Коммутация меток (MPLS)
Стремления улучшить методы пересылки данных привели к появлению метки в начале каждого пакета и маршрутизаци, базирующейся не на адресе назначения, а на этих метках. Если метку использовать в качестве индекса внутренней таблицы, то поиск подходящей исходящей линии сводится к просмотру таблицы. С использованием этого метода маршрутизация осуществляется очень быстро, и вдоль всего пути следования резервируются все необходимые ресурсы. В результате реализуются быстрая маршрутизация и высокое качество обслуживания. Такой метод передачи называют методом коммутации меток, реализованный в стандарте MPLS (Multiprotocol Label Switching – мультипротокольная коммутация меток).
Поскольку IP-пакеты не предназначены для виртуальных каналов, в их заголовке не предусмотрено место для номеров виртуальных каналов. Следовательно, нужно добавлять новый заголовок МРLS в начало IP-пакета. На линии между маршрутизаторами, использующей в качестве протокола кадрирования РРР, применяется формат, включающий в себя заголовки РРР, МРLS, IР и ТСР, как показано па рис. 5.12.
Обычно в заголовок MPLS входят четыре поля, наиболее важное из которых - поле Метка, значением которого является индекс. Поле Качество обслуживания указывает на применяемый класс обслуживания. Поле S связано со стеком меток в иерархических сетях (речь об этом мандате далее). Если оно равно 0, пакет игнорируется. Благодаря этому исключаются бесконечные циклы в случае сбоя маршрутизации.
|
PPP |
MPLS |
TCP |
Данные пользователя |
CRC |
|
|
20 |
3 |
1 8 |
|
||
|
Метка |
Качество обслуживания |
S |
Время жизни |
|
|
Рис.5.12 Передача ТСР-фрагмента с использованием IP, MPLS и PPP
Заголовки МРLS не являются частью пакетов сетевого уровня, и к кадрам уровня передами данных они отношения также не имеют. МРLS является методом, не зависящим от обоих этих уровней. Кроме всего прочего, это свойство означает, что можно создать такие коммутаторы МРLS, которые могут пересылать как IР-пакеты, так и ячейки АТМ в зависимости от того, что необходимо в каждом конкретном случае. Именно отсюда следует «мультипротокольность» метода, отраженная в его названии.
Когда, пакет (ячейка), расширенный за счет заголовка МРLS, прибывает на МРLS-совместимый маршрутизатор, извлеченная из него метка используется в качестве индекса таблицы, по которой определяются исходящая линия и значение новой метки. Смена меток используется во всех подсетях с виртуальными каналами, поскольку метки имеют только локальное значение, и два разных маршрутизатора могут снабдить независимые пакеты одной и той же меткой, если их нужно направить на одну и ту же линию третьего маршрутизатора. Поэтому, чтобы метки можно было различить на приемной стороне, их приходится менять при каждом переходе.
Еще одним отличием от традиционных виртуальных каналов является уровень агрегации. Конечно, можно каждому потоку, проходящему через подсеть, предоставить собственный набор меток. Однако более распространенным приемом является группировка потоков, закапчивающихся на данном маршрутизаторе или в данной ЛВС, и использование одной метки для всех таких потоков. О потоках, сгруппированных вместе и имеющих одинаковые метки, говорят, что они принадлежат одному классу эквивалентности пересылок (FEC — Forwarding Equivalence Class). В такой класс входят пакеты, не только идущие по одному и тому же маршруту, но и обслуживаемые по одному классу. Такие пакеты воспринимаются при пересылке одинаково.
При традиционной маршрутизации с использованием виртуальных каналов невозможно группировать разные пути с разными конечными пунктами в один виртуальный канал, потому что адресат не сможет их различить. В МРLS пакеты содержат не только метку, но и адрес назначения, поэтому в конце помеченного пути заголовок с меткой может быть удален, и дальнейшая маршрутизация может осуществляться традиционным способом — с использованием адреса назначения сетевого уровня.
Одним из основных отличий МРLS от обычных виртуальных каналов является способ построения таблицы маршрутизации. В традиционных сетях пользователь, желающий установить соединение, посылает установочный пакет для создания пути и соответствующей ему записи в таблице. В MPLS этого не происходит,, потому что в этом методе вообще отсутствует установочная фаза для каждого соединения.
Вместо этого существуют два альтернативных способа создания записей в таблице. При методе, управляемом данными, первый маршрутизатор, на который прибывает пакет, контактирует со следующим маршрутизатором на его пути и просит его создать метку для данного потока. Метод является рекурсивным. Можно сказать, что это своего рода создание виртуального капала по требованию.
Протоколы, обслуживающие этот метод, должны очень тщательно следить за предотвращением возникновения петель. Для этого часто используются так называемые цветные потоки. Обратное распространение потока можно сравнить с передачей по подсети потока, окрашенного в уникальный цвет. Если маршрутизатор видит, что тот или иной цвет у него уже имеется, значит, возникла петля, которую необходимо ликвидировать. Метод, управляемый данными, тире всего применяется в сетях с АТМ в качестве транспортного уровня (например, в большинстве телефонных систем).
Второй метод, использующийся в не-АТМ-сетях, — это метод с явным управлением. Имеется несколько вариантов этого подхода. Один из них работает следующим образом. При загрузке маршрутизатора выявляется, для каких маршрутов он является пунктом назначения (например, какие хосты находятся в его ЛВС). Для них создается один или несколько РЕС, каждому из них выделяется метка, значение которой сообщается соседям. Соседи, в свою очередь, заносят эти метки в свои таблицы пересылки и посылают новые метки своим соседям. Процесс продолжается до тех пор, пока все маршрутизаторы не получат представление о маршрутах. По мере формирования путей могут резервироваться ресурсы, что позволяет обеспечить надлежащее качество обслуживания. Метод MPLS может работать на нескольких уровнях одновременно. На высшем уровне оператор связи может рассматриваться в качестве метамаршрутизатора; подразумевается, что между метамаршрутизаторами существует путь от источника до приемника. Этот путь может использоваться MPLS. Однако внутри сети каждого оператора также может применяться MPLS (второй уровень использования мультипротокольной коммутации меток). На самом деле, в пакете может содержаться целый стек меток. Бит S (см. рис. 5.12) позволяет маршрутизатору, удаляющему метку, узнать, остались ли у пакета еще метки. Единичное значение бита говорит о том, что метка — последняя в стеке, а нулевое значение говорит об обратном. На практике эта возможность чаще всего используется при реализации частных виртуальных сетей и рекурсивных каналов.
Хотя основные идеи MPLS довольно просты, детали этого метода чрезвычайно сложны, причем существует множество вариаций и улучшений.