Кіріспе

Жолдарды анықтайтын белгілерге негізделген желілік маршруттау схемасы. Көп протоколдық белгілер коммутациясы (MPLS) – телекоммуникациялық желілердегі маршруттау техникасы, деректерді желілік мекенжайлардың орнына белгілерге сүйене отырып, бір түйінден келесі түйіндікке бағыттайды. Желілік мекенжайлар соңғы нүктелерді анықтаса, белгілер соңғы нүктелер арасындағы белгілі жолдарды анықтайды. MPLS әртүрлі желілік протоколдардың пакеттерін қаптауға мүмкіндік береді, сондықтан атауындағы «көп протоколдық» бөлігі осыны көрсетеді. MPLS T1/E1, ATM, Frame Relay және DSL сияқты әртүрлі қолжетімділік технологияларын қолдайды.

Рөлі мен жұмыс істеуі

MPLS желісінде дерек пакеттеріне белгілер тағайындалады. Пакеттерді жіберу туралы шешімдер осы белгінің мазмұнына сүйене отырып қабылданады, пакеттің өзін қарау қажеттілігі туындамайды. Бұл, кез келген протоколды пайдалана отырып, кез келген тасымалдау ортасы арқылы ұштан-ұшқа тізбектер құруға мүмкіндік береді. Басты артықшылығы – нақты бір OSI моделінің дерек байланысы қабатына (2-қабат) тәуелділікті жою және әртүрлі трафик түрлерін қанағаттандыру үшін бірнеше 2-қабат желілерін пайдалану қажеттілігінен құтылу. Көп протоколдық белгілер коммутациясы (MPLS) пакеттік коммутациялық желілер отбасының құрамына жатады. MPLS, OSI қабатының 2-ші (дерек байланысы қабаты) және 3-ші (желілік қабаты) дәстүрлі анықтамалары арасында орналасқан қабатта жұмыс істейді, сондықтан ол көбінесе 2.5-қабат протоколы деп аталады. Ол, тізбекке негіделген клиенттерге де, пакеттік коммутация клиенттеріне де, деректерді тасымалдаудың бірыңғай қызметін ұсыну үшін жасалған, олар дерекграммалық қызмет моделін қамтамасыз етеді. Ол IP пакеттері, сондай-ақ Асинхронды Трансфер Режимі (ATM), Фреймдік реле, Синхронды Оптикалық Желі (SONET) немесе Ethernet сияқты әртүрлі трафик түрлерін тасымалдау үшін қолданылуы мүмкін. Бұрынғы кезде Frame Relay және ATM сияқты, негізгі мақсаттары ұқсас бірнеше технологиялар қолданылған. Frame Relay және ATM, фреймдерді немесе жасушаларды желі арқылы жылжыту үшін белгілерді пайдаланады. Frame Relay фреймінің және ATM жасушасының бас жағында фреймнің немесе жасушаның орналасқан виртуалды тізбегі көрсетіледі. Frame Relay, ATM және MPLS арасындағы ортақ нәрсе – желідегі әрбір секіруде бас жағындағы белгінің мәні өзгереді. Бұл IP пакеттерін жіберуден өзгеше. MPLS технологиялары ATM-нің күшті және әлсіз жақтарын ескере отырып дамытылды. MPLS, өзгермелі ұзындығы бар фреймдерге қосылымға бағытталған қызметтерді ұсына отырып, ATM-ге қарағанда төменгі шығындарға ие болу үшін жоспарланған және нарықта ATM-нің көп бөлігін ығыстырды. MPLS, жасушалық коммутациялау және сигнал беру протоколының ATM-нің артық жүгінен бас тартады. MPLS, қазіргі заманғы желілердің ядросында кішкентай ATM жасушаларының қажеті жоқ екенін мойындайды, себебі қазіргі заманғы оптикалық желілердің жылдамдығы соншалық, тіпті толық 1500 байттық пакеттердің де нақты уақыт кезекте тұру кешігуіне себеп болмайды. Сонымен қатар, MPLS, Frame Relay және ATM-ді ірі масштабты желілерді құру үшін тартымды еткен трафик инженериясы (TE) және жолақты бақылаудан тыс басқаруды сақтауға тырысады.

Маркеттеуді ауыстыратын маршрутизатор

Тек белгіге негізделген маршруттандыруды орындайтын MPLS маршрутизаторы label switch router (LSR) немесе транзит маршрутизаторы деп аталады. Бұл MPLS желісінің ортасында орналасқан маршрутизатор түрі. Ол пакеттерді маршруттап жіберу үшін қолданылатын белгілерді ауыстыруға жауапты. LSR пакет алғанда, ол пакет тақырыбындағы белгіні белгі ауыстырылған жолдың (LSP) келесі тірегін және іздеу кестесінен пакетке сәйкес белгіні анықтау үшін индекс ретінде пайдаланады. Содан кейін ескі белгі тақырыптан алынып тасталып, пакет алға жіберілер алдында жаңа белгімен ауыстырылады.

Таңбалау шетіндегі маршрутизатор

Лейбл жиегі маршрутизаторы (LER, сонымен қатар жиегі LSR деп те аталады) – MPLS желісінің шекарасында жұмыс істейтін және желіге кіру мен шығу нүктесі ретінде қызмет ететін маршрутизатор. LER кіріс пакетіне MPLS белгісін қосып, шығыс пакеттен алып тастайды. Бірақ, соңғы бұрылыстан бұрын белгіні алып тастау функциясы LER-ге тікелей қосылған LSR-мен де орындалуы мүмкін. IP-датаграмманы MPLS доменіне жібергенде, LER маршруттандыру ақпаратын пайдаланып, тиісті белгіні анықтайды, пакетті сол белгімен таңбалап, MPLS доменіне жібереді. Сол сияқты, MPLS доменінен шығуға бағытталған белгіленген пакетті алғанда, LER белгіні алып тастап, нәтижедегі IP-пакетті стандартты IP-маршруттау ережелері бойынша жібереді.

Провайдер маршрутизаторы

MPLS негізіндегі виртуалды жеке желіде (VPN) VPN-ге кіретін немесе одан шығатын маршрутизаторлар ретінде жұмыс істейтін LER құрылғылары көбінесе провайдерлік шеткі (PE) маршрутизаторлар деп аталады. Тек транзиттік маршрутизатор ретінде ғана жұмыс істейтін құрылғылар да провайдерлік (P) маршрутизаторлар деп аталады. P маршрутизаторының жұмысы PE маршрутизаторына қарағанда едәуір оңай.

Жазықтарды тарату хаттамасы

Лейбелдер LER және LSR арасында Лейбелді тарату протоколы (LDP) немесе Ресурстарды резервтеу протоколы (RSVP) арқылы таратылуы мүмкін. MPLS желісіндегі LSR жүйелері желінің толық картинасын құру үшін, пакеттерді жіберу мақсатында осы ақпаратты пайдалана алуы үшін, бір-бірімен стандартталған процедуралар арқылы белгілер мен қолжетімділік туралы ақпаратты үнемі алмасады.

Таңбашамен ауыстырылған жолдар

Белгілі бір жолды ауыстырған жолдар (LSP) желі операторы әртүрлі мақсаттар үшін құрылады, мысалы, желіге негізделген IP виртуалды жеке желілерді құру немесе желі арқылы трафикті белгіленген бағыттармен бағыттау үшін. Көп жағынан LSP-лер ATM немесе Frame Relay желілеріндегі тұрақты виртуалды тізбектерден (PVC) ерекшеленбейді, бірақ олар екінші қабаттың нақты технологиясына тәуелді емес.

Таңбашамен ауыстырылған жол

Лейбелмен ауыстырылған жол (LSP) — NMS немесе LDP, RSVP TE, BGP (немесе қазір қолданыстан шыққан CR LDP) сияқты сигнал беру протоколы арқылы құрылған MPLS желісіндегі жол. Жол FEC-дегі критерийлерге сәйкес құрылады. Жол LER-ден басталады, ол тиісті FEC негізінде пакетке қандай лейбел қою керектігін анықтайды. Содан кейін ол пакетті жолдың келесі маршрутизаторына жібереді, ол пакеттің сыртқы лейбелін басқа лейбелмен ауыстырып, келесі маршрутизаторға жібереді. Жолдағы соңғы маршрутизатор пакеттен лейбелді алып тастап, келесі қабаттың, мысалы IPv4, қабат басқасына сүйене отырып пакетті жібереді. LSP арқылы пакеттерді жіберу жоғары желі қабаттары үшін көрінбейтін болғандықтан, LSP кейде MPLS туннелі деп те аталады. Пакетке алғашқы рет MPLS қабатын қосатын маршрутизатор кіріс маршрутизаторы деп аталады. LSP-де пакеттен лейбелді шығаратын соңғы маршрутизатор шығыс маршрутизаторы деп аталады. Аралықтағы, тек лейбелдерді ауыстыру қажет болатын маршрутизаторлар транзиттік маршрутизаторлар немесе лейбелді ауыстыру маршрутизаторлары (LSR) деп аталады. LSP-лер бір бағытты болып табылады; олар пакетті MPLS желісі арқылы бір соңғы нүктеден екіншісіне лейбелмен жіберуге мүмкіндік береді. Екі бағытты байланыс әдетте қажет болғандықтан, аталған динамикалық сигнал беру протоколдары автоматты түрде кері бағытта жеке LSP құра алады. Желілік байланысты қорғауды ескеретін болсақ, LSP-лерді негізгі (жұмыс істейтін), екінші (қосымша) және үшінші (соңғы мүмкіндік LSP) деп жіктеуге болады.

Жолдарды орнату және алып тастау

MPLS жолдарын басқару үшін екі стандартталған протокол бар: Лейбелдік тарату протоколы (LDP) және трафик инженериясы үшін ресурстарды резервтеу протоколының (RSVP) кеңейтілген нұсқасы – RSVP TE. Сонымен қатар, MPLS жолын басқаруға қолданылатын Border Gateway Protocol (BGP) кеңейтімдері де бар.

Көп тарату адрестеу

Көп тарату, көбінесе, MPLS құрылымында кейіннен қосылған мүмкіндік болды. Ол RSVP TE арқылы нүктеден көп нүктеге (point-to-multipoint) байланыс арқылы енгізілді. Мұның себебі, қызмет провайдерлерінің MPLS арқылы кеңжолақты бейнелерді тасымалдау қажеттілігі болды. Хаб және спикалы көп нүктелі LSP (HSMP LSP) де IETF ұйымымен енгізілді. HSMP LSP көбінесе көп тарату, уақытты синхрондау және басқа да мақсаттар үшін қолданылады.

Интернет протоколымен байланыс

MPLS Интернет протоколымен (IP) және оның маршруттау протоколдарымен, әдетте ішкі шлюз протоколдарымен (IGP) бірлесіп жұмыс істейді. MPLS LSP-лер трафик инженериясын қолдап, 3-ші қабатты (IP) VPN-дерді қабаттасқан адрестік кеңістіктермен тасымалдау мүмкіндігімен және Pseudowire Emulation Edge to Edge (PWE3) қолданатын 2-ші қабатты псевдожиелдерді қолдап, әртүрлі көлік жүктемелерін тасымалдауға қабілетті (IPv4, IPv6, ATM, Frame Relay және т.б.). MPLS-ке қабілетті құрылғылар LSR деп аталады. LSR білетін жолдар нақты секіру арқылы секіру конфигурациясын пайдалана отырып анықталуы мүмкін, немесе Қиындықты ең қысқа жол бірінші (CSPF) алгоритмімен динамикалық бағытталуы мүмкін, немесе белгілі бір IP-адрестен аулақ болатын немесе ішінара нақты, ішінара динамикалық бос маршрут ретінде конфигурациялануы мүмкін. Таза IP желісінде, тіпті жол тығыздалған кезде де, мақсатқа жетудің ең қысқа жолы таңдалады. Ал MPLS Traffic Engineering CSPF маршрутизациясы бар IP желісінде, RSVP ені сияқты шектеулерді де ескеруге болады, сондықтан қол жетімді ені бар ең қысқа жол таңдалады. MPLS Traffic Engineering TE кеңейтімдерін Open Shortest Path First (OSPF) немесе Intermediate System to Intermediate System (IS IS) және RSVP пайдалануға негізделген. RSVP енінің шектеуінен басқа, пайдаланушылар сілтеме атрибуттарын және арнайы талаптарды белгілеу арқылы өздерінің шектеулерін анықтай алады, бұл арналарды белгілі бір атрибуттары бар байланыстар арқылы (немесе маршруттандыру) бағыттауға (немесе бағыттамауға) мүмкіндік береді. Соңғы пайдаланушылар үшін MPLS пайдалану тікелей көрінбейді, бірақ traceroute жасау кезінде болжауға болады: жолдағы секірулер ретінде тек толық IP маршруттауды орындайтын түйіндер ғана көрсетіледі, сондықтан MPLS түйіндері арасында пайдаланбайды, сондықтан егер пакет екі өте алыс түйіннің арасында секірсе және сол провайдер желісінде (немесе AS) басқа "секіру" көрінбесе, онда бұл желі MPLS қолданатыны өте мүмкін.

MPLS жергілікті қорғанысы

IP-де қалпына келтіру механизмдері қолданылған кезде желі элементінің істен шығуы жағдайында, қалпына келтіру бірнеше секундқа созылуы мүмкін, бұл VoIP сияқты нақты уақыт қолданбалары үшін жеткіліксіз болуы мүмкін. Ал, MPLS жергілікті қорғау механизмі нақты уақыт қолданбаларының талаптарын қанағаттандырады, оның қалпына келтіру уақыты ең қысқа жолмен көпірленген желілер немесе 50 мс-ден кем SONET сақиналарымен салыстырылатын деңгейде болады.

Салыстырулар

MPLS қолданыстағы ATM желісін немесе Frame Relay инфрақұрылымын пайдалана алады, себебі оның белгіленген ағындары ATM немесе Frame Relay виртуалды тізбек идентификаторларымен байланыстырылуы мүмкін, сондай-ақ керісінше де мүмкін.

Фреймді релелеу

Frame Relay қолданыстағы физикалық ресурстарды тиімді пайдалануға бағытталған, бұл телекоммуникациялық компаниялардың (телекомдар) клиенттеріне деректер қызметтерін жеткіліксіз деңгейде ұсынуына мүмкіндік берді, себебі клиенттер деректер қызметін 100% уақыт бойы пайдаланбады. Нәтижесінде, телекомдардың сыйымдылықты артық сатуы, провайдер үшін қаржылық тұрғыдан тиімді болғанымен, жалпы өнімділікке тікелей әсер ете алады. Телекомдар Frame Relay-ді, арнайы желілерге арзан балама іздеген кәсіпорындарға жиі сататын; оның әртүрлі географиялық аймақтарда қолданылуы үкімет пен телекоммуникациялық компаниялардың саясатына тікелей байланысты болды. Көптеген клиенттер Frame Relay-ден IP немесе Ethernet арқылы MPLS-ке көшті, бұл көп жағдайда шығындарды азайтып, кең аймақтық желілерін басқаруды және өнімділігін жақсартты.

Асинхронды беру режімі

Негізгі протоколдар мен технологиялар әртүрлі болғанымен, MPLS және ATM екеуі де компьютерлік желілер арқылы деректерді тасымалдау үшін қосылысқа бағытталған қызмет көрсетеді. Екі технологияда да аяқ нүктелері арасындағы байланыс белгіленеді, байланыс күйі жолдың әрбір торабында сақталады және деректерді қосылыс арқылы тасымалдау үшін инкапсуляция әдістері қолданылады. Сигнал беру протоколдарының айырмашылығын (MPLS үшін RSVP/LDP және ATM үшін PNNI) ескермегенде, технологиялардың мінез-құлқында маңызды айырмашылықтар сақталады. Ең маңызды айырмашылық – деректерді тасымалдау және инкапсуляциялау әдістерінде. MPLS өзгермелі ұзындықтағы пакеттермен жұмыс істей алады, ал ATM тұрақты ұзындықтағы (53 байт) жасушаларды пайдаланады. ATM желісі арқылы пакеттерді сегменттеуге, тасымалдауға және қайта құрастыруға бейімделу қабаты қажет, бұл дерек ағынына қосымша күрделілік пен шығындарды әкеледі. MPLS керісінше, әр пакеттің басына белгі қосып, оны желіге жібереді. Қосылыстардың сипатында да айырмашылықтар бар. MPLS қосылысы (LSP) бір бағытты, екі нүкте арасында деректердің тек бір бағытта ғана ағылуын қамтамасыз етеді. Екі бағытты байланыс үшін екі LSP құру қажет. Екі LSP пайдаланылғандықтан, алға бағыттағы деректер кері бағыттағы деректерден өзге жолмен жүруі мүмкін. ATM нүктеден нүктеге қосылыстары (виртуалды тізбектер) екі бағытты, деректердің бір жолмен екі бағытта да ағылуына мүмкіндік береді. ATM және MPLS екеуі де қосылыстардың ішінде туннельдеуді қолдайды. MPLS үшін таңбаларды үйіп қою, ал ATM үшін виртуалды жолдар қолданылады. MPLS бірнеше таңбаны үйіп, туннельдердің ішінде туннельдер құра алады. ATM виртуалды жол индикаторы (VPI) және виртуалды тізбек индикаторы (VCI) жасуша тақырыбында бірге жүреді, бұл ATM-ді туннельдің бір деңгейімен шектейді. MPLS-тің ATM-ге қарағанда басты артықшылығы – ол бастапқыда IP-ге толықтырушы ретінде жобаланған. Қазіргі маршрутизаторлар MPLS және IP-ні ортақ интерфейс арқылы қолдайды, бұл желі операторларына желіні жобалау және басқаруда үлкен икемділік береді. ATM-нің IP-мен үйлеспеушілігі күрделі бейімделуді қажет етеді, сондықтан ол бүгінгі IP желілері үшін салыстырмалы түрде қолайсыз.

Қатысу

MPLS IETF ұйымымен стандартталған. Ол екі ғимаратты қосудан бастап, өте кең ауқымды желілерді құруға дейін қолданылады. Іс жүзінде, MPLS көбінесе IP протоколының дерек бірліктерін (PDU) және Виртуалды Жеке LAN Қызметі (VPLS) Ethernet трафигін жеткізу үшін пайдаланылады. MPLS-тің басты қолданыс салалары – телекоммуникациялық трафик инженериясы және MPLS VPN.

Эволюция

MPLS бастапқыда IP желілерінде жоғары өнімді трафик жіберу және трафик инжинирингін іске асыру үшін ұсынылған. Бірақ, ол Жалпыланған MPLS (GMPLS) ретінде дамыды, соның арқасында SONET/SDH желілері және толқын ұзындығымен коммутацияланатын оптикалық желілер сияқты IP емес желілерде де LSP-лер құруға мүмкіндік берді.

Бәсекелестер протоколдары

MPLS IPv4 және IPv6 орталарында тиісті маршруттау протоколдарын қолдана отырып жұмыс істей алады. MPLS-ті дамытудың басты мақсаты маршруттау жылдамдығын арттыру болатын. Бірақ, ASIC, TCAM және CAM негізіндегі коммутация сияқты, қарапайым IPv4 пакеттерін MPLS белгіленген пакеттермен бірдей жылдамдықпен жібере алатын жаңа коммутация әдістерінің пайда болуына байланысты, бұл мақсат енді маңызды емес. Сондықтан қазіргі таңдағы MPLS-тің негізгі қолданысы – IPv4 желілері арқылы шектеулі трафик инженериясын және 3-ші/2-ші деңгейдегі «қызмет провайдері» типті VPN-дерді іске асыру болып табылады.