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IP Fabric(L3 Fabric)概要。メンテナンス時も無停止のネットワークを実現


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IP Fabric概要

  • 1952年にCharles Clos氏によって提案されたClos Networkの原則を適用したトポロジーです。
  • L2ブロードキャストを排除し、安定性と拡張性を向上
  • L2制限がなくなる。（VLAN数）
  • BGPとBFDはベンダーに依存せず、L3レイヤーで経路を制御するので、トラブルが発生したときも従来のIPのトラブルシューティングが適用できます。

構成メリット

  • 帯域が足りない場合、スケールアウト可能
  • スイッチのバージョンアップも、事前にスイッチをメンテナンスモードにすることで、ダウンタイムなしで可能
  • 複数ベンダーの混在が可能

構成注意点

  • マルチキャストルーティング

設計メモ

  • ネットワーク帯域を拡張するときはspineノードの台数を追加します。
  • 障害発生時にはノード数が多いほど、障害発生時の帯域幅の減少は僅かになります。
  • ノード間は1本のリンクで構成することが推奨。（port-channelをしていると帯域が半分になっても、同量のトラフィックが送信され続けてしまうため）
  • 2層Closネットワーク(Spine, Leaf)
  • 3層Closネットワーク(Spine, Leaf, ToR)

IP Fabricイメージ例

複数のスイッチをまとめて、大きなL3スイッチになります。


IP Fabric用語

VXLAN Virtual Extensible Local Area Networkの略。
「L2 over L3」のオーバーレイネットワーク
現在のVLANを拡張する技術で、レイヤー3ネットワーク上にレイヤー2ネットワークをオーバーレイで実現する。
VTEP VXLAN Tunnel End Pointの略。
VXLAN終端ポイント。
VXLAN対応スイッチ
VXLANのトンネルはハイパーバイザーに含まれる仮想スイッチや物理サーバーなどに設置されるVTEPで終端される。
ARP解決のようなことをする。
VTEPでは各仮想マシンのMACアドレスとVNIを指定するのに必要なヘッダを生成する。
VNI VXLAN Network Identifierの略。
VXLANにおいて、各論理ネットワークの識別を行うためのID。
VLANのようなもので、VLANと紐づける( VLAN 100 = VNI 10100, VLAN 300 = VNI 10300)
24ビットのVXLAN IDを活用することができ、最大で1677万のL2ネットワークを作成できることになるため、
VLANのID制限の課題（4096までのIDしか利用できない）を解決することができる。
CRB Centrally-Routed Bridgingの略
Spine側でL3を行う
一般的にはこれが使われる
ERB Edge-Routed Bridge
Leaf側でL3を行う。
East-Westの通信が多い場合。


VXLAN（Virtual eXtensible LAN）

VXLANフレームはデータフレームにVXLANヘッダを付けた上でUDPにてカプセル化し、L3ネットワーク(アンダーレイネットワーク)上をルーティングされながら転送され、L3ネットワークを越えてL2で宛先に到達することが可能です。

VXLAN EVPN（Ethernet VPN）方式

  • 最近のVXLANの主流
  • BGP による L2 MAC と L3 IP 情報の転送を可能にするこのような拡張をEVPN(Ethernet VPN)といいます
  • Ethernet VPN(EVPN)というプロトコルの開発によりBGPを用いてユニキャストでの情報交換が行えるようになった。
  • この技術によりVXLANをData Center Interconnect(DCI)で利用することもできる。
  • MP-BGP を用いてホストの IP アドレスや MAC アドレス、VNI、VTEP（VXLAN Tunnel End Point） peer 情報などを各VTEP デバイス（NVE [Network Virtualization Endpoint]デバイス）同士が BGP ルーティング プロトコルを活用し、自律的に情報をやりとりしながらネイバー関係を構築することができる手法
  • VNIという識別子を元に通信を行い、VTEPという出口を目標にVxlanのトンネルを築いています。

OVSDB 方式（RFC 7047）

  • OVSDB [Open vSwitch Database Management Protocol] コントローラーが、すべての VTEP デバイスを管理する集中管理型モデル

Multicast 方式

  • ホスト間のMACアドレス情報の交換のためにマルチキャストルーティング
  • Underlay ネットワーク上で Multicast ルーティングを動かすことで、VTEP アドレスの検出や VM の IP アドレスや MAC アドレスの検出などすべて Flood & Learn により実現しています。



参考：コラム - クラウド時代のオープンソース実践活用 | 第64回　いまさら聞けない？ VXLANの仕組みとVTEPの役割｜CTC教育サービス 研修/トレーニング


VXLAN EVPN（Ethernet VPN）

Control Plane
(制御情報の交換) 		MP-BGP Multi Protocol BGP
Data Plane
(データの転送) 		MPLS Multi-Protocol Label Switching
PBB Provider Backbone Bridge
NVO Network Virtualization Overlay

Data Planeは、MPLSかPBBかNVOのどれかを利用する。

MP-BGP (Multi Protocol BGP)

BGP(BGP4)は、IPv4だけでしたが、MP-BGPは、IPv4以外のプロトコルに対応しています。

  • IPv4 ユニキャスト
  • IPv4 マルチキャスト
  • IPv4 VRF
  • IPv6 ユニキャスト
  • IPv6 VRF

VXLAN EVPN用語

EVI EVPN Virtual Instance
MAC-VRF
RD Route Distinguisher
MAC-VRFごとに一意の識別子
RT Route Target
ES Ethernet Segment
ESI Ethernet Segment Identifier
L2セグメントの、一意の識別子
接続先のPE routerのインタフェースに対して同一の値を設定しておきます。

参考：EVPN-VXLANのAll-Active Multihomingによる拠点間の接続を試しました - FJCT Tech blog


参考

Cloud-Native Data Center Networking


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device/switch/ipfablic.html.txt · 最終更新: 2021/04/13 00:04 by kurihara

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