Tema 5.- El Protocolo SPB (Shortest Path Bridging).

¿Qué es SPB (Shortest Path Bridging)?

• SPB es diseñado para simplificar la creación y gestión de redes grandes
• Envia datos por la ruta más eficiente
• Estandarizado como IEEE 802.1aq
• Es una evolución de protocolos anteriores como STP

Características clave

• Proporciona rutas optimizadas para transmitir datos en la red
• Usa un solo protocolo para control y transmisión de datos
• Admite redes grandes con enlaces redundantes sin crear bucles

Ámbitos de aplicación

• Es ideal para redes MAN debido a su capacidad de manejar tráfico de múltiples clientes o servicios
• Se usa en entornos empresariales y centros de datos donde son críticos la escalabilidad y la fiabilidad

¿Cómo funciona SPB?

• SPB utiliza el protocolo IS-IS para calcular rutas óptimas dentro de la red

Descubrimiento de la red

• Los switches que usan SPB detectan la topología completa de la red automáticamente
• Elimina la necesidad de configurar enlaces o VLANs manualmente

Cálculo de rutas óptimas

• Utiliza un algoritmo similar al de Dijkstra para calcular rutas cortas entre dos puntos
• Por consiguiente optimiza el uso de enlaces redundantes y evita cuellos de botella

Encapsulación de datos

• SPB utiliza un formato de encapsulación llamado MAC-in-MAC para aislar el tráfico de los usuarios
• Esto mejora la seguridad y permite la coexistencia de múltiples servicios

Transmisión de tráfico

• SPB enruta el tráfico directamente por los caminos más cortos, evitando bucles y maximizando el rendimiento, después de calcular las rutas

Comparativa: SPB vs STP y TRILL

Beneficios del protocolo SPB

• Optimiza el rendimiento, enrutando el tráfico por las rutas más cortas y aprovechando al máximo los enlaces redundantes
• Tiene escalabilidad
  • Soporta miles de switches y LANs en una sola red lógica
• Simplifica: reduce la complejidad de la configuración manual, ya que los switches detectan la topología automáticamente
• Mejora la seguridad, aislando con encapsulación MAC-in-MAC, el tráfico de diferentes usuarios o servicios
• Reduce costes, permitiendo usar al máximo los recursos de la red sin equipos adicionales

Implementación práctica en equipos Alcatel-Lucent

• Alcatel-Lucent integró SPB en sus switches bajo su línea de productos OmniSwitch, específicamente en entornos MAN

Configuración típica en un switch Alcatel-Lucent

• Habilitar SPB activando el protocolo IS-IS en los switches
• Definir VLANs y servicios, configurando VLANs necesarias para los diferentes servicios
• Asignar roles a los switches, configurando uno o más switches como nodos raíz para gestionar el tráfico principal
• Usar comandos como show spb topology para confirmar que la red se ha mapeado correctamente al verificar la topología

Ejemplo práctico

• Una red MAN conecta 5 edificios municipales en una ciudad
• El objetivo es optimizar el uso de enlaces de fibra redundantes y garantizar un tráfico fluido
• Se instalan switches Alcatel-Lucent OmniSwitch en cada edificio
• Se configura SPB para calcular automáticamente las rutas más cortas y encapsula el tráfico de cada servicio en VLANs separadas para aislamiento
• Resulta una red eficiente que utiliza todos los enlaces disponibles sin intervenciones manuales

Ejemplo práctico de beneficios

• Una red basada en STP tenía enlaces redundantes sin usar
• Activó SPB permitiendo utilizar todos los enlaces simultáneamente
• El tráfico entre edificios ahora sigue las rutas más cortas
• El resultado fue un incremento del ancho de banda disponible y reducción de la latencia en aplicaciones críticas como VoIP y gestión de datos

¿Qué es el estándar IEEE 802.1aq?

• Fue desarrollado para mejorar la gestión de redes Ethernet, eliminando las limitaciones del protocolo Spanning Tree (STP)
• Mecanismo para que las redes utilicen todos los enlaces disponibles mediante el cálculo de rutas óptimas, enviando el tráfico por caminos redundantes sin generar bucles

Principales características técnicas del estándar

• Usa IS-IS como protocolo base, un protocolo de enrutamiento tradicionalmente usado en redes IP
• Funciones de IS-IS en SPB
  • Descubre automáticamente la topología de la red
  • Calcula las rutas mediante el algoritmo de Dijkstra
  • Mantiene un mapeo dinámico de todos los nodos y enlaces
• Compatibilidad con MAC-in-MAC
  • SPB usa un método llamado MAC-in-MAC (802.1ah) para encapsular el tráfico Ethernet

Ventajas

• Aisla el tráfico de cada servicio o cliente en redes grandes
• Reduce la cantidad de entradas en las tablas MAC de los switches intermedios
• Virtualización de redes
  • SPBV (Shortest Path Bridging VLAN): gestiona el tráfico basado en VLANs tradicionales y soporta redes pequeñas y medianas
    • SPBM (Shortest Path Bridging MAC-in-MAC): diseñado para grandes redes empresariales, MANs y centros de datos; proporciona un nivel adicional de encapsulación para mayor escalabilidad
• Optimización del tráfico multicast
• Árboles de multicast
  • SPB crea múltiples árboles multicast optimizados, asegurando la distribución eficiente de tráfico de video, voz o datos en redes de gran escala
  • El tráfico multicast se enruta por los caminos más cortos hacia todos los destinatarios

Componentes técnicos del estándar IEEE 802.1aq

Estructura de paquetes

• Encapsulación MAC-in-MAC
  • Los paquetes Ethernet se encapsulan con una nueva cabecera que incluye
    • Dirección MAC del nodo de entrada y salida
    • Identificadores de servicio (I-SID) para diferenciar el tráfico de varios clientes
  • Permite el aislamiento de tráfico y facilita la virtualización
• Algoritmo de cálculo de rutas (Dijkstra): SPB utiliza el algoritmo de Dijkstra para calcular la ruta más corta desde cualquier nodo de origen a cualquier nodo de destino
• Cada nodo almacena una tabla con la topología completa de la red, actualizándola dinámicamente

Virtual LAN Services (VLANs y I-SIDs)

• SPB amplía el soporte para VLANs tradicionales
  • I-SID (Service Identifier): cada servicio o cliente tiene un identificador único que encapsula su tráfico
  • Permite la coexistencia de múltiples servicios aislados en una sola red

Escalabilidad

• Entradas MAC reducidas
  • Los switches intermedios no necesitan conocer todas las direcciones MAC de la red, solo los nodos finales
  • Por lo tanto, reduce la carga en las tablas de los switches, permitiendo redes más grandes y escalables
• Soporta hasta 16 millones de servicios (I-SIDs) en una red

Ventajas técnicas del estándar IEEE 802.1aq

• Uso eficiente de los enlaces: todos los enlaces disponibles en la red están activos simultáneamente, eliminando los enlaces bloqueados como ocurre en STP
• Reducción de complejidad: los switches SPB detectan automáticamente la topología de la red y calculan las rutas sin intervención manual
• Compatibilidad con redes existentes: SPB puede coexistir con redes basadas en VLANs y otros estándares Ethernet
• Resiliencia: Soporta recuperación rápida ante fallos de enlaces o nodos, en milisegundos
• Optimización para tráfico multicast y unicast: Son calculadas dinámicamente las rutas más cortas para cada tipo de tráfico, maximizando la eficiencia

Limitaciones técnicas del estándar

• Compatibilidad inicial: solo funciona en dispositivos que soporten SPB, limitando su implementación antigua
• Curva de aprendizaje: requiere conocimientos sobre IS-IS y protocolos de encapsulación