak aj multicastové pakety. Preto je možné na multicast v BIER doméne napríklad aplikovať vlastnosti z unicastového sveta - FRR a LFA. Pokiaľ je sieť bez smerovacích slučiek z pohľadu interného routovacieho protokolu, tak je bez slučiek aj z pohľadu prenosu multicastových dát a preto nie je potrebné vykonávať RPF kontrolu. Rýchlosť konvergencie siete je v prípade výpadku prakticky zhodná ako pre unicastové, tak aj multicastové toky. 

Škálovateľnosť BIER architektúry je podmienená dĺžkou bitového pola (Bit String), ktorým sú identifikované egress routre.  Táto veľkosť je nastaviteľná, musí však byť rovnaká na všetkých routeroch v BIER doméne. Podporovaná maximálna veľkosť na ktorej sa zhodli jednotliví výrobcovia spolupracujúci na IETF drafte je stanovená na 256 bitov.  Komu by to nestačilo, tak existuje možnosť rozšírenia bitového poľa o tzv. set (ďaľších 256 bitov), alebo sa dá využit IGP multi-area dizajn, kde každá OSPF alebo IS-IS area disponuje 256 bitmi a ABR prepája jednotlivé BIER multicastové domény. 

Na vývoji BIER architektúry spolupracuje Cisco, Ericsson, Alcatel-Lucent, Juniper a Huawei. Viac info o činnosti a aktivitách tejto IETF pracovnej skupiny možno nájsť napríklad tu.