Основные термины MPLS

Технология MPLS сочетает в себе возможности управления трафиком, присущие технологиям канального уровня, и масштабируемость и гибкость протоколов, характерные для сетевого уровня. Являясь результатом слияния механизмов разных компаний, она впитала в себя наиболее эффективные решения каждой. MPLS соединила в себе надежность ATM, удобные и мощные средства доставки и обеспечения гарантированного качества обслуживания IP-сетей, — такая интеграция сетей позволяет получить дополнительную выгоду из совместного использования протоколов IP и ATM.

Главная особенность технологии MPLS – отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адреса в его заголовке, что позволяет осуществлять коммутацию пакетов значительно быстрее. В соответствии с протоколом MPLS маршрутизаторы и коммутаторы присваивают на каждой точке входа в таблицу маршрутизации особую метку и сообщают эту метку соседним устройствам.

Наличие таких меток позволяет маршрутизаторам и коммутаторам, поддерживающим технологию MPLS, определять следующий шаг в маршруте пакета без выполнения процедуры поиска адреса. На сегодняшний день существуют три основные области применения MPLS:

управление трафиком;

поддержка классов обслуживания (QoS);

организация виртуальных частных сетей (VPN).

Расположение технологии MPLS в семиуровневой модели ВОС показано на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Плоскости MPLS

Сетевой уровень – это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" – это, по сути, независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом). Так как две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.

Канальный уровень (формально называемый информационно-канальным уровнем) обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, а также вопросы упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.

Физический уровень определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.

"Multiprotocol" в названии технологии означает "многопротокольный". Это говорит о том, что технология MPLS применима к любому протоколу сетевого уровня, т.е. MPLS – это своего рода инкапсулирующий протокол, способный транспонировать информацию множества других протоколов высших уровней модели OSI. Таким образом, технология MPLS остается независимой от протоколов уровней 2 и 3 в сетях IP, ATM и Frame Relay, а также взаимодействует с существующими протоколами маршрутизации, такими как протокол резервирования ресурсов RSVP или сетевой протокол преимущественного выбора кратчайших маршрутов OSPF.

Представленная на рис. 9.1 плоскость пересылки данных MPLS не образует полноценного уровня, она "вклинивается" в сети IP, ATM или Frame Relay между 2-м и 3-м уровнями модели OSI, оставаясь независимой от этих уровней. Можно сказать, что одновременное функционирование MPLS на сетевом уровне и на уровне звена данных приводит к образованию так называемого уровня 2.5, где, собственно, и выполняется коммутация по меткам.

Основные термины MPLS

FEC – Forwarding Equivalence Class –класс эквивалентности пересылки Множество пакетов, которые пересылаются одинаково, например, с целью обеспечить заданное QoS

Label – метка Короткий идентификатор фиксированной длины, определяющий принадлежность пакета тому или иному FEC

Label swapping – замена меток Замена метки принятого узлом сети MPLS пакета новой меткой, связанной с тем же FEC, при пересылке этого пакета к нижестоящему узлу

LER – MPLS edge router – пограничный узел сети MPLS. Пограничный узел сети MPLS, который соединяет домен MPLS с узлом, находящимся вне этого домена

Loop detection - выявление закольцованных маршрутов Метод выявления и устранения закольцованных маршрутов

Loop prevention – предотвращение образования закольцованных маршрутов Метод, позволяющий обнаружить, что пакет прошел через узел более одного раза

LSP – Label Switched Path – коммутируемый по меткам тракт Приходящий через один или более LSR тракт, по которому следуют пакеты одного и того же FEC

ER–LSP – explicitly routed LSP – LSP с явно заданным маршрутом Тракт LSP, который организован способом, отличным от традиционной маршрутизации пакетов IP

LSR – label switching router – маршрутизатор коммутации по меткам Маршутизатор, способный пересылать пакеты по технологии MPLS

MPLS domain – домен MPLS Совокупность узлов MPLS, между которыми существуют непрерывные LSP

MPLS egress node – выходной узел сети MPLS Последний MPLS-узел в LSP, направляющий исходный пакет к адресату, который находится вне MPLS-сети

MPLS ingress node Первый MPLS-узел в LSP, принимающий исходный пакет и помещающий в него метку MPLS

Принцип работы

Рассмотренные более подробно опишем функционирование сети MPLS.

Любой IP-пакет на входе в сеть MPLS, независимо от того, поступает этот пакет от отправителя или же он пришел из смежной сети, которая может быть MPLS-сетью более высокого уровня, относится к определенному классу эквивалентной пересылки FEC (Forwarding Equivalence Class). Напомним, что анализ заголовка IP-пакета и назначение FEC производится только один раз на входе в сеть (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Фрагмент MPLS-сети

Этап 1. Сеть автоматически формирует таблицы маршрутизации. В этом процессе участвуют маршрутизаторы или коммутаторы IP+ATM, установленные в сети сервис-провайдера. При этом применяются внутренние протоколы маршрутизации, такие как OSPF или IS-IS.

Этап 2. Протокол распределения меток (Label Distribution Protocol — LDP) использует отраженную в таблицах топологию маршрутизации для определения значений меток, указывающих на соседние устройства. В результате этой операции формируются маршруты с коммутацией по меткам (Label Switched Paths – LSP).Автоматическое присвоение меток MPLS выгодно отличает эту технологию от технологии частных виртуальных каналов ATM PVC, требующих ручного присвоения VCI/VPI.

Этап 3. Входящий пакет поступает на пограничный Label Switch Router (LSR), который определяет, какие услуги 3-го уровня необходимы этому пакету (например QoS или управление полосой пропускания). На основе учета всех требований маршрутизации и правил высокого уровня (policies), пограничный LSR выбирает и присваивает метку, которая записывается в заголовок пакета, после чего пакет передается дальше.

Этап 4. Устройство LSR, находящееся в опорной сети, считывает метки каждого пакета, заменяет старые метки новыми (новые метки определяются по локальной таблице) и передает пакет дальше. Эта операция повторяется в каждой точке передачи пакета по опорной сети.

Этап 5. На выходе пакет попадает в пограничный LSR, который удаляет метку, считывает заголовок пакета и передает его по месту назначения. В магистральных LSR метка MPLS сравнивается с заранее рассчитанными таблицами коммутации и содержит информацию 3-го уровня. Это позволяет каждому устройству LSR автоматически оказывать каждому пакету необходимые IP-услуги. Таблицы рассчитываются заранее, что снимает необходимость повторной обработки пакетов в каждой точке передачи. Такая схема не только позволяет разделить разные типы трафика (например, отделить неприоритетный трафик от критически важного); она делает решения MPLS хорошо масштабируемыми. Поскольку для присвоения меток технология MPLS использует разные наборы правил (policy mechanisms), она отделяет передачу пакетов от содержания заголовков IP. Метки имеют только локальное значение и многократно переиспользуются в крупных сетях, поэтому исчерпать запас меток практически невозможно. В рамках предоставления корпоративных IP-услуг самое главное преимущество MPLS заключается в способности присваивать метки, имеющие специальное значение. Наборы меток определяют не только место назначения, но и тип приложения и класс обслуживания.