详解SPB标准及数据中心应用

ZDNET网络频道 01月11日 综合消息（文/H3C 李蔚）：SPB(Shortest Path Bridging，最短路径桥接)是多生成树协议(MSTP)的进一步拓展，它使用IS-IS协议来共享交换机间的多个学习的拓扑，并迅速学习以太网连接中各端点之间的最短路径。SPB是IEEE组织针对数据中心大规模二层网络应用模型定义的一组协议(IEEE 802.1aq)，是CEE(Convergence Enhanced Ethernet，融合增强型以太网)的重要组成部分。于2012年3月得到IEEE的批准正式标准化。

相对于TRILL(IETF组织针对数据中心大规模二层网络应用模型定义的协议族)，SPB最大的优势在于能够方便的支持VLAN扩展功能，正是这一点吸引了很多需要支持多租户业务的运营商以及有规模运营需求的企业的关注。

图1. SPB的基本结构示意

SPB的基本结构如图1所示：多台服务器A/B/C通过交换机1/2/3二层互联。服务器之间的流量可以通过二层路由协议计算的最短路径转发，而不必依赖于传统STP形成的绕行网络拓扑转发。这样SPB可以有效的提高二层网络流量转发效率。同时，SPB还可以通过二层路由协议在多条转发路径之间形成等价路径，对流量进行负荷分担，提高网络整体的利用效率和HA性能。

SPB的优势主要体现在以下四个方面：

• 基于拓扑计算的最短路径能够有效减少转发跳数，提高转发性能;

• 基于等价路由的多链路负载均衡(最大16条)，能够有效的提高带宽利用率;

• 基于等价路由的快速切换能够保证100毫秒内的故障切换;

• 管理简单，网络规模可达1000个节点。

一、 SPB技术解读

1. SPB协议族的结构

图2. SPB协议组的架构

如图2所示，SPB协议支持两种模式：

  Q-in-Q模式称为SPBV，目前在业界基本没有应用;

  M-in-M模式称为SPBM，是目前的主要推荐模式。本文将针对SPBM展开介绍。

无论是SPBV还是SPBM，在控制平面都是基于L2 IS-IS实现拓扑发现、管理。在协议的具体实现思路方面两者是一致的。

M-in-M是指Mac in Mac技术，也称为PBB(见附录介绍)。PBB定义了二层网络中的数据转发流程，但是PBB本身没有定义控制流程。也就是说二层网络的拓扑控制、二层环路管理都必须依赖于传统的STP等技术，这就直接降低了PBB应用的可行性。因此PBB迫切需要定义一套控制流程，使其能够有效的替代STP协议管理大规模二层网络的拓扑和环路， SPBM应运而生。

SPBM和PBB的关系可以简单地概括为：SPBM+PBB=完整的二层网络技术，其中SPBM是控制平面协议，而PBB是数据转发层面协议。

2. SPBM的转发路径管理

如前文所述，SPBM基于PBB技术，可以看作是PBB的控制流程协议：

  SPBM管理二层网络的拓扑、环路，计算路径等;

  PBB根据SPBM计算的路径进行转发。

当然，PBB分为骨干网和接入网两个层次。接入网层次较低，规模可以规划控制，是标准的二层网络，可以采用STP或其他二层技术来管理控制。SPBM的目的是通过L2 IS-IS协议学习骨干网的拓扑，计算最短转发路径和等价路径，指导报文在骨干网上做最优的二层转发。

• SPBM多实例的概念

SPBM在骨干网上存在多实例的概念。如图3所示，SPBM的UNI相当于VPLS技术的PE设备，负责外层标签的封装与解封装;而NNI相当于VPLS技术的P设备，负责根据外层标签转发报文。

SPBM的多实例类似VPLS的VSI概念，即在同一个物理网络上形成多个相互独立的逻辑转发实体，彼此之间逻辑隔离。图3中不同的颜色代表不同的实例(指BVID：BVlAN1/2/3/4)，它们在相同的物理拓扑上形成不同的逻辑拓扑，，经过计算形成不同的转发路径(指不同的出接口Interface)。

图3. SPBM的原理架构

• SPBM的单播转发管理

SPBM的单播转发从本质上与标准的L3 IS-IS路由网络非常类似。如图4所示，在实例I-SID5中，节点A计算骨干网上到各节点的最短转发路径。

图4. SPBM的单播路径计算原理

节点A通过IS-IS协议相互通告邻居网络信息，学习到整网的拓扑信息，然后计算出整个骨干网的拓扑结构。基于这样一张标准的拓扑图，节点A计算从本节点到其他各节点的最短路径，形成最优转发路径。如果存在多条转发路径等价的情况，则需要通过特定的算法——等价路径算法(ECT：Equal Cost Tree)计算本实例应该选定的路径。

SPBM的等价路径算法相对比较复杂，其基本思路是：

  在任一实例中，计算任意节点到另一节点的最短路径，存在等价路径;

  分别计算各条等价路径的Key值;

  比较各条等价路径的Key值，取最小的Key值对应的路径作为转发路径。

Key值计算公式为：

  N = min {Bridge ID XOR MASK[i-1]}

  #N = Bridge ID

公式中的Bridge ID是用户指定的交换机ID，是用户直接配置的数据，相当于一个唯一的编号或名字。

公式中的MASK[i]是一个标准协议中定义的数组，数组大小是16。由协议为该数组指定具体数据，对应16个不同的实例。当前协议中定义的数组是：00 ff 88 77 44 33 cc bb 22 11 66 55 aa 99 dd ee。

• SPBM的组播管理

图5. SPBM的组播管理

SPBM的组播与传统的三层网络组播管理很类似，都是基于单播管理，在单播管理形成的转发路径上计算组播路径。如图5所示，节点A作为源节点，D/E/F节点是叶子节点。通过图3中形成的单播转发路径，节点A计算到各个叶子节点之间的组播转发路径，形成图5所示的组播树。其中，

  不同的实例中，定义不同层次的组播树，相互独立;

  每个实例中，每个节点有以自己为根的独立组播树。