Первая проблема состоит вот в чем: куда поставить метку? Поскольку IP-пакеты не предназначены для виртуальных каналов, в их заголовке не предусмотрено место для номеров виртуальных каналов. Следовательно, нужно добавлять новый заголовок MPLS в начало IP-пакета. На линии между маршрутизаторами, используется протокол, включающий заголовки PPP, MPLS, IP и TCP, как показано на рис. 5.53.
Рис. 5.53. Передача TCP-сегмента с использованием IP, MPLS и PPP
Обычно в заголовок MPLS входит четыре поля, наиболее важное из которых — поле Метка, значением которой является индекс. Поле Качество обслуживания указывает на применяемый класс обслуживания. Поле S связано со стеком меток (речь об этом пойдет ниже). Поле Время жизни показывает, сколько еще раз пакет может быть отправлен. Его значение уменьшается на каждом маршрутизаторе; если оно равно 0, пакет игнорируется. Благодаря этому исключаются бесконечные циклы в случае сбоя маршрутизации.
MPLS располагается между протоколом сетевого уровня IP и протоколом канального уровня PPP. Этот уровень нельзя назвать третьим, так как метки задаются на основе IP-адреса или другого адреса сетевого уровня. Но это и не второй уровень, хотя бы потому, что MPLS контролирует передачу пакета на нескольких транзитных участках, а не на одном. Поэтому иногда этот протокол называют протоколом уровня 2.5. Это яркий пример того, что реальные протоколы не всегда вписываются в нашу идеальную уровневую модель.
Так как заголовки MPLS не являются частью пакетов сетевого уровня и также не имеют отношения к кадрам канального уровня, MPLS является методом, не зависящим от обоих этих уровней. Кроме всего прочего, это свойство означает, что можно создать такие коммутаторы MPLS, которые могут пересылать как IP-пакеты, так и не-^-пакеты, в зависимости от того, что необходимо в каждом конкретном случае. Именно отсюда следует «мультипротокольность» метода, отраженная в его названии. MPLS может также передавать IP-пакеты через не-№-сети.
Когда пакет, расширенный за счет заголовка MPLS, прибывает на маршрутизатор коммутации меток (LSR, Label Switched Router) извлеченная из него метка используется в качестве индекса таблицы, по которой определяется исходящая линия и значение новой метки. Смена меток используется во всех сетях с виртуальными каналами. 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 приемном конце, их приходится менять при каждом переходе. Мы видели этот механизм в действии — он был графически изображен на рис. 5.3. В MPLS используется такой же метод.
Вообще-то, иногда различают передачу (forwarding) и коммутацию (switching). Передача — это процесс нахождения адреса, наиболее совпадающего с адресом назначения, в таблице маршрутизации, чтобы решить, куда отправлять пакет. Примером IP-передачи является алгоритм поиска наиболее длинного совпадающего префикса. При коммутации в таблице маршрутизации производится поиск по меткам, извлеченным из пакета. Это проще и быстрее. Правда, такие определения не очень-то универсальны.
Так как большинство хостов и маршрутизаторов не понимают MPLS, мы могли бы задаться вопросом, как и когда метки прикрепляются к пакетам. Это происходит в тот момент, когда пакет достигает границы MPLS-сети. Пограничный маршрутизатор (LER, Label Edge Router) проверяет IP-адрес назначения и другие поля, определяя, по какому MPLS-пути должен пойти пакет, и присваивает пакету соответствующую метку. По ней пакет передается в сети MPLS. На другой границе MPLS-сети метка уже не нужна, и она удаляется, после чего IP-пакет становится открытым для другой сети. Этот процесс показан на рис. 5.54. Одним из отличий от традиционных виртуальных каналов является уровень агрегации. Конечно, можно каждому потоку, проходящему через MPLS-сеть, предоставить собственный набор меток. Однако более распространенным приемом является группировка потоков, заканчивающихся 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 (в терминах дифференцированного обслуживания). Такие пакеты воспринимаются при пересылке одинаково.
Рис. 5.54. Передача IP-пакета через MPLS-сеть
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 MPLS 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.
На самом деле MPLS идет дальше. Этот протокол может работать одновременно на нескольких уровнях, используя несколько меток. Представьте себе несколько пакетов с разными метками (например, если сеть должна по-разному их обрабатывать), которые должны пройти один и тот же путь до определенного адреса. В таком случае мы можем задать для всех пакетов один путь. Когда пакеты, уже имеющие метку, попадают на начало пути, в начало записывается новая метка. Это называется стеком меток. Самая наружная метка служит проводником пакета по пути. В конце пути она удаляется, и оставшиеся метки (если они есть) ведут пакет дальше. Бит S (см. рис. 5.53) 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.
Наконец, остается понять, как устроены таблицы передачи по меткам. В этом вопросе MPLS существенно отличается от традиционных схем с виртуальными каналами. 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 (в противном случае пришлось бы менять слишком большую часть существующего программного обеспечения Интернета).
Вместо этого информация, необходимая для передачи, задается специальным протоколом, который совмещает функции протокола маршрутизации и протокола установления соединения. Этот управляющий протокол полностью отделен от передачи меток, что позволяет использовать множество различных управляющих протоколов.
Имеется несколько вариантов этого подхода. Один из них работает следующим образом. При загрузке маршрутизатора выявляется, для каких маршрутов он является пунктом назначения (например, какие префиксы принадлежат его интерфейсам). Для них создается один или несколько FEC, 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. В других вариантах устанавливаются другие пути (например, пути управления трафиком, учитывающие неиспользуемую пропускную способность) или создаются пути «по требованию», предоставляющие нужный уровень обслуживания.
Хотя основные идеи MPLS довольно просты, детали этого метода чрезвычайно сложны, причем существует множество вариаций, находящихся в стадии активной разработки. Дополнительную информацию можно найти в книгах (Davie и Farrel, 2008; Davie и Rekhter, 2000).
