Bölüm 47:Operatör ve Metro Ağları

Paket senin ağının sınırından çıktı. Şimdi bir operatörün ağında ilerliyor ve orası evdekine benzemiyor.

Aynı Ethernet çalışıyor, ama bambaşka bir ölçekte ve bambaşka kurallarla. Peki bu ağ seninkinden nerede ayrılıyor?

Şehir ölçeğinde ne değişiyor?

Ağları menzillerine göre sıralamıştık ve ortadaki basamağın adı şehir alan ağıydı. Operatörün metro halkası tam bu ölçekte duruyor. Bir şehri kapsar, binaları ve santralleri birbirine bağlar.

İnternetin merkezinde az sayıda, birbirine çok bağlı büyük ağ vardır. Bunlar ulusal ve uluslararası kapsama satan ticari taşıyıcılardır. Her operatör ayrı bir otonom sistem olarak kendi politikasını yürütüyordu. Buradaki konu o politikanın altındaki fiziksel ağdır.

Aynı operatör üç işi birden yapıyor: uzun mesafe yüksek hızlı hatları işletiyor, bir şehrin içinde işletmeler arası metro bağlantıları kuruyor, evlere giden erişim hatlarını da o çekiyor. Senin faturanda üçü tek satırda toplanıyor, oysa arkalarında üç ayrı mühendislik duruyor.

Ethernet bu üç işin ortasında yer değiştirdi. Artık yerel bir ağ teknolojisi sayılmıyor. Taşıyıcılar kıtaları ve dünyayı aşan geniş alan ağlarını onunla kuruyor. Operatör ağını kurum ağından ayıran şey bu yüzden protokolün adı olamıyor. Ayıran şey anahtardan istenen yetenek listesi oluyor, ve kampüs tasarımında o listenin çoğuna hiç ihtiyacın olmuyor. Taşıyıcı sınıfı Ethernet’i tarif eden dört öznitelik sayılır: ölçeklenebilirlik, güvenilirlik, hizmet kalitesi ve hizmet yönetimi.

Mesafe de aynı yönde büyür. Standart, 1000BASE-LX için 5.000 metre şart koşar. Uzatılmış erişimli sürümler 70-100 kilometreye ve ötesine gider. On gigabitte 10GBASE-LR tekli mod fiberde 10 kilometreye, 10GBASE-ER 40 kilometreye ulaşır. Şehir ölçeğinde hizmet götüren bağlantıları kuran şey bu tekli mod arayüzlerdir.

Sorumluluk nerede bitiyor?

Operatörün ağı müşterinin binasında bir yerde biter. O bitiş noktasının adı demarkasyon noktasıdır ve sorumluluk sınırı oradan geçer. Sınırın müşteri tarafında duran kutu müşterinindir; adı müşteri ucu cihazıdır. Demarkasyon noktasından merkez ofise uzanan parçaya yerel döngü denir. Merkez ofis operatörün anahtarlanmış ağının başladığı yerdir; şehirdeki abone hatları orada toplanır.

Geniş alan bağlantısı çoğu zaman operatörden kiralanır. Yönlendiricinin WAN arayüzü o kiralık hatta bakar. Hattın iki ucu operatörün ağında bir sanal devreyle birbirine tanıtılır; paketin izleyeceği yol o tanımdan çıkar.

Kiralama fikri metro Ethernet’ten eskidir. Frame Relay 64 kbit/s ile 1,544 Mbit/s arasındaki hızları destekliyordu; üst sınır 24 kanallık bir T1 hattıdır. Kurumsal hız aralığı buradan başladı ve metro Ethernet onu devraldı.

Servis tipini teknoloji belirlemez. Sanal bağlantının şekli belirler. İki uçlu bir Ethernet sanal bağlantısı üstüne kurulan her servisin adı E-Line’dır. Çok noktadan çok noktaya olan servis E-LAN’dır: birden çok şube tek bir anahtarın portlarındaymış gibi konuşur. E-Tree köklü çok noktalı bir bağlantı üstüne kurulur ve yapraklar yalnızca kökle konuşur.

Her şekil iki sürümde satılır. Port tabanlı sürümde arayüz o servise adanmıştır ve servis çoklamaya izin verilmez. VLAN tabanlı sürümde aynı arayüzde birden çok bağlantı sonlanır. 802.1Q etiketi tek bir kabloda birden çok VLAN’ı yan yana taşıyordu; operatör aynı etiketi müşterilerini ayırmak için kullanır. Altı abone servisinin künyesi MEF 6.3’te durur.

Somut bir vakaya oturt. Şirketin şube ağı 198.51.100.0/24, merkez ağı 203.0.113.0/24 olsun. Şubeyle merkez arasına noktadan noktaya bir bağlantı alırsan servisin adı EPL olur ve şubedeki arayüz o tek servise adanır. Aynı arayüzden veri merkezine, 192.0.2.0/24 ağına, ikinci bir bağlantı daha istersen port tabanlı sürüm yetmez. EVPL’ye geçersin: iki bağlantı aynı fiziksel arayüzde ayrı etiketlerle sonlanır.

Sözleşmenin sayısal çekirdeği tek bir hız rakamı değildir. Taahhüt edilen bilgi hızı, operatörün altına imza attığı taban hızdır. Burst hızı ise omurganın yükü uygunsa o sözün üstüne çıkabilmektir. Garanti taşımaz, artan kapasiteyi taşır. Trafik taahhüdün üstüne çıktığında hangi paketlerin önce atılacağını bir bayrak işaretler.

Hizmet seviyesi dört ölçüyle yazılır: tek yön çerçeve gecikmesi, gecikme oynaması, çerçeve kayıp oranı ve tek yön erişilebilirlik. Dördü de bir hizmet sınıfı adına bağlanır.

Bu ölçüleri sözleşmeye yazabilmek bir servis modeli tercihidir. Ağ katmanının tek bir modeli yok: ATM’nin sabit bit hızı ile kullanılabilir bit hızı sınıfları bir yanda, IP tarafındaki Intserv (RFC 1633) ile Diffserv (RFC 2475) öbür yanda duruyor. Operatörün sattığı şey, bu ailenin sözleşmeye geçmiş hâlidir.

Bir şehir 4.094 VLAN’a sığmaz

On iki bitlik VLAN kimliği operatör ölçeğinde yalnızca 4.094 kullanılabilir numara ediyor. Üstelik her müşteri kendi numaralarını kendi seçiyor ve numaralar çakışıyor. Sözleşmedeki hizmet sınıfı adı da sahada aynı etiketin üç bitlik öncelik alanına iniyor.

Çıkış yolu, müşterinin etiketinin üstüne ikinci bir etiket koymaktır. 4 baytlık tek etiket azami çerçeveyi 1.518 bayttan 1.522 bayta çıkarır. Operatör kendi dış etiketini eklerse çerçeve 1.526 bayta gider. Zarf çerçevesi bu işi resmileştirir: 1.500 baytlık veriye 482 bayta kadar etiket alanı ekler ve azami çerçeve 2.000 bayta çıkar. Q etiketli zarfın asgari veri alanı 42 bayta düşer, böylece 64 baytlık asgari çerçeve korunur.

Dış etiket operatöründür, iç etiket müşterinin. Müşteri kendi numaralarını serbestçe seçmeye devam eder ve omurgadaki anahtarlar yalnızca dış etikete bakarak iletir.

Boy sorunu böyle çözülür, çap sorunu durur. Eski köprü standardı azami yedi atlamalık bir ağ çapı önermişti. Katman 2’yi bir şehre yaymanın bedeli buradan görünür.

Etiket, adresin yerine geçmez

MPLS’in ilan edilen amacı sabit uzunlukta bir etiketle yüksek hızlı IP iletimidir. En uzun önek eşlemesinin yerini sabit uzunlukta bir kimlik alır. Etiket yığını girdisi 4 bayttır ve dört alan taşır.

MPLS etiket yığını girdisi - toplam 32 bit
+------------------------+--------+-----+-------------+
| Label           20 bit | Exp  3 | S 1 | TTL    8 bit|
+------------------------+--------+-----+-------------+
                                     RFC 3032, Ocak 2001

20 bitlik alan 1.048.576 değer taşır. Bu, 802.1Q’nun kullanılabilir numara uzayının yaklaşık 256 katıdır. Tek bitlik S bayrağı yığının dibini işaretler ve etiketlerin üst üste binebilmesini mümkün kılan şey odur. Etiketin ardındaki üç bit deneysel kullanım için ayrılmıştı; sahada hizmet sınıfı taşır. 802.1Q’nun öncelik alanının etiketli omurgadaki karşılığı bu üç bittir. TTL alanı 8 bittir; döngü korumasını orada o devralır.

Karar bir kez verilir. Bir paketin hangi iletim denklik sınıfına düştüğüne yalnızca ağa girerken karar verilir. Aynı sınıfa düşen paketlerin izlediği yolun adı etiket anahtarlamalı yoldur. Operatörün sattığı sanal devrenin altındaki gerçek nesne budur.

Sonraki her atlamada iş sadeleşir. Etiket anahtarlamalı yönlendirici paketi yalnızca etiket değerine bakarak çıkış arayüzüne verir. IP adresine hiç bakmaz. MPLS iletim tablosu IP iletim tablosundan ayrıdır ve verdiği karar IP’nin vereceği karardan farklı olabilir.

Bu fark bir kusur sayılmaz, satılan özelliğin kendisidir. Aynı hedefe giden akışlar kaynak ve hedef adrese göre farklı yollara dağıtılabilir ve bunun adı trafik mühendisliğidir. Hızlı yeniden yönlendirme ise yedek yolları bağ kopmadan önce hesaplamaya dayanır. Kopuş anında hesap değil, seçim yapılır.

Bunun için yönlendirme protokolleri de genişletilir. OSPF ve IS-IS’in link state (bağlantı durumu) taşmasına bağ bant genişliği ve ayrılmış bant genişliği eklenir. Giriş yönlendiricisi aşağı akıştaki iletimi RSVP-TE ile kurar.

MPLS geleneksel iki katmanın arasında çalıştığı için 2,5. katman protokolü diye anılır ve sanal devre fikrini paket ağına taşır. Taşıdığı şey yalnızca IP de değildir: ATM, SONET ve Ethernet çerçeveleri aynı etiketli omurgadan geçebilir.

Bedeli yükten çıkar. Kapsülleme her katta MTU’dan yer yiyordu; operatör MTU’yu büyütmezse her MPLS etiketi müşterinin yükünden 4 bayt alır. 1.500 bayt 1.496’ya iner.

Yolu ağa yazmak yerine pakete yazmak

MPLS’in bedeli kontrol düzleminde. Her etiket anahtarlamalı yol için ağdaki her yönlendiricinin bir satır tutması gerekiyor; o satırları dağıtan protokoller de ayrıca kuruluyor, ayrıca işletiliyor. Bin yolu olan bir omurgada bin ayrı durum, her kutuda.

Bu yükü ortadan kaldıran fikrin adı segment yönlendirme. Tersine çeviriyor: yolu ağa dağıtmak yerine paketin başına yazıyor.

Gönderen kenar yönlendirici, paketin izleyeceği yolu bir liste hâlinde başına ekliyor. Listenin her elemanına segment deniyor ve iki türü var. Düğüm segmenti “şu yönlendiriciye, en kısa yoldan git” diyor. Komşuluk segmenti ise “tam olarak şu bağlantıyı kullan” diyor. İkisini karıştırarak istediğin yolu tarif edebiliyorsun: birkaç atlamayı en kısa yola bırak, kritik bir noktada belirli bir hattı zorla.

Ara yönlendiricilerin işi sadeleşiyor. Hiçbir yol durumu tutmuyorlar; listenin en üstündeki segmente bakıyor, gereğini yapıyor, o segmenti listeden düşürüyorlar. Durum ağdan çıkıp pakete taşınmış oluyor.

Aynı fikrin iki ayrı veri düzlemi karşılığı var. SR-MPLS listeyi az önce gördüğün etiket yığını olarak taşıyor — yani mevcut MPLS donanımı olduğu gibi çalışıyor, yalnızca etiketleri dağıtan protokoller gereksizleşiyor. SRv6 ise segmentleri IPv6 adresleri olarak taşıyor ve listeyi bir uzatma başlığına koyuyor; böylece ayrı bir etiket kavramına hiç ihtiyaç kalmıyor.

Etiketin her durakta nasıl değiştiğini takip edelim:

Özet

Peki, ne öğrendik?

• Metro Ethernet bir ölçek kararıdır: aynı çerçeve biçimi şehir alan ağında, tekli mod fiber ve taşıyıcı sınıfı yetenek listesiyle birlikte çalışır.
• Demarkasyon noktası sorumluluğun sınırıdır: yerel döngü orayı merkez ofise bağlar, müşteri ucu cihazı sınırın müşteri tarafında durur.
• Servisin adını sanal bağlantının şekli verir: noktadan noktaya E-Line, çok noktadan çok noktaya E-LAN, köklü çok noktalı E-Tree.
• Sözleşme tek bir hız rakamı değildir: taahhüt edilen bilgi hızı, gecikme, gecikme oynaması, kayıp oranı ve erişilebilirlik bir hizmet sınıfı adına bağlanır.
• Etiket adresin yerine geçmez, kararın yerine geçer: sınıflandırma girişte bir kez yapılır, sonraki her atlama yalnızca 20 bitlik değere bakar.

Metro halkasında paketin önünde dört baytlık bir şerit gidiyor ve kararı o veriyor. Ama şeridin kendisi de kilometrelerce bakırdan ya da camdan geçiyor. Peki bunca yol boyunca paketin kendisi tam olarak ne hâlde?