MPLS - что это такое?

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?

Общие сведения о технологии

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.

Особенности разработки MPLS

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.

MPLS и IP

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.

Ключевые преимущества MPLS: оперативность обработки данных

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.

Преимущества MPLS: универсальность

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.

Преимущества MPLS: масштабируемость

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.

Архитектура MPLS: базовые устройства

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.

Основные принципы MPLS-коммутации

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.

Коммуникация между маршрутизаторами

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.

Таблица компонентов

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.

Структура MPLS

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

- ядра;

- пограничной области.

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.

Способы маркировки пакетов

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.

Применение групп меток

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.

Структура коммутируемого пути

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.