9. Лекция: Технология mpls

Основное достоинство TCP/IP – его многофункциональность и гибкость. Вот уже три десятка лет этот протокол является основным для сети Internet, объединяющей сейчас более 500 миллионов пользователей. За это время семейство TCP/IP, с одной стороны, пополнилось протоколами прикладного уровня, (такими как HTTP – гипертекстовый протокол, SMTP – почтовый протокол, FTP – протокол пересылки файлов и многие другие) а с другой – обрело совместимость со всеми популярными стандартами физического, канального и сетевого уровней, в том числе и X.25. Однако широкие возможности сети TCP/IP не отменяют ее недостатки. Основные из них – это проблемы безопасности и гарантии качества связи. И если задачу по обеспечению безопасности IP-сети еще можно решить, используя различные механизмы шифрования и защиты (например стандарты IPSec), то проблема отсутствия гарантированной скорости передачи данных, которую требуют такие чувствительные к задержкам приложения, как системы передачи голоса и видео, пока остается нерешенной.

Что касается протокола X.25, то в нем изначально была заложена высокая надежность. Когда X.25 создавался, преобладали аналоговые системы передачи данных и медные линии связи. Стремясь нивелировать невысокое качество каналов того времени, стандарт использует систему обнаружения и коррекции ошибок, что существенно повышает надежность связи, но зато замедляет общую скорость передачи данных. Кроме того, каждый коммутатор, через который проходит пакет информации, выполняет анализ его содержимого, что также требует времени и больших процессорных мощностей. С появлением оптоволоконных сетей столь высокие требования надежности, реализуемые X.25, стали излишними – достоинство протокола превратилось в его недостаток. Скорость передачи по протоколу Х.25 не превышает 64 Кб/с.

Протоколом, призванным исправить недостатки X.25, стал Frame Relay. Он использует тот же принцип виртуальных каналов, однако анализ ошибок осуществляется только на пограничных точках сети, что привело к существенному увеличению скорости (в настоящее время – до 45 Мб/с ). Существенным достоинством протокола стала возможность приоритезации разнородного трафика (включая данные, голос и видео), то есть пакетам различных приложений могут предоставляться различные классы обслуживания, благодаря чему пакеты с более высоким приоритетом доставляются "вне очереди". Эти преимущества Frame Relay были развиты при создании технологии асинхронной передачи (АТМ).

Протокол ATM разбивает весь трафик на пакеты строго фиксированной длины (их называют ячейками), которые асинхронно мультиплексируются в единый цифровой тракт в соответствии с присвоенным приоритетом. Благодаря малой длине ячеек (53 байта), можно организовать одновременную передачу потока данных сразу нескольких служб, критичных ко времени доставки – ячейки с данными различных приложений будут вставляться в поток попеременно, обеспечивая каждому приложению необходимую скорость обмена данными. Технология ATM обеспечивает совместный пропуск трафика на скоростях от 1,5 Мб/с до 40 Гб/с. Как Frame Relay, так и ATM обеспечивают высокую степень безопасности — благодаря тому, что весь трафик в магистральной сети не маршрутизируется, а коммутируется на основе локальных меток DLCI (Frame Relay) или VPI/VCI (АТМ) по виртуальным каналам, к которым несанкционированный пользователь не может подключиться, не изменив таблицы коммутации узлов сети.

Однако, при создании сетей с большим количеством точек доступа по виртуальным каналам, тот самый, "телефонный" принцип соединения, заложенный еще в технологии X.25 начинает доставлять определенные неудобства пользователям. Виртуальные сети (VPN) на основе протоколов Frame Relay и ATM становятся слишком громоздкими и трудно управляемыми. Действительно, чтобы обеспечить связь "каждый с каждым" необходимо выполнить операции по конфигурированию каждого канала. Сколько? Количество виртуальных каналов можно посчитать по формуле N*(N – 1)/2, где N – количество точек доступа. Допустим, что у компании 50 подразделений. В таком случае ей придется организовать 2450 двунаправленных каналов или 4900 однонаправленных. То есть при увеличении числа точек доступа вероятность ошибки в конфигурировании сети возрастает в квадратичной прогрессии. Да и стоить такая сеть будет немало, ведь операторы обычно требуют оплату в зависимости от количества каналов. Построение же сети на основе протокола ATM является и само по себе достаточно дорогой технологией, не считая необходимости адаптации оконечного оборудования к ATM. Поэтому сейчас этот протокол используется в основном для предоставления услуг на магистральном уровне, для передачи больших объемов информации.

По данным операторов сетей, до 90% от информации, пересылаемой в сетях Frame Relay и ATM, составляет IP-трафик. Таким образом, абсолютно логичной выглядит идея объединить в одной технологии те преимущества, что дает протокол IP, одновременно предоставляя гарантию качества и надежность протоколов ATM и Frame Relay.

В 1996 году Ipsilon, Cisco, IBM и несколько других компаний объединили свои фирменные разработки и создали технологию многопротокольной коммутации на основе меток (MPLS – Multiprotocol Label Switching). Основная идея разработки состояла в том, чтобы реализовать возможность передачи трафика по наименее загруженным маршрутам IP-сети и обеспечить легкость конфигурирования VPN с одновременной поддержкой гарантии качества передачи, а также присвоения приоритетов различным видам трафика.