Какое значение mpls метки определяет полезную нагрузку ipv4

На современных предприятиях при выстраивании инфраструктуры корпоративной сети может применяться технология MPLS. В чем заключаются ее особенности? Какие преимущества она имеет перед традиционными технологиями маршрутизации?

В чем заключается специфика MPLS? Что это за технология? MPLS — это концепция, в соответствии с которой в компьютерных сетях осуществляется переадресация пакетов. Главная ее особенность — в предложении альтернативы анализу маршрутизаторами типа IPLP заголовков по всем пакетам, который осуществляется в целях определения направления для их пересылки к следующему компоненту инфраструктуры. В случае если задействуется рассматриваемая технология, то анализ заголовка осуществляется однократно при входе в сеть MPLS, а затем инициируется проверка соответствия между параметрами пакета и свойствами потока.

Разработали технологию MPLS специалисты, заинтересованные в реализации универсального протокола обмена данными, который бы подходил как для инфраструктуры с коммутацией по каналам, так и для приложений, где осуществляется передача пакетов. В сетях MPLS могут передаваться самые разные виды трафика — IP, ATM, Ethernet, SONET, SDH. Разработка концепции осуществлялась с учетом достоинств и недостатков более ранних протоколов аналогичного назначения. При этом в некоторых аспектах MPLS предполагает реализацию более простых алгоритмов в сравнении с подходами, применяемыми в традиционных решениях. Как отмечают эксперты, сетевое оборудование, поддерживающее технологию MPLS, способно вытеснить с рынка традиционные решения, что свидетельствует о том, что разработчиками MPLS была проделана хорошая работа по оптимизации и универсализации данной концепции.

Итак, мы знаем основные принципы функционирования концепции MPLS, что это за технология. В обычных сетях, в которых задействуется протокол TCP-IP, маршрутизация пакетов реализована с использованием IP-адреса компьютера, на который передается пакет. В сети при этом все маршрутизаторы владеют сведениями о том, какой интерфейс задействуется при передаче данных, а также о том, на какой компьютер необходимо перенаправить текущий пакет.

В случае с задействованием MPLS осуществляется иной подход. Он, как мы уже знаем, предполагает осуществление коммутации с использованием меток. Привязаны они к конкретному пакету, который передается в сети. Маршрутизаторы, получив его, одновременно имеют сведения о том, каким образом передавать данные дальше — исходя из конкретного значения, которое имеет MPLS-метка. Можно отметить, что располагается она в рамках MPLS-заголовка, размещаемого между кадром и пакетом, в соответствии с принятым форматом. Примечательно, что на одном пакете может быть размещено несколько меток. Для того чтобы обозначить, что та или иная метка — последняя в группе, применяются специальные флаги.

Полезно будет более детально рассмотреть преимущества технологии, о которой идет речь, перед традиционными решениями.

Важнейшее преимущество MPLS заключается в затратах меньшего количества времени на обработку данных, чем при сопоставлении IP-адреса. Более того, технология MPLS уменьшает время, которое затрачивается на перенаправление пакета с использованием базовых маршрутизаторов. Фактически может осуществляться коммутация с применением нескольких протоколов, при которой задействуются специальные метки в рамках пакетов передаваемых сетевых данных. Благодаря этому формируются обособленные коммутируемые потоки.

Еще одно важное свойство концепции — универсальность. Практически в любые сети IP MPLS может быть внедрена. Рассматриваемая технология хорошо поддерживается на аппаратном уровне. Принципиально возможно применение доступных по цене решений для внедрения MPLS – Mikrotik, к примеру. Универсальны принципы приведения инфраструктуры в работоспособное состояние. Однако при конструировании сети MPLS настройка оборудования должна производиться опытными специалистами. Прежде всего — компетентными в части понимания особенностей архитектуры сети, характеристик ее аппаратных компонентов.

Инфраструктура MPLS характеризуется масштабируемостью и высокой степенью автономности работы в отношении различных протоколов, посредством которых осуществляется передача данных. Специфика конкретных стандартов, реализуемых на канальном уровне, не имеет значения. При внедрении сети MPLS нет необходимости обеспечения функционирования сетей на втором уровне, которые оптимизированы под передачу тех или иных разновидностей трафика. С точки зрения классификации сетей по типу коммутации MPLS правомерно отнести к инфраструктуре, в которой осуществляется коммутация пакетов.

Изучим то, какие устройства предполагается задействовать в сетях, где применяется концепция MPLS, что это за инфраструктура с точки зрения применения аппаратных ресурсов. Основными девайсами, что задействуются в рамках соответствующей технологии, можно назвать:

— маршрутизатор, совместимый с концепцией MPLS, а также с обычными протоколами передачи данных;

— маршрутизатор, взаимодействующий с устройствами, на которых коммутация с использованием меток не осуществляется (в том числе по причине отсутствия поддержки MPLS);

— группу сетевых девайсов, которые применяются для коммутации с использованием меток в рамках общей системы администрирования и маршрутизации.

Фактически устройства первого типа образуют соответствующую группу, которая, в свою очередь, формирует домен. MPLS-маршрутизаторы второго типа образую пограничную область данного домена.

Изучим то, исходя из каких принципов осуществляется коммутация в рамках технологии, о которой идет речь. Как мы уже знаем, ключевой компонент MPLS — это метка. Обмен ими и составляет основу соответствующей технологии. Все пакеты, которые передаются в сети, ассоциируются с определенным типом сетевого уровня. Каждый из них при этом идентифицируется с помощью конкретной метки. Ее значение является уникальным лишь при рассмотрении в рамках конкретного участка пути, который пролегает между узлами сети, располагающимися по соседству, то есть маршрутизаторами первого типа (по классификации, рассмотренной нами выше). Любой пакет, таким образом, будет включать метку. Однако способ ее ассоциации с пакетом будет зависеть от того, какая применяется технология в рамках инфраструктуры сетевого канала.

Тот или иной маршрутизатор может запрашивать сведения о сети, используя некоторый алгоритм, совместимый с MPLS – BGP, к примеру. Главная функция устройства в данном случае — обеспечение обмена данными с соседствующими девайсами посредством распределения меток, впоследствии используемых в целях коммутации. Непосредственно обмен ими может осуществляться разными способами. Например, может быть задействован протокол LDP, или же измененные версии иных стандартов маршрутизации, используемые администратором сети.

В процессе распределения меток при коммуникации разных устройств формируются отдельные пути передачи данных. На каждом из используемых маршрутизаторов применяется таблица, в которой обеспечивается соответствие компонентов, ассоциированных с входным интерфейсом, и участков, которые отражают характеристики выходной инфраструктуры. Маршрутизатор, получив тот или иной пакет в соответствии с номером интерфейса, а также прочитав значение метки, устанавливает для передаваемых данных определенный выходной интерфейс. При этом прежнее значение в рамках метки корректируется и замещается новым, которое отражается в той части таблицы, где фиксируются выходные метки, после чего пакет направляется к другому элементу инфраструктуры сети.

Протокол MPLS предполагает одноразовую идентификацию отдельных значений полей, расположенных в одной строке используемой таблицы. Этим и обусловлен тот факт, что рассматриваемая концепция позволяет осуществить более оперативную передачу данных в сравнении с методами, применяемыми в рамках обычной маршрутизации, когда IP-адрес исходного устройства имеет самый длинный префикс в рамках таблицы маршрутизации.

Рассмотрим более подробно особенности структуры сетевой концепции, о которой идет речь. MPLS состоит из двух основных компонентов:

В структуре ядра присутствуют устройства, которые обязательно поддерживают MPLS. Они применяются в качестве компонентов инфраструктуры для маршрутизации трафика в рамках коммутируемого протокола. Таким образом, основная функция устройств, присутствующих в ядре — коммутация.

В свою очередь, пограничная область отвечает: за классификацию пакетов по установленным критериям, за реализацию сопутствующих сервисов — например, связанных с фильтрацией при передаче данных, за управление сетевым трафиком. Указанное распределение функций между ядром и пограничной областью позволяет настроить сеть MPLS с учетом специфики расположения конкретных девайсов в рамках сети.

Изучим более подробно то, каким образом осуществляется маркировка пакетов передачи данных с использованием MPLS-меток. Прежде всего стоит отметить, что метка обладает следующими основными характеристиками: фиксированной длиной, уникальностью в контексте отдельного соединения, которое осуществляется между соседствующими маршрутизаторами.

Фактически метка с одинаковым значением может применяться на разных участках сети, но только в рамках коммуникации между отдельными парами маршрутизаторов. Правда, в этом случае устройства должны определять то, откуда именно прибыл пакет с данными, маркированный соответствующей меток. На практике в простейших сетевых соединениях может задействоваться один и тот же набор MPLS-меток в рамках интерфейса.

В более сложных инфраструктурах предполагается задействование отдельного набора меток в рамках отдельного модуля или же устройства. Непосредственно перед тем, как включиться в состав пакета, MPLS-метка кодируется в соответствии с установленным алгоритмом. Если в сети задействуется протокол IP, то метка размещается в рамках заголовка пакета. В иных случаях она отражается в заголовке протокола уже на канальном уровне. Также может осуществляться ее кодировка в конкретном значении.

В процессе передачи данных с помощью рассматриваемой сетевой концепции в структуре пакета могут присутствовать, как мы отметили выше, группы меток — стеки. В каждом из них может отражаться операция по добавлению или удалению тех или иных меток. При этом, только в самой верхней задается конкретный результат коммутации. Данная особенность передачи данных в сетях MPLS позволяет реализовывать туннельные коммуникации. В стеке присутствуют компоненты, которые имеют длину в 32 бита. При этом 20 отводится на метку, 8 — на счетчик периода жизни пакета, 1 — отражает нижний предел в группе меток, 3 — не задействуются на практике. В целом возможно любое значение метки — исключая некоторое количество зарезервированных.

Чтобы детально понять то, по каким принципам работает сеть MPLS, что это за технология, полезно будет изучить особенности структуры коммутируемого пути, который выстраивается в рамках инфраструктуры сети. Главная его особенность в том, что он состоит из совокупности участков — на одном уровне. На них коммутация осуществляется с использованием меток по конкретному уровню.

В структуре того или иного уровня предполагается использование входного и выходного маршрутизаторов. Выше мы отметили, что в сетях MPLS может применяться протокол LDP. Изучим то, каким образом коммутируемый путь может выстраиваться при задействовании LDP.

Первым делом в ходе рассылки пакетов UDP, при которой может задействоваться большое количество адресов, маршрутизаторы устанавливают собственное месторасположение в сети — с использованием LDP. Также может определяться связь между маршрутизаторами, которые не относятся к одному и тому же каналу. Данная особенность структуры сети важна с точки зрения реализации передачи данных в туннельном формате.

После того как месторасположение маршрутизаторов установлено, протокол LDP запускает соединение вне TCP, то есть поверх него. В рамках него формируются запросы на инициирование привязки, а также сведения о ней. Также между разными устройствами могут передаваться тестовые сообщения в целях удостоверения работоспособности сети.

источник

Метка представляет собой последовательность записей. Каждая запись в стек имеет длину 4 октета. Формат такой записи показан на рис. 10.1.

Запись меток размещается после заголовка канального уровня, и перед заголовком сетевого уровня (например между Ethernet — и IP -заголовком). Верх стека записывается первым, а дно – последним. Сетевой заголовок следует сразу за записью стека меток с битом S=1 . Каждая запись стека меток содержит в себе следующие поля.

Является средством поддержки иерархической структуры стека меток MPLS . В заголовке последней (т. е. самой глубокой или нижней) метки бит S=1, а во всех остальных метках в стеке бит S=0. Подробнее стек меток рассматривается ниже.

Это 8- битовое поле служит для представления значения времени жизни пакета. Данное поле является механизмом, предотвращающим возможность бесконечной циркуляции пакетов по сети вследствие образования закольцованных маршрутов. Байт TTL находится в конце заголовка метки.

Это 3- битовое поле зарезервировано для экспериментальных целей ( QoS ). В настоящее время проводится работа на создание согласованного стандарта использования этих битов для поддержки дифференцированного обслуживания разнотипного трафика и идентификации класса обслуживания. Первоначально это поле так и называлось – «Класс обслуживания» (CoS), и это название до сих пор широко распространено. При предоставлении дифференцированных услуг MPSL-сети это поле может указывать определенный класс обслуживания, например аналогичный классам DiffServ .

Это 20- битовое поле несет в себе код метки. Может быть любым числом в диапазоне от 0 до 220- 1, за исключением резервных значений (0, 1, 2, 3 и др.), определением использования которых занимается рабочая группа MPLS в составе комитета IETF.

Когда получен помеченный пакет, анализируется значение метки наверху стека. В результате этого анализа определяется:

• следующий шаг, куда должен быть переадресован пакет;
• операция, которая должна быть выполнена со стеком меток до переадресации. Эта операция может быть заменой метки на вершине стека, или удалением записи из стека, или замещением верхней позиции в стеке и занесением туда затем одной или более новых записей.

В дополнение к определению следующего шага и операции со стеком меток можно также получить данные об инкапсуляции выходной информации и возможно другие данные, которые необходимы для того, чтобы корректно переадресовывать пакеты.

Существует несколько зарезервированных значений меток.

Значение 0 представляет «IPv4 Explicit NULL Label». Это значение метки является единственно допустимым для дна стека меток. Оно указывает, что стек должен быть очищен и переадресация пакета должна основываться на IPv4-заголовке.

Значение 1 представляет » Router Alert Label». Это значение метки является легальным в любом месте стека меток, за исключением дна. Когда полученный пакет содержит такую метку на вершине стека, он доставляется локальному модулю для обработки. Действительная переадресация пакета определяется меткой в его стеке. Однако если пакет переадресовывается дальше, еще до переадресации в стек должна быть занесена метка » Router Alert «. Использование этой метки сходно с применением опции » Router Alert » в IP -пакетах. Так как эта метка не может лежать на дне стека, она не ассоциируется с определенным протоколом сетевого уровня.

Значение 2 представляет «IPv6 Explicit NULL Label». Это значение метки является единственно допустимым для записи на дне стека. Оно указывает, что стек должен быть очищен, а переадресация пакетов должна после этого основываться на заголовке IPv6.

Значение 3 представляет » Implicit NULL Label». Это метка , которую LSR может присваивать и рассылать, но которая в действительности никогда не используется при инкапсуляции. Когда LSR замещает метку на верху стека на новую и эта новая метка является » Implicit NULL «, LSR очистит стек , вместо того чтобы осуществить замену. Хотя это значение не может появиться при инкапсуляции, оно должно быть специфицировано в протоколе рассылки меток, так что значение может считаться зарезервированным.

Значения 4–15 зарезервированы.

Спецификация кодирования стека меток MPLS определена в RFC3032 » MPLS Label Stack Encoding». Данный документ содержит детальную информацию о метках и о том, как они используются с различными сетевыми технологиями, а также определяет ключевое для технологии MPLS понятие – стек меток. Возможность иметь в пакете более одной метки в виде стека позволяет создавать иерархию меток, что открывает дорогу многим приложениям.

MPLS может выполнить со стеком следующие операции : помещать метку в стек , удалять метку из стека и заменять метку. Эти операции могут использоваться для слияния и разветвления информационных потоков. Операция помещения метки в стек ( push operation ) добавляет новую метку поверх стека, а операция удаления метки из стека ( pop operation ) удаляет верхнюю метку стека.

Функциональные возможности стека MPLS позволяют объединять несколько LSP в один. К стеку меток каждого из этих LSP сверху добавляется общая метка , в результате чего образуется агрегированный тракт MPLS . В точке окончания такого тракта происходит его разветвление на составляющие его индивидуальные LSP . Так могут объединиться тракты, имеющие общую часть маршрута. Следовательно, MPLS способна обеспечивать иерархическую пересылку, что может стать важной и востребованной функциональной возможностью. При ее использовании не нужно переносить глобальную маршрутную информацию, и это делает сеть MPLS более стабильной и масштабируемой, чем сеть с традиционной маршрутизацией.

Согласно рассматриваемым ниже правилам инкапсуляции меток, за меткой MPLS в пакете всегда должен следовать заголовок сетевого уровня. Так как MPLS начинает работу верхнего уровня стека, этот стек используется по принципу LIFO «последним пришел, первым ушел».

Пример четырехуровневого стека меток представлен на рис. 10.2.

Заголовок MPLS № 1 был первым заголовком MPLS , помещенным в пакет, затем в него были помещены заголовки № 2, № 3 и, наконец, заголовок № 4. Коммутация по меткам всегда использует верхнюю метку стека, и метки удаляются из пакета так, как это определено выходным узлом для каждого LSP , по которому следует пакет. Рассмотренный в предыдущем параграфе бит S имеет значение 1 в нижней метке стека и 0 – во всех остальных метках. Это позволяет привязывать префикс к нескольким меткам, другими словами – к стеку меток (Label Stack). Каждая метка стека имеет собственные значения поля EXP , S-бита и поля TTL .

источник

Итак, попробуем структурировать все что я собираюсь описать:

MPLS TE features
— Overview
— Secondary LSP
— MBB (Make-before-break)
— CSPF (Constrained Shortest Path First)
— Link Coloring
— SRLG (Shared Risk Link Grouping)

RSVP-TE
— Overview
— Signaling procedure
— Fast Reroute
— One-to-One backup
— Facility Backup
— Manual Bypass

LDP
— Overview
— Signaling procedure
— T-LDP

Сегодня пункт номер 0. Погнали!

LDP. Довольно простой, с первого взгляда, протокол. Наиболее часто он применяется в случае, когда нужно всем маршрутизаторам знать обо всех метках в сети. Именно это и произойдет, если вы включите на маршрутизаторе Cisco MPLS на нужных интерфейсах. Каждый маршрутизатор проанонсирует все соответствия метка/префикс всем своим соседям. После чего эти соседи будут обладать необходимыми знаниями о том с какой меткой отправлять трафик для того или иного префикса. Там тоже не все так просто, метки эти могут распространяться по запросу, а не по мере узнавания о них. Но это все детали. Это как раз тот случай, когда трафик будет ходить по маршрутам, которые предоставил протокол маршрутизации.

На картинке ниже я пытался изобразить, как R1 узнав, что у него появился новый префикс рассказывает своим соседям, что им нужно отправлять трафик для этого префикса с меткой 30. Соседи получают это сообщение и вешают метку 30 в исходящие пакеты. Таким же образом R2 и R3 отправляют своим соседям метки для своих префиксов. В итоге, все узлы знают обо всех метках в сети. Такое поведение можно изменить, изменяя режимы работы LDP. Но сейчас про базовый принцип работы.

На картинке инициировано создание туннеля, который направлен от PE1 к PE2. PE1 отправляет сообщение Path, которое адресовано PE2. В этом сообщении передается довольно много информации, в числе прочего передается просьба о резервировании ресурсов. P1 получив этот пакет, оценивает свои возможности и отправляет сообщение P3. P3 проделывает аналогичные процедуры и отправляет сообщение на PE2. Тот выделяет метку для этого туннеля и отправляет ответное сообщение Reserv, в котором её и передает. P3 получив сообщение записывает метку, выделяет ресурсы, генерирует свою и отправляет её P1. P1 проделывает аналогичные процедуры. В итоге сообщение Reserv доходит до PE1. Тот выделяет ресурсы, записывает метку себе и считает туннель поднятым. Теперь можно начать передавать трафик от PE1 к PE2. Чтобы передавать трафик обратно, нужно сигнализировать ещё один обратный туннель. Конечно, я опустил все подробнисти, какие только мог опустить. С подробностями разберемся в будущих постах. В общем, когда PE1 хочет отправить чистый клиентский трафик в тунель, он вешает метку 102 и отправляет трафик P1. Тот смотрит на метку, убирает её и вставляет 101, после чего отправляет трафик к P3. Тот тоже смотрит на метку, снимает её и вещает 100 и отправляет в сторону PE2. PE2 получая трафик аналогично смотрит в метку, убирает её и отправляет чистый трафик клиенту.

Кстати, никто не обязывает использовать CSPF для просчета пути. Всегда можно положиться на результат работы внутреннего протокола маршрутизации. Более того, есть пара моментов, когда это поможет обойти ряд проблем. Об этом будет в статье по LDPoRSVP.

Один их тех параметров, которые может учитывать CSPF (и который перенося OSPF TE и IS-IS TE). Концепция внешне проста как две копейки. Мы говорим нашей MPLS сети обращаясь к Head End маршрутизатору: «А прокинь-ка, пожалуйста, туннель до такого-то маршрутизатора. Зарезервируй по пути мегабит, скажем, двадцать. Только знаешь, избегай, пожалуйста, линков, которые я до этого обозначил как красные. Спасибо, дружище». Жена всегда ругается на меня, когда я с техникой разговариваю. После такой просьбы, маршрутизатор пытается прокинуть MPLS туннель используя RSVP TE по кратчайшему пути и с заданными параметрами. Если у него не получается, то он обязательно отрапортует об этом.

На картинке, при попытке построить туннель от PE1 до PE2 с условием избегать крассные линки, CSPF тщательно обойдет его и построить туннель окольными путями.

Возможно, после прочтения всего этого опуса, у вас возникнет чувство, что MPLS штука легкая и понятная. Во всяком случае, было бы хорошо, если что-то похожее на это чувство у вас возникнет. Но знайте, это обман! MPLS — целый комплекс протоколов и технологий. Сложность MPLS не столько в понимании конкретных механизмов взаимодействия. Сложность понимания MPLS в его сильной стороне, в невероятной гибкости, которая позволяет творить с трафиком практически все что угодно. Вся сила MPLS в нюансах.

В следующий раз в планах разобраться с RSVP-TE или LDP, с механизмами позволяющими достичь довольно большой отказоустойчивости. Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь оставлять комментарии.

источник

Пока группа IETF разрабатывала модели интегрального и дифференцированного обслуживания, было найдено более эффективное решение проблемы обеспечения качества услуг при передаче мультимедийного трафика. Таким решением является многопротокольная коммутация по меткам MPLS (Multiprotocol Label Switching) [1] [2] , позволяющая передавать интернет-трафик по сети. Сеть MPLS ориентирована на надежный сервис с установлением соединения в отличии от ненадежных дейтаграммных сетей. При рассмотрении использования механизмов в IP-сетях модели IntServ и DiffServ оперируют соответственно в режиме сквозной передачи и на уровне транзитов. MPLS игнорирует протокол IP, так как нет полей заголовка IP-пакета, обрабатываемых в целях обеспечения качества услуг QoS. В технологии MPLS маршрутизация базируется не на адресе назначения, как в IP-сети, а на метках, которые вставляются в начало каждого пакета данных. Метод использования меток во многом близок к виртуальным каналам. Сети Х.25, Frame Relay, АТМ также устанавливают метки (идентификаторы виртуальных каналов), на основе которых осуществляется коммутация с помощью таблиц маршрутизации. Заголовок метки MPLS, состоящий из четырех байтов, предопределяет сетевой маршрут, который учитывает требуемый уровень QoS.

Заголовок MPLS-метки состоит из следующих полей (рис. 1):

• метка (20 бит) используется для выбора соответствующего пути коммутации по меткам;
• поле экспериментальных битов (EXP) содержит 3 бита, которые резервированы для дальнейших исследований и экспериментирования. В настоящее время проводится работа, направленная на создание согласованного стандарта использования этих битов для поддержания дифференцированного обслуживания разнотипного трафика и идентификации класса обслуживания. При предоставлении дифференцированных услуг MPLS-сети это поле может указывать определенный класс обслуживания, например, аналогичный классам DiffServ;
• поле MPLS-стека ( S )

(S)> содержит 1 бит и является средством поддержки иерархической структуры стека меток MPLS. В заголовке последней метки бит S = 1

S=1> , а во всех остальных- бит S = 0

S=0> ;

время жизни TTL (8 бит) дублирует аналогичное поле IP-пакета, которое является средством сброса пакетов в сети вследствие образования закольцованных маршрутов.

Заголовок MPLS-метки не образует полноценного уровня, а «вклинивается» в сетях IP, Ethernet, АТМ или Frame Relay между вторым и третьим уровнями модели OSI, оставаясь независимым от этих уровней. В технологии MPLS используются кадры второго уровня для помещения в них пакетов сетевого уровня, которым обычно является IP-пакет.

На рис. 2 показано положение заголовка метки в следующих типах кадров: PPP, Ethernet, Frame, Relay, ATM.

Одной из сильных сторон технологи MPLS является то, что она может использоваться совместно с различными протоколами уровня 2. Среди этих протоколов – РРР, АТМ, Frame Relay, Ethernet. Протокол PPP (Point-to-Point Protocol) применяется для передачи IP-пакетов по коммутируемым и выделенным каналам. РРР является стандартным протоколом Интернета. Он применяется в самых разных случаях, включая обеспечение соединения между маршрутизаторами, между пользователями и провайдерами. В отношении ячеек АТМ и кадров Frame Relay для MPLS используются форматы заголовков этих сетей, а во всех остальных случаях – вставку между заголовками второго и третьего уровней. В коммутаторах АТМ верхняя метка помещается в поле VPI/VCI заголовка ячейка АТМ, а данные о стеке меток MPLS – в поле данных ячеек АТМ.

Далее для упрощения изложения работы MPLS будем подразумевать, что используется канальный протокол РРР. При разработке протокола РРР за основу был взят другой протокол канального уровня HDLC (High-level Data Link Control, высокоуровневое управление линией связи). Для протокола HDLC характерно его функциональное разнообразие, которое выражается в подмножестве относящихся к нему протоколов. Протокол канального уровня сети Х.25 является одним из них и называется сбалансированным протоколом доступа к каналу LAP-B (Link Access Procedure Balanced). Протокол РРР отличается от подмножества протоколов HDLC в следующем.

1. Не занимается упорядочиванием кадров и проверкой порядка их следования;
2. Производит удаленную аутентификацию по протоколам РАР или СНАР (опционно);
3. Поддерживает несколько протоколов сетевого уровня.

В MPLS — сетях пересылка пакетов выполняется коммутаторами. После того, как пакет принят сетью MPLS, обработка пакета больше не требуется. Пакет перемещается в сети, основываясь только на содержании метки MPLS.Поэтому сеть MPLS можно рассматривать для IP-пакета как один транзит. Маршрутизатор с поддержкой MPLS использует содержимое метки MPLS для указания маршрута, основываясь на требованиях приложения к уровню качества обслуживания QoS. Внутри сети MPLS содержимое заголовка IP-пакета больше не нуждается в рассмотрении для определения маршрута. Содержимое метки определяется в соответствии с несколькими критериями, которые объединены в определённый класс эквивалентности пересылки FEC (Forwarding Equivalency Class). Класс FEC может осуществлять сортировку пакетов по различной совокупности значений, в которую могут входить следующие:

• адрес в заголовке IP-пакета;
• номер TCP-порта

и другие. Технология сети MPLS позволяет использовать модель дифференцированного обслуживания DiffServ для обеспечения требований пользователя качеством обслуживании QoS. Поэтому FEC включает классы обслуживания. Они указываются в трех битах EXP заголовка метки, что позволяет реализовать до восьми комбинаций битов. Следует отметить отсутствие стандартизированного протокола реализации DiffServ в сети MPLS. На рисунке 3 приведен пример коммутации пакетов в сети MPLS. Под доменом MPLS понимается сеть MPLS, обслуживаемая одним оператором. Рассмотрим работу маршрутизаторов коммутации меток.

Маршрутизатор коммутации меток LSR (Label Switching Router)является «двигателем» домена MPLS. Маршрутизатор LSR определяется как любое устройство, способное поддерживать протокол MPLS. LSR может являться IP-маршрутизатором, коммутатором Frame Relay, коммутатором АТМ. Технология MPLS поддерживает несколько типов кадров: РРР, Ethernet, Frame Relay и АТМ. Это не означает то, что под MPLS работает какая-либо из перечисленных технологий. Это означает только то, что в технологии MPLS используются форматы кадров этих технологий для помещения в них пакета сетевого уровня, которым почти всегда является IP-пакет. Когда пакет, расширенный за счет заголовка метки MPLS, поступает на маршрутизатор LSR с помощью таблицы маршрутизации и определяется исходящий канал и значение новой метки в пакете. Смена меток производится также, как и в рассмотренных сетях связи с виртуальными каналами X.25, FR и ATM.

Кроме функции коммутации, каждый маршрутизатор MPLS выполняет функцию управления по формированию таблицы маршрутизации. Эта таблица называется таблицей пересылки LIB (Label Information Base). LIB состоит из входящей метки и одной или нескольких вложенных записей. Каждая такая запись включает выходную метку, номер выходного интерфейса и адрес следующего маршрутизатора в LSR.

Все узлы MPLS используют протоколы маршрутизации TCP/IP для обмена соответствующей информацией маршрутизации с другими узлами MPLS-сети при создании таблицы LIB. Внутренние LSR коммутируют эти служебные пакеты не по меткам, а по обычным IP-заголовкам. Продвижение кадра в MPLS-сети происходит на основе метки MPLS и техники коммутируемого по меткам тракта LSР, а не на основе адресной информации и той технологии, формат кадра которой использует MPLS. Например, если в MPLS применяется кадр Ethernet, то МАС-адреса источника и приемника, хотя и присутствуют в соответствующих полях Ethernet, но для продвижения кадра не задействуются.

Функциональные возможности стека MPLS позволяют реализовать несколько функций и, в частности, объединить (агрегировать) несколько LSP в один. Концепция стека меток является развитием концепции двухуровневой адресации виртуальных каналов VPI/VPC, принятой в АТМ. Многоуровневый принцип создания путей сокращает время задержки передачи пакета.

Если в одном LSP сливается несколько потоков (каждый поток – со своим FEC и своей меткой), то этот LSP помещает сверху метку нового FEC, который соответствует объединенному потоку пакетов, образующемуся в результате слияния. В точке окончания такого объединенного тракта он разветвляется на составляющие его индивидуальные LSP. Так могут объединяться тракты, имеющую общую часть маршрута.Пример четырёхуровнего стека меток приведён на рисунке 4.

Здесь заголовок MPLS № 1 был первым заголовком MPLS, помещённым в пакет, затем в него были помещены заготовки № 2, № 3, № 4. Извлекаются заголовки меток из стека в обратной последовательности (4,3,2,1). Коммутация по меткам всегда использует верхнюю метку стека, метки удаляются из пакета сверху. Каждый заголовок MPLS имеет собственные значения поля ЕХР, S-бита и поля TTL. Заголовок метки №1 на рисунке 4 является самым нижним (S=1). MPLS может выполнять со стеком следующие операции: помещение метки в стек (push), удаление верхней метки из стека (pop), замену метки (swap). На рисунке 5 показан пример использования стека в MPLS при создании путей двух пакетов IP с разными адресами назначения и, соответственно, разными значениями FEC. Сеть состоит из двух MPLS — доменов. В LER1 начинаются два пути (коммутируемых по меткам тракта) — LSP1 и LSP2 (LSP1 для пакета IP₁ с адресом получателя А в заголовке и LSP2 для пакета IP₂ с адресом получателя В в заголовке). В LER1 метки каждого из этих пакетов (соответственно 305 для первого пакета и 14 — для второго пакета) проталкиваются (push) вниз, а верхней становится в обоих пакетах метка 256. Продвижение обоих пакетов производится по верхней метке, которая на выходе меняет значение (256 на 272).

На предпоследнем LSR2 домене производится удаление (pop) верхней метки. В результате верхней меткой для пакета IP₁ становится метка 305, а для IP₂ метка 14 уничтожается. LER2 завершает путь LSP2 пакета IP1, передавая его оконечному устройству. LER2 продвигает пакет IP₁ на основе таблицы маршрутизации. LER2 заменяет метку 305 на метку 299 и далее через LER3 и LER4 продвигает его по пути LER2 до оконечного пункта А. Приведённый пример двухуровневого пути может быть расширен для любого количества уровней.

Таким образом, если в одном маршрутизаторе сливаются несколько потоков (каждый поток со своим FEC и со своей меткой), то этот коммутируемый по меткам тракт (путь) LSP не заменяет метки, связанные с названными потоками, а оставляет их, помещая сверху метку нового FEC, который соответствует объединенному потоку пакетов, образующемуся в результате слияния. Если в промежуточном маршрутизаторе такого объединенного потока происходит слияние еще с одним потоком, то на верху стека устанавливается еще одна метка. Путь LSP1: LERl, LSRl, LSR2, LER2, LER3, LSR3, LER4 пакета IP1 с адресом получателя пункт А. Путь LSP2: LER1, LSR1, LSR2, LER 2 пакета IP2 с адресом получателя пункт В. В результате стек меток позволяет создать древовидную структуру множества трактов LSP, заканчивающихся в одном маршрутизаторе (корне дерева).
Введем понятие уровня m тракта LSP. Маршрут LSP уровня m представляет собой последовательность маршрутизаторов, которая с входного LSR, помещающего в пакет метку уровня m (стек из m заголовков меток), содержит промежуточные LSR, каждый из которых принимает решение о пересылке пакета на основе метки уровня m и заканчивается входным LSR, где решение о пересылке принимается на основе метки уровня m-1 или на основе обычных (не MPLS, а IP) процедур пересылки. От предпоследнего LSR в выходной граничный маршрутизатор можно передавать пакеты со стеком метки глубины (m-1), поскольку метка уровня m выходному LSR не требуется. В предпоследнем LSR производится уничтожение верхней метки стека.

На рис. 6 приведен пример древовидной структуры множества трактов LSP четырёх уровней (m=4) для тракта LSP4.

В таблице 1 приведена структура этих уровней в маршрутизаторах LSR1, LSR2, LSR3, LSR4.

Аналогично для LSP3, LSP2, LSP1 древовидная структура представляет соответственно три (для LSP3) и два (для LSP1 и LSP2) уровня тракта LSP.

Когда пакет MPLS поступает в маршрутизатор коммутации по меткам LSR, этот маршрутизатор производит коммутацию пакета, используя имеющуюся у него таблицу информационной базы меток LIB (Label Information Base). Ниже приведён пример такой таблицы пересылки пакета в MPLS (табл. 2).

Как видно из таблицы 2, пересылка пакета производится на выходной интерфейс на основании значения метки во входящем в LSR пакете MPLS. При этом в исходящем из LSR пакете указывается адрес следующего LSR и устанавливается новое значение метки. Несколько записей в таблице пересылки (в табл. 2 их две) требуются при многоадресной рассылке пакета. Программное обеспечение LSR может быть разработано в одном из двух вариантов LIB – либо одна общая таблица для LSR, либо их несколько по количеству интерфейсов LSR. Алгоритм формирования привязки метки к FEC предусматривает выделение в LSR отдельного пула «свободных» меток. Эти метки используются для их локальной привязки, а число таких «свободных» меток определяет максимальное число таких пар «метка – FEC», которое может быть установлено в текущий момент работы данного LSR.

Сущность распределения меток – информировать смежные маршрутизаторы о привязке «FEC-метка». Выбор маршрута заключается в определении пути LSP для данного кода эквивалентности при пересылке FEC. Фактическая установка LSP заключается в двух типах привязки меток к FEC. При первом типе метка выбирается и назначается в LSR локально. При втором типе LSR получает от некоторого смежного LSR информацию о привязке метки, которая создана на нем. Такую привязку называют удаленной. Локальная и удаленная привязка распространяется только между смежными маршрутизаторами LSR. При локальной привязке маршрутизатор информирует назначенную метку данному классу FEC смежным LSR. Эти смежные LSR получают возможность правильно установить метки в пакеты, направленные LSR-создателю этой метки. При удаленной привязке создателем «FEC-метка» является LSR транзитного участка тракта LSP. Это позволит производить замену входящей на исходящую метку в пакетах, передаваемых LSR-создателем привязки. Таким образом, метки могут рассматриваться как в определенной степени аналог идентификаторам логических номеров виртуальных каналов глобальных сетей Х.25 (LCN), FR (DLCI), ATM (VPI/VCI). Архитектура MPLS позволяет использовать следующие протоколы распределения меток.

1. Специальный протокол распределения меток LDP (Label Distribution Protocol) подлежащий рассмотрению в следующем разделе;
2. Расширение возможностей протокола IP-сети BGP;
3. Расширение возможностей протокола IP-сети RSVP.

В сети MPLS в отличие от сетей связи Х.25, FR, ATM (VPI/VCI) с виртуальными каналами отсутствует фаза установления соединения по сообщению запроса пользователя. Метки в коммутируемом по меткам тракте LSP назначаются с помощью протокола распределения меток LDP (Label Distribution Protocol), причём существуют разныe способы такого распределения. Процедуры протокола LDP позволяют создать тракт LSP. Создание LSP означает создание таблиц коммутации по меткам во всех маршрутизаторах этого LSP. Функция протокола LDP состоит в частности, в определении каждой привязки «FEC — метка» в каждом LSR тракта LSP. Один из вариантов работы LDP состоит в следующем. При загрузке маршрутизатора выявляется, для каких маршрутов он является пунктом назначения (например, какие хвосты находятся в его локальной вычислительной сети). Для них создаётся один или несколько FEC и каждому из них выделяется метка, значение которой сообщается соседним LER. Эти LER. в свою очередь, заносят эти метки в свои таблицы пересылки и посылают новые метки своим соседним маршрутизаторам. Процесс продолжается до тех пор пока все маршрутизаторы не получат данные о маршрутах. По мере формирования путей могут резервироваться ресурсы, что позволяет обеспечить надлежащее качество обслуживания. Протокол LDP является протоколом прикладного уровня и использует оба протокола транспортного уровня — UDP и TCP (рис. 7).

Протокол LDP работает с использованием транспортного уровня по протоколу UDP только для передачи сообщения обнаружения DISCOVERY. При этом используются сообщения многоадресной рассылки Hello для получения информации о смежных с ним LSR. После обмена этими сообщениями устанавливается TCP-соединение и сеанс LDP с этими маршрутизаторами. Теперь MPLS позволяет LSR запросить у смежного LSR информацию о привязке «FEC-метка». Такой режим называется нисходящее распределение меток по требованию. Для этого LSR запрашивает метку, передав сообщение Label Request. В последнее сообщение входит FEC, для которого запрашивается метка. Если сообщение Label Request поступает в выходной граничный маршрутизатор, то в нем содержится метка, которая имеет локальное значение на участке между входным и соседним с ним вышестоящим маршрутизатором. Если на всех следующих далее вышестоящих LSR успешно произойдет привязка меток к FEC, то после обработки во входном LER сообщения Label Mapping, полученного от соседнего с ним нижестоящего маршрутизатора, маршрут для тракта LSP будет создан.

Назначение меток производится в сторону отправителя трафика, то есть противоположную направлению трафика. Такой LSR, где назначается метка называется нижним (расположен «ниже по течению»), а расположенный «выше по течению» верхним LSR. Метка всегда локальна, то есть обозначает некоторый FEC для пары маршрутизаторов, между которыми имеется прямая или коммутируемая связь. Напомним, что значения идентификатора виртуального пути VPI и виртуального канала VCI в сети ATM являются также локальными. Пересылка пакета данных MPLS с FEC, соответствующим установленной метке, производится от верхнего LSR к нижнему LSR. Для пересылки пакетов данных того же FEC к следующему маршрутизатору LSR используется другая метка, идентифицирующая этот FEC для новой пары маршрутизаторов, в которой маршрутизатор, бывший в предыдущей паре нижним, приобретает статус верхнего, а статус нижнего получает второй маршрутизатор этой новой пары. Отсюда ясно, что каждый маршрутизатор MPLS-сети, должен хранить соответствие между входящими и исходящими метками для всех FEC, которыми он оперирует. Напомним, что длина поля метки составляет 20 бит и означает, что маршрутизатор одновременно может оперировать 2 20 метками, которым соответствует определённые FEC.

Применение в MPLS механизма инжиниринг трафика ТЕ позволяют решить эту проблему, указав два разных пути от маршрутизатора А к маршрутизатору Е, то есть кроме А-В-Е маршрут A-C-D-E. ТЕ лучше использует сетевые ресурсы за счёт перевода части трафика с более загруженного на менее загруженный участок сети. При этом достигается более высокое качество обслуживания трафика, поскольку уменьшается вероятность перегрузки в сети. Кроме того, для услуг, которые требуют выполнения заданных норм качества обслуживания QoS (например, заданного коэффициента потерь пакетов, задержки, джиттера) инжиниринг трафика позволяет обеспечить надлежащее QoS путём назначения явно определённых маршрутов.
В технологии MPLS TE пути LSP называют TE-туннелями. TE-туннели не прокладываются распределенным способом вдоль путей, находимых обычными протоколами маршрутизации независимо в каждом отдельном устройстве LSR. Вместо этого TE-туннели прокладываются в соответствии с техникой маршрутизации от источника, когда централизовано задаются промежуточные узлы маршрута. В этом отношении TE-туннели подобны PVC-каналам в технологиях АТМ и Fame Relay. Инициатором задания маршрута для TE-туннеля выступает начальный узел туннеля, а рассчитываться такой маршрут может как этим же начальным узлом, так и внешней по отношению к сети программной системой или администратором.

MPLS TE поддерживает туннеля двух типов:

1. Строгий TE-туннель – определяет все промежуточные узлы между двумя пограничными устройствами;
2. Свободный TE-туннель – определяет только часть промежуточных узлов от одного пограничного устройства до другого, а остальные промежуточные узлы выбираются устройством LSR самостоятельно.

При прокладке туннеля 2 (свободного) администратор задает только начальный и конечный узлы туннеля, то есть устройства LER5 и LER2. Промежуточные устройства LSR4 и LSR2 находятся автоматически начальным узлом туннеля 2, то есть устройством LER5, а затем с помощью сигнального протокола устройства LER5 сообщает этим и конечному устройствам о необходимости прокладки туннеля.

Независимо от типа туннеля он всегда обладает таким параметром, как резервируемая средняя пропускная способность. В нашем примере туннель 1 резервирует для трафика 10 Мбит/с, а туннель 2 резервирует 36 Мбит/с. Эти значения определяются администратором, и технология MPLS TE никак не влияет на их выбор, она только реализует запрошенное резервирование. Чаще всего администратор оценивает резервируемую для туннеля пропускную способность на основании измерений трафика в сети, тенденций изменения трафика. Некоторые реализации MPLS TE позволяют затем автоматически корректировать величину зарезервированной пропускной способности на основании трафика, проходящего через туннель.

Методы инжиниринга трафика чаще применяют не к отдельным, а к агрегированным потокам, которые являются объединением нескольких потоков. Так как мы ищем общий маршрут для нескольких потоков, то агрегировать можно только потоки, имеющие общие точки входа и выхода. Агрегированное задание потоков позволяет упростить задачу выбора путей, так как при индивидуальном рассмотрении каждого пользовательского потока промежуточные коммутаторы должны хранить слишком большие объемы информации, поскольку индивидуальных потоков может быть очень много. Необходимо подчеркнуть, что агрегирование отдельных потоков в один возможно только в том случае, когда все потоки, составляющие агрегированный поток, предъявляют одни и те же требования к качеству обслуживания.

Однако сама по себе прокладка в MPLS-сети TE-туннеля еще не означает передачи по нему трафика. Она означает только то, что в сети действительно существует возможность передачи трафика по туннелю со средней скоростью, не превышающей зарезервированное значение. Для того чтобы данные были переданы по туннелю, администратору предстоит еще одна ручная процедура – задание для начального устройства туннеля условий, определяющих, какие именно пакеты должны передаваться по туннелю. Такими условиями могут быть классы эквивалентности пересылки FEC и классы обслуживания. Устройство LER должно сначала провести классификацию трафика, удостоверившись, что средняя скорость потока не превышает зарезервированную, а затем начать маркировать пакеты, используя начальную метку TE-туннеля, чтобы передать трафик через сеть MPLS.

Для выбора и проверки TE-туннелей используются расширенный протокол маршрутизации OSPF-TE, который распространяет следующую информацию:

• максимальная пропускная способность звена (то есть между маршрутизаторами);
• максимальная пропускная способность звена, доступная для резервирования;
• резервированная на звене пропускная способность;
• текущее использование пропускной способности звена.

Располагая такими значениями, а также параметрами потоков, для которых нужно определить TE-туннели, маршрутизатор LER может найти решение наиболее рационального использования ресурсов сети. В качестве критерия для этого используется обычно значение min (max Ki) для всех возможных путей.

В общем случае администратору необходимо проложить несколько туннелей для различных агрегированных потоков. С целью упрощения задачи оптимизации выбор путей для этих туннелей обычно осуществляется по очереди, причем администратор определяет очередность на основе своей интуиции. Очевидно, что поиск TE-путей по очереди снижает качество решения – при одновременном рассмотрении всех потоков в принципе можно было бы добиваться более рациональной загрузки ресурсов. Покажем это на примере.

В примере, показанном на риc. 10, ограничением является максимально допустимое значение коэффициента использования ресурсов, равное 0,65. В варианте 1 решение было найдено при очередности рассмотрения потоков 1, 2, 3. Для первого потока был выбран путь А-В-С, так как в этом случае он, с одной стороны, удовлетворяет ограничению (все ресурсы вдоль пути – каналы А-В, В-С и соответствующие интерфейсы маршрутизаторов оказываются загруженными на 50/155=0,32). Пропускная способность каналов А-В и B-C равна В=155, а каналов А-D, D-Е, Е-C равна В=100. Для второго потока также был выбран путь А-В-С, так как и в этом случае ограничение удовлетворяется — результирующий коэффициент использования оказывается равным 50+40/155=0,58. Третий поток направляется по пути А-D-Е-С и загружает ресурсы каналов А- D, D-Е и Е-С на 30/100=0,3. Решение 1 можно назвать удовлетворительным, так как коэффициент использования любого ресурса в сети не превышает 0,58.

Однако существует лучший способ, представленные в варианте 2. Здесь потоки 2 и 3 были направлены по верхнему пути А-В-С, а поток 1 по нижнему А-D-Е-С. Ресурсы верхнего пути оказываются загруженными на 0,45, и нижнего -на 0,5, то есть на лицо более равномерная загрузка ресурсов, а максимальный коэффициент использования всех ресурсов сети не превышает 0,5. Этот вариант может быть получен при одновременном рассмотрении всех трех потоков с учетом ограничения min (max Ki) или же при рассмотрении потоков по очереди в последовательности 2, 3 ,1.

Несмотря на не оптимальность решения, в производимом сегодня оборудовании применяется вариант технологии MPLS TE с последовательным рассмотрением потоков. Он проще в реализации и ближе к стандартным для протоколов OSPF процедурам нахождения кратчайшего пути по одной сети назначения. В отсутствие ограничений найденное решение для выбора кратчайших путей не зависит от последовательности учета сетей, для которых производится поиск. Кроме того, при изменении ситуации – появлении новых потоков или изменении интенсивности существующих – найти путь удается только для одного потока.

В технологии MPLS TE информация о найденном рациональном пути используется полностью, то есть запоминаются IP-адреса источника, всех транзитных маршрутизаторов и конечного узла. Поэтому достаточно, чтобы поиском путей занимались только пограничные устройства сети (LER), а промежуточные устройства (LSR) лишь поставляли им информацию о текущем состоянии резервирования пропускной способности каналов. После нахождения пути независимо от того, найден он был устройством LER или администратором, его необходимо зафиксировать. Для этого в MPLS TE используется расширение уже рассмотренного нами протокола резервирования ресурсов (RSVP), который часто в этом случае называют протоколом RSVP TE.

Для реализации этой функции RSVP-TE расширяется новым объектом- ERO (Explicit Route Object). Объект переносится в сообщении Path и содержит явно заданный маршрут, по которому должно идти сообщение. Пересылка такого сообщения маршрутизатором определяется не адресом получателя, содержащимся в заголовке IP-пакета, а содержанием объекта ERO. Эта функция позволяет автоматически (или в результате действий администратора) ремаршрутизировать LSP в обход перегружаемых областей. При установлении нового пути в сигнальном сообщении наряду с последовательностью адресов пути указывается также и резервируемая пропускная способность. Каждое устройство LSR, получив такое сообщение, вычитает запрашиваемую пропускную способность из пула свободной пропускной способности соответствующего интерфейса, а затем объявляет остаток в сообщениях протокол маршрутизации, например OSPF. Таким образом протокол RSVP-TE выполняет свою традиционную функцию обеспечения требований QoS пользователей в соответствии с моделью интегрального обслуживания.

В заключение рассмотрим вопрос отношения технологий MPLS TE и QoS. Как видно из описания, основной целью MPLS TE является использование возможностей MPLS для достижения внутренней цели поставщика услуг, а именно сбалансированной загрузки всех ресурсов сети. Однако при этом так же создается основа для предоставления транспортных услуг с гарантированными параметрами QoS, так как трафик по TE-туннелям передается при соблюдении некоторого максимального уровня коэффициента использования ресурсов. Коэффициент использования ресурсов оказывает решающее влияние на процесс образования очереди, так что потоки, передаваемые по TE-туннелям, передаются с некоторым гарантированным уровнем QoS.

Для того чтобы обеспечить параметры QoS для разных видов трафика, поставщику услуг необходимо для каждого класса эквивалентности пересылки установить в сети отдельную систему туннелей. При этом для чувствительного к задержкам FEC требуется выполнить резервирование таким образом, чтобы максимальный коэффициент использования ресурсов туннеля находился в диапазоне 0,2-0,3, иначе задержки пакетов и их вариации выйдут за допустимые пределы.

Кроме основной задачи гибкого управления трафиком подсистема ТЕ выполняет c помощью стека меток ещё одну функцию – быструю ремаршрутизацию FRR (Fast Reroute). В случае выхода из строя канала связи в сетях с коммутацией пакетов требуется повторное установление соединения с оконечного пункта. При этом происходят задержки и потери пакетов (ячеек, кадров) данных, значительно влияющих на показатели QoS. FRR в MPLS-сети обеспечивает защиту от этих потерь, ремаршрутизируя трафик, проходящий по LSP, в обход повреждённого канала в течении 50 мсек. Приведённый на рис. 11 пример показывает, каким образом FRR используется.

Как видно из рис. 11, когда LSR2 обнаружит, что канал между LSR2 и LSR3 неисправен, трафик в LSR3 будет переведён на резервный туннель (через LSR5 и LSR6). Это выполняется помещением метки 38 наверх стека с помощью процедуры push. Предварительно производится процедура замены метки (swap) 25 на 9. Продвижение пакета через LSR5 происходит по верхней метке. На LSR6 верхняя метка удаляется. В результате верхней меткой, по которой происходит коммутация, становится метка 9, т.е. та же самая, что и в случае исправного канала между LSR2 и LSR3 (т.е. когда в LSR2 метка 25 заменяется на метку 9).

Кратко сформулируем преимущества MPLS-сети по сравнению с транспортной IP-сетью.

1. Технология MPLS поддерживает показатели качества обслуживания QoS, предоставляя различные классы обслуживания. IP-сети не предоставляют такой возможности.
2. Технология MPLS позволяет сбалансировать нагрузку в сети, осуществляя перераспределение потоков (инжиниринг трафика). Это повышает показатели QoS за счет оптимизации использования полосы пропускания на недостаточно загруженных маршрутах. Протоколы IP-сети такой возможности не предусматривают.
3. При использовании технологии MPLS провайдеры служб могут создавать так называемые виртуальные частные сети VPN (Virtual Private Network). VPN-сети содержат географически удаленные друг от друга узлы, которые могут безопасно связывать их по совместно используемой магистрали. В отличие от IP-сетей технология MPLS позволяет создавать VPN-сети без необходимости использовать дорогостоящее шифрование. Подробно построению VPN-сетей на базе MPLS посвящена следующая глава.
4. Быстрая ремаршрутизация при отказах в каналах связи.

источник

В начале 90-х для размещения маршрутной таблицы в маршрутизаторе хватало 4-8Мбайт, но требования быстро росли, и это стимулировало широкое внедрение идеологии автономных систем (AS). На какое-то время AS позволили решить проблему, но к 2005-му году требования к памяти маршрутизатора возросли до 100Мбайт и это не предел.

Давайте сначала прикинем, со сколькими сетевыми узлами вы и сотрудники вашего подразделения устанавливаете связь в течение рабочего дня. Это число нестабильно, зависит от характера работы и сильно варьируется от человека к человеку. Но, очевидно, что это число вряд ли превышает несколько сот и слабо меняется со временем. Таким образом, для обеспечения требуемых маршрутов объем маршрутной таблицы, если бы он содержал только используемые вами IP-адреса, был бы незначительным. При этом поиск в такой таблице занимал бы на порядки меньше времени (RTT сокращается на порядок).

Именно идея сохранения в маршрутной таблице только реально используемых виртуальных путей и легла в основу разработки протокола MPLS и сопряженных с ним протоколов маршрутизации.