MPLS - що це таке?

На сучасних підприємствах при розбудові інфраструктури корпоративної мережі може застосовуватися технологія MPLS. У чому полягають її особливості? Які переваги вона має перед традиційними технологіями маршрутизації?

Загальні відомості про технології

У чому полягає специфіка MPLS? Що це за технологія? MPLS — це концепція, відповідно до якої в комп'ютерних мережах здійснюється переадресація пакетів. Головна її особливість — у реченні альтернативи аналізу маршрутизаторами типу IPLP заголовків по всіх пакетів, який здійснюється з метою визначення напряму для пересилання до наступного компоненту інфраструктури. У разі якщо задіюється розглянута технологія, то аналіз заголовка здійснюється одноразово при вході в мережу MPLS, а потім ініціюється перевірка відповідності між параметрами пакету і властивостями потоку.

Особливості розробки MPLS

Розробили технологію MPLS фахівці, зацікавлені в реалізації універсального протоколу обміну даними, який би підходив для інфраструктури з комутацією каналів, так і для додатків, де здійснюється передача пакетів. У мережах MPLS можуть передаватися різні види трафіку IP, ATM, Ethernet, SONET, SDH. Розробка концепції здійснювалася з урахуванням переваг і недоліків попередніх протоколів аналогічного призначення. При цьому в деяких аспекти MPLS передбачає реалізацію більш простих алгоритмів у порівнянні з підходами, що застосовуються в традиційних рішеннях. Як відзначають експерти, мережеве обладнання, що підтримує технологію MPLS, здатне витіснити з ринку традиційні рішення, що свідчить про те, що розробниками MPLS була проведена гарна робота по оптимізації і універсалізації даної концепції.

MPLS і IP

Отже, ми знаємо основні принципи функціонування концепції MPLS, що це за технологія. У звичайних мережах, в яких задіюється протокол TCP-IP, маршрутизація пакетів реалізована з використанням IP-адреси комп'ютера, на який передається пакет. У мережі при цьому всі маршрутизатори володіють відомості про те, який інтерфейс задіюється при передачі даних, а також про те, на який комп'ютер необхідно перенаправити поточний пакет. У випадку з залученням MPLS здійснюється інший підхід. Він, як ми вже знаємо, передбачає здійснення комутації з використанням міток. Прив'язані до конкретного пакету, що передається в мережі. Маршрутизатори, отримавши його, одночасно мають відомості про те, яким чином передавати дані далі — виходячи з конкретного значення, яке має MPLS-мітка. Можна відзначити, що вона розташовується в рамках MPLS-заголовка, що розміщується між кадром і пакетом, у відповідності з прийнятим форматом. Примітно, що на одному пакеті може бути розміщено декілька міток. Для того, щоб позначити, що та або інша позначка — остання в групі, застосовуються спеціальні прапори. Корисно буде більш детально розглянути переваги технології, про яку йде мова, перед традиційними рішеннями.

Ключові переваги MPLS: оперативність обробки даних

Найважливіша перевага MPLS полягає в затратах меншої кількості часу на обробку даних, ніж при зіставленні IP-адреси. Більше того, технологія MPLS зменшує час, який витрачається на пересилання пакета з використанням базових маршрутизаторів. Фактично може здійснюватися комутація з застосуванням декількох протоколів, при якій використовуються спеціальні мітки в рамках пакетів передаються мережевих даних. Завдяки цьому формуються відокремлені комутовані потоки.

Переваги MPLS: універсальність

Ще одна важлива властивість концепції — універсальність. Практично в будь мережі IP MPLS може бути впроваджена. Розглянута технологія добре підтримується на апаратному рівні. Принципово можливе застосування доступних за ціною рішень для впровадження MPLS – Mikrotik, наприклад. Універсальні принципи приведення інфраструктури в працездатний стан. Однак при конструюванні мережі MPLS налаштування обладнання повинна проводитися досвідченими фахівцями. Насамперед — компетентними в частині розуміння особливостей архітектури мережі, характеристик її апаратних компонентів.

Переваги MPLS: масштабованість

Інфраструктура MPLS характеризується масштабністю і ступенем автономності роботи щодо різноманітних протоколів, за допомогою яких здійснюється передача даних. Специфіка конкретних стандартів, що реалізуються на канальному рівні, не має значення. При впровадженні мережі MPLS немає необхідності забезпечення функціонування мереж на другому рівні, які оптимізовані під передачу тих або інших різновидів трафіку. З точки зору класифікації мереж за типом комутації MPLS правомірно віднести до інфраструктури, в якій здійснюється комутація пакетів.

Архітектура MPLS: базові пристрої

Вивчимо те, які пристрої передбачається задіяти в мережах, де застосовується концепція MPLS, що це за інфраструктура з точки зору застосування апаратних ресурсів. Основними девайсами, що задіюються в рамках відповідної технології, можна назвати:
- маршрутизатор, сумісний з концепцією MPLS, а також із звичайними протоколами передачі даних; - маршрутизатор, який взаємодіє з пристроями, на яких комутація з використанням міток не здійснюється (у тому числі через відсутність підтримки MPLS); - групу мережевих девайсів, які застосовуються для комутації з використанням міток в рамках загальної системи адміністрування і маршрутизації. Фактично пристрої першого типу утворюють відповідну групу, яка, в свою чергу, формує домен. MPLS-маршрутизатори другого типу утворюю прикордонну область даного домену.

Основні принципи MPLS-комутації

Вивчимо то, виходячи з яких принципів здійснюється комутація в рамках технології, про яку йде мова. Як ми вже знаємо, ключовий компонент MPLS — це мітка. Обмін ними і складає основу відповідної технології. Всі пакети, які передаються у мережі, асоціюються з певним типом мережевого рівня. Кожен з них при цьому ідентифікується з допомогою конкретної мітки. Її значення є унікальним лише при розгляді в межах конкретної ділянки шляху, який пролягає між вузлами мережі, що розташовуються по сусідству, то є маршрутизаторами першого типу (за класифікацією, розглянутої нами вище). Будь-який пакет, таким чином, буде включати позначку. Однак спосіб її асоціації з пакетом буде залежати від того, яка застосовується технологія в рамках інфраструктури мережевого каналу.

Комунікація між маршрутизаторами

Той чи інший маршрутизатор може запитувати відомості про мережі, використовуючи певний алгоритм, сумісний з MPLS – BGP, наприклад. Головна функція пристрою в даному випадку — забезпечення обміну даними з сусідніми девайсами допомогою розподілу міток, згодом використовуються в цілях комутації. Безпосередньо обмін ними може здійснюватися різними способами. Наприклад, може бути задіяний протокол LDP, або ж змінені версії інших стандартів маршрутизації, які використовуються адміністратором мережі.

Таблиця компонентів

В процесі розподілу міток при комунікації різних пристроїв формуються окремі шляхи передачі даних. На кожному з використовуваних маршрутизаторів застосовується таблиця, в якій забезпечується відповідність компонентів, асоційованих з вхідним інтерфейсом, і ділянок, які відображають характеристики вихідний інфраструктури. Маршрутизатор, отримавши той чи інший пакет у відповідності з номером інтерфейсу, а також прочитавши значення мітки, встановлює для переданих даних певний вихідний інтерфейс. При цьому колишнє значення в рамках мітки коригується і замінюється новим, яке відображається в тій частині таблиці, де фіксуються вихідні мітки, після чого пакет направляється до іншого елементу інфраструктури мережі. Протокол MPLS передбачає одноразову ідентифікацію окремих значень полів, розташованих в одному рядку використовуваної таблиці. Цим і обумовлений той факт, що розглянута концепція дозволяє здійснити більш оперативну передачу даних в порівнянні з методами, застосовуваними в рамках звичайної маршрутизації, коли IP-адреса вихідного пристрою має самий довгий префікс в таблиці маршрутизації.

Структура MPLS

Розглянемо більш детально особливості структури мережевий концепції, про яку йде мова. MPLS складається з двох основних компонентів: - ядра; - прикордонної області. У структурі ядра присутні пристрої, які обов'язково підтримують MPLS. Вони застосовуються в якості компонентів інфраструктури для маршрутизації трафіку в рамках комутованого протоколу. Таким чином, основна функція пристроїв, присутніх у ядрі — комутація. У свою чергу, прикордонна область відповідає: за класифікацію пакетів за встановленими критеріями, за реалізацію супутніх сервісів — наприклад, пов'язаних з фільтрацією при передачі даних, управління мережевим трафіком. Зазначене розподіл функцій між ядром і прикордонною областю дозволяє налаштувати мережу MPLS з урахуванням специфіки розташування конкретних девайсів в рамках мережі.

Способи маркування пакетів

Розглянемо більш детально, яким чином здійснюється маркування пакетів передачі даних з використанням MPLS-міток. Насамперед варто відзначити, що мітка володіє наступними основними характеристиками: фіксованою довжиною, унікальністю в контексті окремого з'єднання, яке здійснюється між сусідніми маршрутизаторами. Фактично мітка з однаковим значенням може застосовуватися на різних ділянках мережі, але тільки в рамках комунікації між окремими парами маршрутизаторів. Правда, в цьому випадку пристрої повинні визначати те, звідки саме прибув пакет з даними, маркований відповідної міток. На практиці в найпростіших мережевих з'єднаннях може використовуватися один і той же набір MPLS-міток в рамках інтерфейсу. У більш складних інфраструктурах передбачається задіяння окремого набору міток в межах окремого модуля або ж пристрої. Безпосередньо перед тим, як включитися в склад пакету, MPLS-мітка кодується згідно з встановленим алгоритмом. Якщо в мережі використовується протокол IP, то мітка розміщується в межах заголовка пакета. В інших випадках вона відображається в заголовку протоколу вже на канальному рівні. Також може здійснюватися її кодування в конкретному значенні.

Застосування груп міток

В процесі передачі даних за допомогою розглянутої мережевий концепції в структурі пакета можуть бути, як ми зазначили вище, групи міток — стеки. У кожному з них може відображатися операція додавання або видалення тих або інших міток. При цьому, тільки в самій верхній визначається конкретний результат комутації. Дана особливість передачі даних в мережах MPLS дозволяє реалізовувати тунельні комунікації. В стеку присутні компоненти, які мають довжину 32 біта. При цьому 20 відводиться на мітку, 8 — на лічильник періоду життя пакету, 1 — відображає нижню межу в групі міток, 3 — не використовуються на практиці. В цілому можливо будь-яке значення мітки — виключаючи деяку кількість зарезервованих.

Структура комутованого шляху

Щоб детально зрозуміти те, за якими принципами працює мережа MPLS, що це за технологія, корисно буде вивчити особливості структури комутованого шляху, який вибудовується в рамках інфраструктури мережі. Головна його особливість у тому, що він складається із сукупності ділянок — на одному рівні. На них комутація здійснюється з використанням міток з конкретного рівня. В структурі того чи іншого рівня передбачається використання вхідного і вихідного маршрутизаторів. Вище ми відзначили, що в мережах MPLS може застосовуватися протокол LDP. Вивчимо те, яким чином комутований шлях може вибудовуватися при залученні LDP. Першим ділом в ході розсилки пакетів UDP, при якій може використовуватися велика кількість адрес, маршрутизатори встановлюють власне розташування в мережі — з використанням LDP. Також може визначатися зв'язок між маршрутизаторами, які не належать до одного й того ж каналу. Дана особливість структури мережі важлива з точки зору реалізації передачі даних в тунельному форматі. Після того як місце розташування маршрутизаторів встановлено, протокол LDP запускає з'єднання поза TCP, тобто поверх нього. В рамках нього формуються запити на ініціювання прив'язки, а також відомості про неї. Також між різними пристроями можуть передаватися тестові повідомлення в цілях посвідчення працездатності мережі.