Корпоративные сети →Протоколы и стандарты

MPLS - как работает и зачем нужен?

Помеченный

Октябрь 01, 2019 Мерион Нетворкс

5 минут

MPLS (Multiprotocol label switching) является протоколом для ускорения и формирования потоков сетевого трафика, что, по сути, означает сортировку MPLS и расстановку приоритетов в ваших пакетах данных на основе их класс обслуживания (например, IP-телефон, видео или данные Skype). При использовании протоколов MPLS доступная используемая пропускная способность увеличивается, а критически важные приложения, такие как передача голоса и видео, гарантируют 100% бесперебойную работу.

Безоп

Бесплатный вводный урок на онлайн курс по кибербезопасности

Изучи хакерский майндсет и научись защищать свою инфраструктуру! Самые важные и актуальные знания, которые помогут не только войти в ИБ, но и понять реальное положение дел в индустрии

Начни обучение бесплатно

Как работает MPLS?

MPLS это метод маркировки пакетов, который устанавливает приоритетность данных. Большинство соединений сети должны анализировать каждый пакет данных на каждом маршрутизаторе, чтобы точно понимать его маршрут следования.

Виды маршрутизаторов

CE маршрутизатор, используемый со стороны узла клиента, который непосредственно подключается к маршрутизатору оператора.

CE взаимодействует с маршрутизатором со стороны оператора (PE) и обменивается маршрутами внутри PE. Используемый протокол маршрутизации может быть статическим или динамическим (протокол внутреннего шлюза, такой как OSPF, или протокол внешнего шлюза, такой как BGP).

Раскроем не понятные аббревиатуры - маршрутизатор Customer Edge (CE) подключается к маршрутизатору Provider Edge (PE).

PE маршрутизатор - граничный маршрутизатор со стороны оператора (MPLS домена), к которому подключаются устройства CE. Приставка PE к маршрутизатору, означает то, что он охватывает оборудование, способное к работе с широким диапазоном протоколов маршрутизации, в частности:

• Протокол пограничного шлюза (BGP) (связь PE-PE или PE-CE);
• Протокол динамической маршрутизации (OSPF) (связь между маршрутизатором и PE);
• Многопротокольная коммутация по меткам (MPLS) (связь между маршрутизатором PE и P. Что такое P – маршутизатор поговорим дальше.);

Некоторые маршрутизаторы PE также выполняют маркировку трафика.

P - маршрутизатор - внутренний маршрутизатор сети оператора (провайдера) MPLS домена. В многопротокольной коммутации по меткам (MPLS) маршрутизатор P функционирует как транзитный маршрутизатор базовой сети. Маршрутизатор P обычно подключен к одному или нескольким маршрутизаторам PE.

Принципы работы MPLS

Входной маршрутизатор с MPLS (напомним, multiprotocol label switching, с английского) будет помечать пакеты данных при входе в сеть расставляя метки, поэтому, маршрутизаторы будут точно понимать, куда направляются данные, без необходимости снова и снова анализировать пакет с данными.

Чтобы понять принцип работы методики MPLS следует отметить, что в традиционной IP-сети каждому маршрутизатору приходится выполнять поиск IP, путем постоянного поиска его в таблицах с пакетами данных с последующей пересылкой на следующий уровень пока пакеты данных не достигнут нужного пункта назначения.

MPLS технология присваивает метку всем IP-пакетам, а тем временем уже сами маршрутизаторы принимают решение о передаче пакета далее на следующее устройство благодаря нужному значению метки. Метка добавляется в составе MPLS заголовка, который добавляется между заголовком кадра (второй уровень OSI) и заголовком пакета (третий уровень OSI) и, по сути, в дальнейшем идет их наложение друг на друга.

Методика MPLS вместо этого выполняет "коммутацию меток", когда первое устройство выполняет поиск маршрутизации, как и прежде, но вместо поиска следующего перехода он находит конечный маршрутизатор назначения по заранее заданному маршруту. Маршрутизатор определяет метку на основе информации, которую будут использовать маршрутизаторы для дальнейшей маршрутизации трафика без необходимости каких-либо дополнительных поисков IP адресов, по достижению конечного маршрутизатора метка удаляется и пакет доставляется с помощью обычной IP маршрутизацией.

В чем преимущество переключения меток по методу MPLS?

1. Система меток значительно снижает время необходимое на поиск IP-маршрутизации.
2. Позволяет осуществлять точный поиск совпадений с самым длинным префиксом, что снижает ресурс обращения к памяти для маршрутизации одного пакета.
3. Точные совпадения на основе меток намного проще реализовать в оборудовании при меньшей нагрузке на него.
4. Дает возможность контролировать, где и как трафик распределен в сети, чтобы управлять пропускной способностью, расставлять приоритеты для различных сервисов и предотвращать перегрузку оборудования.

Для работы MPLS используют протоколы маршрутизации распространения меток (LDP), простой неограниченный протокол (без поддержки трафика), протокол резервирования ресурсов с проектированием трафика (RSVP-TE). На практике же обычно используют протокол распространения меток (LDP), однако протокол RSVP-TE необходим для функций организации трафика и в сложных сетях фактически не обойтись без этих двух протоколов с настройкой LDP для туннелирования внутри протокола RSVP.

Передача и управление трафиков происходит за счёт технологии Traffic Engineering, которая осуществляет передачу трафика по каналам по наиболее оптимальному маршруту, но с некоторыми ограничениями благодаря технологии CSPF (Constrained Shortest Path First), которая выбирает пути не только пользуясь критерием, основанном на его оптимальной длине маршрута, но еще и учитывает загрузку маршрутов. Используемые протоколы RSVP-TE позволяют резервировать полосы пропускания в сети.

Технология MPLS также имеет защиту от сбоев основываясь предварительном расчете путей резервного копирования для потенциальных сбоев канала или узла. При наличии сбоя в сети автоматически происходит расчет наилучшего пути, но при наличии одного сбоя расчет необходимого пути начинает происходить еще до обнаружения сбоя. Пути резервного копирования предварительно запрограммированы в FIB маршрутизатора в ожидании активации, которая может произойти в миллисекундах после обнаружения сбоя.

Можно выделить следующие преимущества организации VPN на базе MPLS

• возможность масштабируемости трафика в широких пределах;
• возможность пересечения адресных пространств, узлов подключенных в различные VPN;
• изолирование трафика VPN друг от друга на втором уровне модели OSI.

В заключении следует отметить, что на практике MPLS в основном используется для пересылки единиц данных протокола IP (PDU, (Protocol Data Unit)) и трафика виртуальной частной локальной сети (VPLS) Ethernet. Основными приложениями MPLS являются инженерия телекоммуникационного трафика и MPLS VPN.