Пояснить назначение протокола MPLS, принцип его работы

MPLS – это технология быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. Разрабатывался для построения высокоскоростных IP магистралей. Но это инкапсулирующий протокол, который может транспортировать множество других протоколов.

Архитектура MPLS обеспечивает построение магистральных сетей, имеющих практически неограниченные возможности масштабирования, повышенную скорость обработки трафика и высокую гибкость при организации дополнительного сервиса. Она позволяет интегрировать сети IP и АТМ, создавать виртуальные частные сети и т.д.

В MPLS заложен принцип разделения функций транспортировки потоков и управления ими, что позволяет разрабатывать и модифицировать их по отдельности. Управляющая компонента задействует стандартные протоколы маршрутизации (OSPF, BGP) для обмена информацией с другими маршрутизаторами. Пересылающая компонента основана на использовании последовательных меток пакетов.

В основе MPLS лежит принцип обмена меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уровня FEC, каждый из который идентифицируется определенной меткой. FEC – это класс пакетов сетевого уровня, которые получают от сети одинаковое обслуживание как при выборе пути продвижения, так и с точки зрения доступа к ресурсам. Значение метки уникально лишь для участка пути между соседними узлами сети MPLS.

В MPLS сетях имеется 2 вида сетевых узлов.

Расположенные на границе сети MPLS маршрутизаторы должны распознавать и анализировать поступающие IP потоки и направлять их по подходящим маршрутам. Это граничные маршрутизаторы – LER. Различают входной и выходной LER. Входной LER анализирует (как обычный маршрутизатор) IPзаголовок и устанавливает к какому классу эквивалентного обслуживания FEC при выборе адреса следующей передачи пакета он принадлежит. Объединение пакетов в FEC позволяет объединять большое количество потоков трафика, требующих одинаковой обработки. Объединенные в один FEC потоки трафика идентифицируются одной и той же меткой MPLS.

IP дейтограмма заключается в модуль данных протокола (PDU) технологии MPLS, а заголовок MPLS прикрепляется к дейтограмме. Далее LER принимает решение о выборе пути для данного пакета, посылая его к соответствующему транзитному маршрутизатору с коммутацией меток – LSR. Маршрутизатор LSR получает информацию о сети при помощи протоколов маршрутизации. При взаимодействии с соседними LSR, он распределяет метки. Каждый LSR содержит таблицу, где установлено соответствие между значениями «входной интерфейс – входная метка» и «префикс адреса получателя - выходная метка – выходной интерфейс». LSR получает PDU и использует метку MPLS для принятия решения о пересылке. Он также производит замену меток. Данный LSR не занимается обработкой IP заголовка, и принимает решение о пересылке на основе метки пакета а не на основе стандартной таблицы маршрутизации.

Далее, проходя через несколько LSR, пакет попадает к выходному LER, который производит операцию разборки PDU, удаляет из пакета метку, анализирует заголовок пакета и направляет его к адресату, который находится за пределами MPLS сети.

Пакеты, принадлежащие одному классу FEC, проходят путь от входного LER до выходного LER через множество транзитных LSR, образуя виртуальный коммутируемый по меткам путь LSP. Это соединение является симплексным. Для организации полудуплексного соединения необходимо установить два LSP.

Рассмотрим саму метку.

Метка – это короткий идентификатор фиксированной длины который предназначен для определения класса обслуживания пакета FEC при его пересылке по сети. Длина метки составляет 32 бита.

Поле «Метка» - содержит значение метки (20 бит).

Поле «CoS» - для предоставления различных услуг в сети MPLS (3 бит).

Поле «S» - поле стека для поддержки иерархического стека меток. Позволяет привязать префикс к стеку меток (нескольким меткам).

Поле «TTL» - время жизни. Используется для кодирования ретрансляционных участков (8 бит). Время жизни уменьшается на 1 каждый раз, когда пакет проходит через LSR. Когда значение этого поля станет равно нулю, пакет либо удаляется, либо отправляется для обработки ошибок к обычному сетевому уровню.

Использование меток значительно упрощает процедуру пересылки пакетов, т.к. маршрутизатор обрабатывает не весь заголовок IP пакета, а только метку, что занимает намного меньше времени.

В рамках архитектуры MPLS вместе с пакетом разрешено передавать не одну метку, а несколько- стек. Бывают верхние и нижние метки. Нижняя метка будет обрабатываться самой последней по пути следования пакета. Верхняя обрабатывается первой. Операции добавления/изъятия метки определены как операции на стеке. Результат коммутации задает лишь верхняя метка стека, нижние передаются прозрачно до операции изъятия верхней метки. Такой подход позволяет создавать иерархию потоков в сети MPLS и организовывать туннельные передачи.