Основные принципы MPLS-технологии

MPLS – MultProtocol Label Switching – многопротокольная коммутация на основе меток объединяет два способа передачи пакетов: дейтаграммный и «виртуальный канал».

В основе MPLS-технологии лежит технология IP-коммутации (IPSwitching), предложенная в середине 90-х годов компанией IPSILON, которая для её реализации разработала специальное комбинированное устройство IP/ATM, представляющее собой АТМ-коммутаторы со встроенными блоками IP-маршрутизации. Эти устройства были предназначены для уменьшения задержек при передаче кратковременных потоков данных за счёт отказа от предварительной процедуры установления виртуального канала, как это происходит в АТМ-сетях. Для этого IP-пакет, принадлежащий кратковременному потоку, разбивался устройством IP/ATM на АТМ-ячейки, которые передавались от одного устройства IP/ATM к другому. В то же время, долговременные потоки передавались традиционным для АТМ-технологии способом – с предварительным установлением виртуального канала.

Дальнейшие усовершенствования IP-коммутации привели в конце 90-годов прошлого века к созданию технологии MPLS, объединяющей достоинства техники виртуальных каналов и стека протоколов TCP/IP за счёт применения специального сетевого устройства - коммутирующего по меткам маршрутизатора LSR (Label Switch Router), выполняющего функции IP-маршрутизатора и коммутатора виртуальных каналов.

Маршрутизатор LSR и таблица продвижения

В основе MPLS лежит принцип передачи на основе меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уровня (Forwarding Equivalence Class, FEC), каждый из которых идентифицируется определенной меткой. Значение метки уникально лишь для участка пути между соседними узлами сети MPLS, которыми являются LSR. Метка передается в составе любого пакета, причем способ ее привязки к пакету зависит от используемой технологии канального уровня. LSR получает топологическую информацию о сети, участвуя в работе алгоритма маршрутизации (OSPF, BGP, IS-IS). Затем он начинает взаимодействовать с соседними LSR, распределяя метки, которые в дальнейшем будут применяться для коммутации. Обмен метками может производиться с помощью как специального протокола распределения меток LDP (Label Distribution Protocol), так и модифицированных версий протоколов сигнализации в сети (например, видоизмененных протоколов маршрутизации, резервирования ресурсов RSVP и др.).

Распределение меток между LSR приводит к установлению внутри домена MPLS путей с коммутацией по меткам LSP (Label Switching Path), которые хранятся в каждом маршрутизаторе LSR в виде таблицы продвижения (рис.4.70), содержащей следующие столбцы:

· входной интерфейс – интерфейс (порт), по которому пакет поступил в LSR;

· метка – идентификатор (метка), который идентифицирует принадлежность поступившего пакета к конкретному трафику;

· следующий хоп – интерфейс (порт), в который должен быть направлен пакет;

· действие – указатель, определяющий, какое действие должно быть применено к метке (заменить, удалить).

В поле «Действие» таблицы продвижения указываются основные операции с метками:

· Push – поместить метку в стек;

· Swap – заменить текущую метку новой;

· Pop – удаление верхней метки.

Получая пакет, LSR по номеру интерфейса, на который пришел пакет, и по значению привязанной к пакету метки определяет для него выходной интерфейс. Старое значение метки заменяется новым, содержавшимся в поле «действие» таблицы, и пакет отправляется к следующему устройству на пути LSP.

Вся операция требует лишь одноразовой идентификации значений полей в одной строке таблицы. Это занимает гораздо меньше времени, чем сравнение IP-адреса отправителя с наиболее длинным адресным префиксом в таблице маршрутизации, которое используется при традиционной маршрутизации.

На рис.4.71 показан пример MPLS-сети, находящейся в окружении IP-сетей. Каждая IP-сеть соединяется через пограничный маршрутизатор (ПМш) с пограничным коммутирующим по меткам маршрутизатором LER (Label switch Edge Routers), который выполняет следующие функции:

· классификация пакетов по различным классам эквивалентного продвижения (FEC – Forwarding Equivalence Class), имеющих один и тот же следующий хоп;

· реализация таких дополнительных сервисов, как фильтрация, явная маршрутизация, выравнивание нагрузки и управление трафиком.

В результате интенсивные вычисления приходятся на граничную область MPLS-сети, а высокопроизводительная коммутация выполняется в ядре, содержащем множество LSR.

Заголовок MPLS

Заголовок MPLS длиной 32 бита вставляется между заголовками 2-го и 3-го уровня OSI-модели, что даёт повод говорить, что MPLS – это технология уровня 2,5.

Заголовок MPLS содержит (рис.4.72) следующие поля:

· метка (20 бит), на основе которой осуществляется коммутация пакетов в MPLS-сети;

· CoS (Class of Service) – класс обслуживания (3 бита), указывающий класс трафика, требующего определённого показателя QoS;

· S – признак дна стека меток (1 бит), используемый для организации агрегированных путей LSP при прохождении пакетом через несколько MPLS-сетей;

· TTL (Time To Live) – время жизни пакета (8 бит), дублирующее аналогичное поле IP-пакета, что позволяет маршрутизаторам LSR отбрасывать пакеты с истекшим временем жизни.