Актуальные области применения технологии MPLS

АКТУАЛЬНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ MPLS
А.В. Висков, М.Б. Фомин
Российский Университет Дружбы Народов, г.Москва
1.
Основные принципы технологии MPLS.
Бурное развитие Интернет в настоящее время, сопровождается ростом спроса на различные услуги систем
телекоммуникаций, выдвигая тем самым все более жесткие требования к скорости и надежности передачи
информации. Последним словом в развитии средств маршрутизации и коммутации для магистралей Интернет
является технология многопротокольной коммутации на основе меток (Multiprotocol Label Switching – MPLS).
В основе MPLS лежит принцип обмена метками.
Метка – это короткий идентификатор фиксированной длины, который определяет класс передаваемого
потока FEC (Forwarding Equivalence Class). По значению метки пакета определяется его принадлежность к
определенному классу на каждом из участков коммутируемого маршрута.
Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом передаваемой информации, каждый из
которых идентифицируется определенной меткой. Значение метки уникально лишь для участка пути между
соседними узлами сети MPLS, которые называются также маршрутизаторами, коммутирующими по меткам (Label
Switching Router, LSR). Метка передается в составе любого пакета, причем способ ее привязки к пакету зависит от
используемой технологии канального уровня.
Первоначально, для получения информации о топологии окружающей сети маршрутизатор LSR
использует обычные протоколы маршрутизации – OSPF, BGP, IS-IS. После того, как топологическая информация
собрана, LSR начинает взаимодействовать с соседними маршрутизаторами, распределяя метки, которые в
дальнейшем будут применяться для коммутации. Обмен метками может производиться с помощью как
специального протокола распределения меток (Label Distribution Protocol, LDP), так и модифицированных версий
других протоколов сигнализации.
Распределение меток между LSR приводит к установлению внутри сети MPLS путей с коммутацией по
меткам (Label Switching Path, LSP). Каждый маршрутизатор LSR содержит таблицу, которая ставит в соответствие
паре "входной интерфейс, входная метка" тройку "префикс адреса получателя, выходной интерфейс, выходная
метка". 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
"выходная метка" таблицы, и пакет отправляется к следующему устройству на пути LSP.
В рамках архитектуры MPLS вместе с пакетом разрешено передавать не одну метку, а целый их стек.
Результат коммутации задает лишь верхнюю метку стека, нижние же передаются прозрачно до операции изъятия
верхней. Такой подход позволяет создавать иерархию потоков в сети MPLS и организовывать туннельные
передачи. Стек может включать любое число меток. Метка может принимать любое значение, кроме нескольких
зарезервированных.
Вся операция коммутации по меткам требует лишь одноразовой идентификации значений полей в одной
строке таблицы. Это занимает гораздо меньше времени, чем сравнение IP-адреса получателя с наиболее длинным
адресным префиксом в таблице маршрутизации, которое используется при традиционной маршрутизации. Таким
образом, главная особенность MPLS – отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адресов в его
заголовке, что открывает ряд привлекательных возможностей. Очевидным следствием описанного подхода
является тот факт, что очередной сегмент LSP может не совпадать с очередным сегментом маршрута, который был
бы выбран при традиционной маршрутизации. Каждый из классов FEC обрабатывается отдельно от остальных не
только потому, что для него строится свой путь LSP, но и в смысле доступа к общим ресурсам (полосе пропускания
канала и буферному пространству). В результате технология MPLS позволяет эффективно поддерживать требуемое
качество обслуживания, не нарушая предоставленных пользователю гарантий.
2.
Приложения MPLS.
На сегодняшний день можно выделить три основные области применения протокола MPLS. Это
управление потоком, поддержка классов и качества обслуживания и виртуальные частные сети (VPN).
MPLS создавалась главным образом как своего рода технология для самого ядра сети, нечто, благодаря
чему устройства, которым приходится справляться с огромными потоками информации, могут обрабатывать эти
потоки более эффективно.
3
В настоящее время существуют два основных способа создания магистральных IP-сетей: с помощью IPмаршрутизаторов, соединенных каналами "точка-точка", либо на базе транспортной сети АТМ, поверх которой
работают IP-маршрутизаторы. Применение MPLS оказывается выгодным в обоих случаях.
ATM используется в IP-сетях для создания ядра сети с поддержкой нескольких уровней обслуживания и в
целях распределения трафика между несколькими высокоскоростными каналами. С появлением MPLS все эти
преимущества можно получить без помощи коммутаторов ATM.
С другой стороны, имеется прямо противоположная возможность использовать MPLS для расширения
объемов ATM-коммутации в сети. Поскольку MPLS ведет себя аналогично виртуальным каналам, то виртуальный
канал ATM может быть без труда сопряжен с фиксированным путем MPLS. В магистральной сети АТМ это дает
возможность одновременно предоставлять клиентам как стандартные сервисы ATM, так и широкий спектр услуг
IP-сетей вместе с дополнительными услугами.
2.1.Управление потоком.
Управление потоком передаваемой информации позволяет направлять потоки данных не по кратчайшему
пути, вычисленному с помощью традиционного протокола маршрутизации, а через менее загруженные узлы и
каналы связи. При правильном моделировании потока нагрузка на все физические каналы связи, маршрутизаторы и
коммутаторы должна быть сбалансирована таким образом, чтобы ни один из этих компонентов не был недогружен
или перегружен. В результате сеть будет работать более эффективно, стабильно и предсказуемо.
Технология MPLS хорошо подходит в качестве основы для управления потоками информации, поскольку
позволяет сетевым администраторам указывать точный физический маршрут для маркированных пакетов, а также
выбирать маршруты, соответствующие специфическим требованиям. Раздельная же статистика по каждому LSPмаршруту может быть использована для анализа загрузки каналов связи, поиска узких мест сети и планирования ее
дальнейшего расширения.
2.2. QoS и DiffServ.
Одно из основных преимуществ предоставляемых MPLS кроется в возможности управления QoS. Именно
коммутация на основе меток делает MPLS столь полезным и уникальным. Frame relay и ATM обеспечивают QoS за
счет выбора маршрута, на протяжении которого сеть будет поддерживать требования трафика к QoS благодаря
выделению ресурсов на каждом узле линии в целях гарантии того, что трафик получит необходимые для
достижения требуемого QoS ресурсы. Фиксированные пути MPLS могут быть явным образом маршрутизированы
через сеть вдоль любого желаемого пути, а устройства вдоль пути могут задействовать различные средства
управления ресурсами, чтобы каждый путь MPLS получил необходимые ресурсы. Таким образом, MPLS способен
обеспечивать контроль QoS, эквивалентный предоставляемому frame relay или ATM.
Технология MPLS может оказать помощь при внедрении дифференцированных услуг (DiffServ). Сама
модель DiffServ определяет целый ряд механизмов для разделения всего трафика на небольшое число классов
обслуживания. Как известно, пользователи нуждаются в Интернет как в сети общего пользования для самых
разных целей и приложений – от неприхотливой электронной почты до передачи голоса и видео, весьма
чувствительных к задержкам. Чтобы удовлетворить их требования, необходимо использовать не только управление
трафиком, но и средства для его классификации.
2.3. Виртуальные частные сети.
Виртуальная частная сеть (VPN) моделирует работу корпоративной территориально распределенной сети с
помощью инфраструктуры общего пользования Интернет. Чтобы эта услуга представляла реальный интерес для
корпоративных пользователей, необходимо решить проблемы безопасности передаваемых данных и поддержки
неуникальных IP-адресов, выделенных для частных сетей. Обе эти задачи легко решаются с помощью технологии
MPLS, поскольку она предусматривает маршрутизацию пакетов на основе меток, а не на основе адреса назначения.
MPLS позволяет организовать предоставление услуг VPN, используя простой, гибкий и мощный механизм
туннелирования. Виртуальная частная сеть строится как совокупность маркированных маршрутов между
различными физическими сегментами VPN. Входные LSR-маршрутизаторы сети направляют трафик VPN по
соответствующим LSP-маршрутам, исходя из совокупности адреса назначения пакета и его принадлежности к
определенной VPN.
Multiprotocol Lambda Switching.
4
Multiprotocol Lambda Switching – это совсем молодая технология. Основная идея ее состоит в том, что при
передаче светового сигнала по волокну роль меток могут играть различные длины оптической волны (lambda).
Сейчас новые магистральные каналы строятся по технологии DWDM (Dense Wave Division Multiplexing), на основе
оптических кросс-коммутаторов, работающих со световыми диапазонами. Применение MPLS дает совершенно
новую возможность – использовать длину волны (lambda) в качестве уникального идентификатора для группы
пользователей. Это позволит добавить VPN- и QoS-сервисы фактически на физическом уровне, где обработка
происходит с оптическим быстродействием.
Оптические маршрутизаторы не только смогут разбирать трафик с супер скоростями, но и обеспечивать
VPN- и QoS- сервисы, как в "обычном" MPLS, а ISP получат возможность вывести свои сети на качественно новый
– сверхбыстрый уровень, при сохранении всей полноты функциональности. Это поднимает идеологию меток
маршрутизации на совершенно другой уровень. Новый подход больше не нуждается в ATM-слое для организации
гибких возможностей по предоставлению услуг маршрутизации. Фактически волновые метки на физическом
уровне могут изменить всю логику организации новых услуг в сети.
5