Ethernet OAM, CFM, Y.1731 Notları

Şunu bir okuyun ;

BRKNMS-2202 – Ethernet OAM: Technical Overview and Deployment Scenarios (2014 Milan) – 2 Hours

Ethernet OAM genel olarak, 802.1ag ve ITU-T Y.1731 standartlarından oluşmaktadır. Ayrıca MEF tanımladığı bir multi domain metro ethernet service domain yapısı bulunmaktadır. MEF modeline göre ethernet linklerinde IEEE 802.3ah link OAM kullanılabilir. MPLS pseudowire hatlarda ise, Y.1711 veya VCCV and MPLS LSP Ping kullanılabilir. Aslında halen tam olarak oturmamış standartlardır.

Ethernet Link OAM IEEE 802.3ah ilk çıkandır. Fakat sadece tek bir fiziksel link üzerinde çalışır. Daha sonra 802.1ag çıkmıştır, basitçe OAM işlevlerini tek bir link üzerinden alıp, service bazında uçdan uca olacak şekilde genişleşmiştir. ITU-T Y.1731 ise 802.1ag/CFM üzerine performans işlevlerini getirmiştir. Halen gelişmekte olan bir stantdarttır.

Ethernet OAM Protocol Positioning
Ethernet OAM Protocol Positioning

Ethernet Link OAM IEEE 802.3ah :
Belli bir link üzerinde monitoring ve hata bildirimi için kullanılır ve sadece söz konusu link üzerinde çalışır (single hop). Söz konusu link için;
Link monitoring : Hattın tek tarafını veya iki tarafını.
Remote Failure Indication : Power loss, link down (admin), reboot vb.
Remote Loopback Control : Karşı ucu data loop verdirmek için. 802.3ah Loopback fonksiyonu source ve destination MAC adres değişimini içermez. Dolayısı ile ethernet tester vb. işlevler için bunların değişimi gerekir. Her vendor’ın bu konuda desteği farklı olabilir. Aryıca loop’un ne tarafa doğru verildiği önemlidir, external veya internal loopback. external loopback fiziksel hattın ucunda veya internal, bridge fonksiyonunda sonra. Her iki işlemdede Source ve Destination MAC adresi değiştirilir.

Hattın iki ucu Link OAM için komşuluk kurarlar ve link oam yeteneklerini bir birlerine iletirler. Dolayısı ile bir discovery süreci vardır. Ayrıca yeteneklerini iletirler. İstenilen yeteneğin olmaması durmunda link error duruma sokmak gerekli bir özellik olabilir (IOS XR action capabilities-conflict or action discovery-timeout). Multicast Destination (0180.c200.0002) ve Ether-Type (8809).

Connectivity Fault Management (CFM)  IEEE 802.1ag ve ITU-T Y.1731 : Uçdan uca ethernet devresinin kontrolünü sağlayan bir protokol bütünüdür. Kullanıcı data’sı ile birlikte iletilir. Dolayısı ile CFM mesajlarından anlamayan bir cihaz normal kullanıcı data’sı şeklinde algılayıp iletimini sağlar. CFM mesajları DS MAC adresleri veya Ether-Type (0x8902) ile filtrelenebilir.

CFM ve Y.1731 farklı terimler kullanıyor olabilir. Y.1731 yapılandırması yapılan bir cihaz, CFM yapıladırması yapılan bir cihaz ile iletişim kuramıyor olabilir. Örnek olarak Y.1731’de MD name tanımlı değildir. null olması beklenir. Bazı Y.1731 yapılandırması yapılan cihazlar, null olmayan CFM mesajlarınıda tanır iken, bazıları tanımızlar! Bu gibi tanım farklılıklarına dikkat edilmelidir.
Temel mekanizmalar;

Maintenance Domain (MD) : Network yönetim açısından domainlere ayrılabilir. Bir network’de birden fazla domain olabilir. Domainler iç içe geçebilir fakat hiç bir zaman kesişemez. En fazla 8 adet iç içe geçen domain’e izin verilir (0..7). Maintenance Level numarası ne kadar düşük ise öncelik o kadar fazladır. Level 0 link level için ayırmak uygun olabilir. Level 7’de son domain olduğu için son müşteriye ayrılabilir. CFM mesajları bulundukları domain’in maintenance level seviyesini içerir.

Maintenance Domain
Maintenance Domain

Maintenance Associations (MA) : MA belli bir MD içerisindeki service monitor ederler. Aşağıdada görüldüğü gibi bir müşteri servicei için birden fazla MA oluşturulabilir. Müşteri kendi için bir MA oluşturur. Her bir domain’de kendi yönetimlerinde olan hatlar için bir MA oluşturabilir. Cisco dökümanlarında MA aynı zamanda CFM servisleri olarakda geçerler. ITU-T Y.1731 ise Maintenance Entity Groups, MEG, olarak geçer.

Maintenance Association
Maintenance Association

Maintenance Association Points (MP) : (MP veya MEP)
– Maintenance Association End Points : CFM mesajlarına cevap veren veya gönderen noktalar. MA’ların uç noktlarıda denilebilir. MEP’lerin CFM mesajlarını işlemesi bulundukları seviye ile ilgilidir. MEP kendi seviyesinden büyük leveları işlemez (sayı olarak düşük).  Kendi level’ından gelen mesajları ise bulunduğu yöne göre işler (UP MEP/DOWN MEP).
– Maintenance Association Intermediate Point : MA’ların ara noktalarıda denilebilir. CFM mesajlarına cevap verirler veya ek mesajar üretebilirler. MIP’ler özel olarak konfigure edilmezler. Standartlara uygun olarak otomatik olarak oluşturulabilirler.

Maintenance Points
Maintenance Points

MEP’ler kendi içinde ikiye ayrılırlar;
– UP MEP : Portun fiziksel tarafa bakan ucunda değilde, bridge-relay fonksiyonuna bakan, yani içeri bakan tarafında tanımlı MEP’ler için kullınılır. Genelde UNI portlarında tanımlıdırlar (Müşterinin PE bağlı olduğu port). Layer 2 cihazlarda (switch) tanımlanır.

UP MEP
UP MEP

– DOWN MEP : Portun fiziksel tarafına doğru tanımlı MEP’ler için kullanılan terimdir. Genelde CPE tarafında PE bağlı port için tanımlanır. Layer 2 veya layer 3 portlarda tanımlanabilirler. Router ve switchlere özgüdür. Buradan routerlarda sadece DOWN MEP tanımlanabileceğini anlıyoruz. subinterface için ise encap vlan 1-4094 için. 

DOWN MEP
DOWN MEP

Genel olarak kullanılan terminology aynı olmak ile birlikte ;
For IEEE 802.1ag, the terms Maintenance Entity, Maintenance Level, and Maintenance Domain have the same meaning as in ITU-T Y.1731. IEEE 802.1ag uses the term MA in the same context as Y.1731 MEG. For IEEE 802.1ag, MEPs and MIPs are the short form of MA End Points and Intermediate Points. They are functionally equivalent to ITU-T MEPs and MIPs.
olarak farklılıklar bulunabilir.

 

CEF Terminology
CEF Terminology
Comparison. IEEE 802.3ah (Clause 57) OAM and IEEE 802.1ag CFM
Comparison. IEEE 802.3ah (Clause 57) OAM and IEEE 802.1ag CFM

Y.1731 Performance monitoring (PM) : ITU-T Y-1731 tanımlanmış, ethernet frame delay, frame delay variation, frame loss, and frame throughput ölçümleridir.

Ethernet Service KPIs
Ethernet Service KPIs

Genel olarak mesajlar veya protokoller ;

OAM Functions for Fault Management
Ethernet Continuity Check (ETH-CC)
Ethernet Loopback (ETH-LB)
Ethernet Linktrace (ETH-LT)
Ethernet Remote Defect Indication (ETH-RDI)
Ethernet Alarm Indication Signal (ETH-AIS)
Ethernet Locked Signal (ETH-LCK)
Ethernet Client Signal Fail (ETH-CSF)
Ek olarak: ETH-TEST, ETH-APS, ETH-MCC, ETH-EXP, ETH-VSP

OAM Functions for Performance Management

Frame Loss Measurement (ETH-LM)
Synthetic Frame Loss Measurement (ETH-SLM)
Frame Delay Measurement (ETH-DM)

Bir diğer önemli konu, frame delay gibi ölçümlerin one-way ve two-way olarak ikiye ayrılmasıdır.

One-way ölçümlerde tüm hesaplama işlemleri, probe’u alan tarafda yapılır. Dolayısı ile gönderen ve alan tarafında zaman olaran bir birlerine yüksek seviyede senkronize olmalarını gerektirir. Hesaplayan taraf, delay vb hesapları alıcı tarafından probe’a eklenen timestampler üzerinden yapar. Dolayısı iki sistem arasında zaman farkı olur ise, hesaplamada da hatalar olacakdır. Özellikle negatif zaman farklarında.

Two-way ise, alıcı taraf gelen probe kendi zaman etiketlerini ekleyerek alıcıya gönderir. Hesaplamalar alıcı tarafında yapılır. Dolayısı ile zaman senkronizasyonu açısından daha az hassas bir ölçüm yapılır. Bu şekilde round-trip ölçümleride yapılmış olur. 

Ethernet Performance Management Overview
Ethernet Performance Management Overview

Perfomance öçümlerinde time senkronizasyonu oldukça önemlidir. Framelere timestamp eklenmesi hardware bazında yapılmalıdır. İki uç arasındaki zaman farklı, senkronizasyon hatalarından dolayı negatif çıkarsa bu da hesaplamada hatalar oluşmasına yol açar.

Protokoller : Detaylı bilgi için: BRKNMS-2202 – Ethernet OAM: Technical Overview and Deployment Scenarios

1) Continuity Check Messages (CCM) : MEP’ler tarafından karşılıklı olarak hattın bağlantı durumunu kontrol etmek için düzenli olarak gönderilirler. Multicast olarak gönderilirler. Gönderen MEP bir karşılık beklemez. Bu şekilde MA’nın karşı ucu keşfedilmiş olur ve düzenli olarak gönderilmesi sayesinde hattın durumuda izlenir. CCM mesajını alan MEP bunu daha fazla iletmez. MIP’ler ise kendi maintenance level’larındaki CFM mesajlarını alarak, bir mesajı gönderen node’lara ait bir liste tutarlar (Söz konusu MA içerisindeki MP listesi). CC mesajları aynı zamanda  dual-ended frame loss hesaplamalarında da kullanılabilir.

CFM CCM
CFM CCM

CCM mesajları, söz konusu MA hakkında bir çok bilgi içerir. Genel olarak bunlar, bulunduğu domain’i belirten bir domain identifier, Maintenance Domain Identifier (MDID), MDID ve bulunduğu maintenance id’nin kısa adının (short maintenance name SMAN) birleşiminden oluşan MAID, MEPID, Sequnce ID, Remote Defect Indication, the interval at which CCMs are being transmitted, the status of the interface where the MEP is operating

Peki CCM mesajları izlenerek neler tesipt edilebilir;

– Interval mismatch—The CCM interval in the received CCM does not match the interval that the MEP is sending CCMs.
– Level mismatch—A MEP has received a CCM carrying a lower maintenance level than the MEPs own level.
– Loop—A CCM is received with the source MAC address equal to the MAC address of the interface where the MEP is operating.
– Configuration error—A CCM is received with the same MEP ID as the MEP ID configured for the receiving MEP.
– Cross-connect—A CCM is received with an MAID that does not match the locally configured MAID. This generally indicates a VLAN misconfiguration within the network, such that CCMs from one service are leaking into a different service.
– Peer interface down—A CCM is received that indicates the interface on the peer is down.
Remote defect indication—A CCM is received carrying a remote defect indication.

CCM mesajlarının işlenmesi platforma göre sorun yaratabilir. Özellikle ASR 9000 gibi, bu tarz işlevleri line card’ta değilde merkezi cpu üzerinde yapan platformalarda yüksek sayıda servis için CCM performansına bakılmalıdır.

2) Loopback Message (LBM) : 

Ping’e benzer bir işlevi vardır. Kullanıcı isteği ile başka bir MP’i (MEP veya MIP) sorgulamak için kullanılır. Bir çeşit Etherner Ping işlevide denilebilir. Loopback Messages (LBM) ve Loopback Replies (LBR) mesajlarından oluşur. LBM mesajları kullanıcı tarafından belirtilen bir data ile doldurulmasıda mümkündür. LBM mesajını alan MP aynı veri ile geri döner. Bu şekilde veri bütünlüğüde kontrol edilmiş olur. Ayrıca sequence numarasıda içerdiklerinden out-of-order frame hesaplamasındada kullanılabilirler. One-way delay ve jitter dışında eğer karşı uç delay ölçümlerini desteklemiyor ise Ethernet SLA konfigurasyonunda kullanılabilirler.

CFM Loopback
CFM Loopback

3) Link Trace Message (LTM) : Link Trace Messages (LBM) ve Lint Trace Replies (LBR) mesajlarından oluşur. IP Trace benzer bir işlevi vardır. IP Trace’de birden fazla istek gönderilir. Fakat LTM ile tek bir istek gönderilir, MA içerisindeki tüm MP’ler tarafından bu istek iletilir. LBM mesajları multicast’tir. MA içerisinde bu mesajı alan her MP unicast olarak kaynap MP’ye geri döner.

CFM Linktrace
CFM Linktrace

LTM mesajları hata durumunda oldukça yaralıdır. Hatta data durumundan sonra bile CCM mesajlarının MP’ler tarafından saklanmasından dolayı (CCM Learning Database) bile kontroller için kullanılabilir.

4) Alarm Indication Signal (AIS) :

CCM mesajlarının timeout olmasını beklemeden, hata durumunda MA’ları hızlıca hata hakkında bildirmek için kullanılır. Hata olur olmaz, MA içerisinde MP’ler tarafından CCM mesajlarına ters yönlü olarak MEP’lere doğru AIS gönderilir. MEP’ler AIS alır almaz, bir üzt domain’e AIS’i bildirler.

 

CFM AIS Message Flow
CFM AIS Message Flow

5) Delay and Jitter Mesarument ETH-DM :

Loopback mesajlarına benzeyen Delay Measurement Message (DMM) ve Delay Measurement Response (DMM) oluşur. One-way veya two-way delay ölçümü sağlar. Bu işlev için Time-Of-Day Syncronization ihtiyaç duyar. Sadece point-to-point devreler içindir.

ITU-T Y-1731 ile tanımlanmış iki tip delay ölçümü vardır.

– One-way ETH-DM: Delay Measurement Message (DMM) ve Delay Measurement Reply (DMR) mesajları kullanılır. Frame Delay ölçümü için karşılıklı iki ucun zaman açısından senkronizasyonu gereklidir. Hesaplamayı karşı uç yapar. Zira zaman açısından sync olunmuştur ve timestampler geçerlidir.
– Two-way ETH-DM: Two-way ETH-DM için zaman senkronizasyonu gerekli değildir. Timestamp ile işaretlemiş paket karşu uçdan geri gönderilir. Dolayısı ile ikisi arasındaki fark hesaplanır. Eğer karşı uç ile zaman senkronizasyonu sağlanmış ise iki yönlü delay’de hesaplanabilir.

 

6) Loss Mesarument ETH-LM : 

Gerçek data’nın kaybını ölçmeye yararlar. Bu işlev için hassas bir time-of-day syncronization gerek vardır. Gönderilen frame miktarı, time-of-stamp ile birlikte karşı uca bildirilir. Karşı uçda bunu kendi verileri ile karşılaştır veya kendi verilerini yine reply-back şeklinde karşı uca bildirir.  Göndirilen veri, priority-class (COS) servisi bazındada hesaplanır ve bildirilir. Sadece point-to-point devreler içindir.

Ethernet frame Loss Measurement (ETH-LM) :
– Single-ended ETH-LM
– Dual-ended ETH-LM

 

7) Synthetic Loss Mesarument ETH-SLM:

Gerçek data yerine, normal data akışına eklenen SLM mesajlarından oluşur. SLM mesajları aynı zamanda seq numarasıda içerir. Karşı uç’da SLR ile cevap verir. Bu cevap içerisinde SLM gönderenin seq numarası dışında kendi seq numarasıda vardır. Bu şekilde iki yönlü hesaplamada yapılabilir. ETH-LM ek olarak Multipoint devreler’de de kullanılabilir. Detaylı bilgi için 

Synthetic Loss Measurement
Synthetic Loss Measurement

– Single-ended ETH-SLM
– Dual-ended ETH-SLM

Ayrıca vendor’ların (Vendor TLV) tanımladığı kendilerine özgü mesajlarda olabilir. Cisco Exploratory Linktrace gibi.

MEP Cross-Check :

CFM servisi CCM mesajları alınan MEP listesini tutar. Burada bir sorun olması durumunda MEP Cross-Check işlevini başlatır.

Ethernet Fault Detection (EFD) :

Diğer media tiplerinden farklı olarak, Ethernet için bir line protokol tanımlı değildir. Bunu yerine OSI pysical layer bu işlevden sorumludur. EFD ile CFM ile servisde bir sorun olması durumunda ilgili interfarce line-protocol down durumuna alınabilir. Bu şekilde layer 2 işlevleri (STP, mac address temizlenmesi) veya layer 3 routing tablolarına interface hakkındaki değişiklik yansıtılmış olur.

CFM Mesajlarının İşlenmesi : 

Daha öncede belirtildiği gibi müşteride kendi CFM domain’ini çalıştırabilir. Bu durumda CFM mesajlarını işlenmesi ayrı bir konudur. Cihazların vlan tagleri ve CFM mesajları arasındaki ilişkiyi kurması, ele alması veya transparent şekilde iletmesi vb konular her vendor hatta her cihaz tipi için incelenmelidir. Cisco için Flexible Vlan tagging for CFM konusu altında incelenebilir.

Aynı şekilde LAG konfigurasyonlarındada CFM mesajlarının işlenmesi incelenmelidir.

Linkler :

http://www.fujitsu.com/downloads/TEL/fnc/whitepapers/CarrierEthernetEssentials.pdf

https://www.ciscolive.com/online/connect/sessionDetail.ww?SESSION_ID=78616&backBtn=true

https://www.nanog.org/meetings/nanog56/presentations/Tuesday/tues.panel.higgins.2.pdf