Маршрутизатор коммутации меток (LSR)
ГЛАВА 15. Сети MPLS
Принцип работы сети MPLS
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), позволяющая передавать интернет-трафик по сети. Сеть MPLS ориентирована на надежный сервис с установлением соединения в отличие 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 метки MPLS состоит из следующих полей (рис. 15.1):
· 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 содержит 1 бит и является средством поддержки иерархической структуры стека меток MPLS. В заголовке последней метки бит , а во всех остальных- бит ;
· время жизни TTL (8 бит) дублирует аналогичное поле IP-пакета, которое является средством сброса пакетов в сети вследствие образования закольцованных маршрутов.
Рис. 15.1. Структура заголовка метки MPLS
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. 15.2 показано положение заголовка метки в следующих типах кадров: PPP, Ethernet, Frame, Relay, ATM.
Рис. 15.2. Форматы заголовков нескольких разновидностей технологии MPLS
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, в частности, можно рассматривать как транзитная сеть для переноса IP-пакета (см. разд. 12.2). 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 15.3 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)
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 так же, как и в рассмотренных сетях связи с виртуальными каналами X.25, FR и ATM.