4.2.5. Технология mpls
Англоязычный термин "Multiprotocol Label Switching" переводится в монографии как многопротокольная коммутация по меткам. В технической литературе попадаются другие переводы, среди которых можно найти и не совсем удачный вариант: "коммутация меток". Ведь коммутируются не метки, а пакеты. В названии технологии MPLS весьма существенны слова "многопротокольная коммутация". Они указывают на то, что технические средства MPLS применимы к любому протоколу сетевого уровня.
Структура метки (Label) приведена на рисунке 4.14. Метка состоит из 32 битов. Технология MPLS предусматривает возможность передачи в составе пакета нескольких меток, образующих некий набор, который в отечественной литературе обычно называют стеком.
Структура метки, используемой в MPLS
Рисунок 4.14
Значение метки, определяющее выбор маршрута, состоит из 20 битов. Для выбора класса обслуживания (CoS) зарезервированы три бита. Один бит (S) выделен для указания "дна" стека (если он равен единице, то обрабатываемая метка является последней). Восемь битов содержат информацию о времени жизни пакета (TTL – Time to Live).
При традиционной транспортировке пакета с использованием на сетевом уровне протокола, не предусматривающего создания виртуальных соединений, каждый маршрутизатор самостоятельно принимает решение о том, к какому маршрутизатору переслать этот пакет дальше. Такой способ транспортировки по-английски называется hop-by-hop. Иначе говоря, в каждом маршрутизаторе на пути следования пакета анализируется его заголовок и выполняется алгоритм сетевого уровня. Однако в заголовке пакета содержится гораздо больше информации, чем нужно для того, чтобы выбрать следующий маршрутизатор.
Исследования, в результате которых появилась идея MPLS, были начаты в середине 90-х годов [35]. Специалисты искали способы ускорения и упрощения маршрутизации. Один из таких способов – отказ от анализа громоздких таблиц маршрутизации, который выполняется в процессе передачи пакетов по сетям IP. Было предложено перенести эту процедура в сеть MPLS. Некоторые авторы предпочитают говорить о домене MPLS, что представляется весьма логичным.
Внутри домена MPLS информация, относящаяся к сетевому уровню модели OSI, не анализируется. Маршрутизаторы обрабатывают только данные, содержащиеся в метке. Они называются маршрутизаторами коммутации по меткам (LSR). Это означает, что пересылку по методу MPLS могут выполнять маршрутизаторы, которые способны читать и заменять метки, но при этом вообще не способны анализировать заголовки сетевого уровня.
Домен MPLS позволяет организовывать виртуальные соединения, благодаря чему Оператор может заключать соглашения об уровне обслуживания (SLA). Кроме того, технология MPLS обеспечивает эффективное использование транспортной сети за счет управления потоками пакетов, то есть трафиком. В этом смысле технологии MPLS и ATM похожи.
Пути, создаваемые в пределах сети MPLS, подобны туннелям, которые свойственны, например, протоколу PPTP [14, 35]. PPTP – это протокол туннелирования "точка – точка". Он инкапсулирует кадры протокола PPP (Point-to-Point Protocol) в IP пакеты. Процедуры туннелирования через домен MPLS пока еще не стандартизованы. Ожидается, что работы, связанные с исследованием механизмов туннелирования в доменах MPLS, будут вскоре завершены появлением международных стандартов. Актуальность стандартизации этих аспектов технологии MPLS обусловлена высокой эффективностью передачи пакетов через туннели [36].
Большинство авторов публикаций, посвященных MPLS, выделяют преимущество этой технологии при построении VPN. Рисунок 4.13 свидетельствует, что пока создание корпоративных сетей чаще всего осуществляется за счет аренды транспортных ресурсов. С другой стороны, просмотр соответствующих тарифов (в частности, на сайтах Internet некоторых Операторов) позволяет оценить затраты клиентов на аренду даже каналов с невысокой пропускной способностью. Понятно, что резервы экономии при отказе от аренды транспортных ресурсов могут быть весьма существенны. Поэтому потенциальный рынок IP VPN, основой которого служит технология MPLS, оценивается многими специалистами весьма оптимистично. Статистика и прогностические оценки, которые заимствованы из [37], приведены на рисунке 4.15. График, опубликованный в [37], в свою очередь, основан на данных компаний Analysys, In-Start/MDR, Arenacom.
Рост доходов за счет построения виртуальных частных сетей
Рисунок 4.15
Технология MPLS появилась сравнительно недавно. В ней учтены многие важные тенденции развития инфокоммуникационной системы. В частности, предусмотрена поддержка IP сетей, оперирующих потоками, измеряемыми тера- и петабитами в секунду [38]. Кроме того, технология MPLS обеспечивает эволюционное преобразование сети электросвязи в соответствии с концепцией NGN. В [38] приводится удачное сравнение технологии MPLS со связующим звеном (дословно – с клеем) между старым и новым поколениями инфокоммуникационной системы. Эти особенности технологии MPLS предопределяют ее место в инфокоммуникационной системе.
Принято считать, что в настоящее время технология MPLS лучше всего подходит для магистральной (междугородной) сети. Для модели инфокоммуникационной системы, которая используется в этой монографии, положение технологии MPLS представлено на рисунке 4.16. Два крайних эллипса общей модели (сеть в помещении пользователя и средства доступа к услугам) не показаны, так как в данном случае они не представляют практического интереса.
Место технологии MPLS в инфокоммуникационной системе
Рисунок 4.16
Надпись "MPLS" помещена в некое расширяющееся ядро. Подразумевается, что эта технология начнет активно использоваться в магистральной сети. Во-первых, именно на этом уровне иерархии передаются большие объемы информации. Во-вторых, для магистральной сети весьма актуальны задачи существенного повышения пропускной способности ее элементов (на современном жаргоне связистов – масштабирования), что весьма эффективно реализуется технологией MPLS. В-третьих, в ядре сети целесообразно использовать оборудование, которое будет обеспечивать заранее заданные показатели QoS. Эти же соображения (возможно, за исключением последнего) пока не стимулируют поиск вариантов использования технологии MPLS в сетях абонентского доступа.
Технология MPLS имеет специфические особенности с точки зрения семиуровневой модели OSI. В [38], а также в ряде публикаций предлагается присвоить MPLS статус уровеня 2,5 – рисунок 4.17. Это не совсем корректно для модели OSI. Поэтому рядом с уровнем 2,5 обычно ставится знак "?". Обозначение "2,5" говорит о том, что образуется прослойка между канальным и сетевым уровнями. На английском языке MPLS называют "shim layer", что переводится как прослойка или подуровень. Кстати, слово "shim" имеет еще одно значение – клин. Возможно, новые технологии, последующие за MPLS, будут "расклинивать" модель OSI.
Место MPLS в модели OSI
Рисунок 4.17
Важный аспект практического применения технологии MPLS – экономические показатели инфокоммуникационной сети. Некоторые оценки, приведенные, например, в [39, 40] и в ряде других работ, можно разделить на оптимистические, реалистические и пессимистические. В настоящее время делать какие-либо выводы вряд ли целесообразно. Мне представляется, что смена технологий чем-то похожа на переходный процесс в электрических цепях. Его характеристики, как правило, очень интересны, но по ним нельзя судить о поведении линейной цепи в стационарном режиме.
Идея MPLS применима также для сетей, использующих оптические технологии передачи и коммутации. Для любых систем WDM длину волны (λ) можно рассматривать как метку [38]. Такой подход позволяет дать иную расшифровку аббревиатуре MPLS – Multiprotocol Lambda Switching. Это словосочетание иногда сокращают следующим образом: MPLambdaS. Возможность распространения концепции многопротокольной коммутации по меткам на оптические и иные технологии предусматривается в следующей (обобщенной) версии MPLS. Она получила название GMPLS. Технология GMPLS активно разрабатывается OIF (Optical Internetworking Forum) и ODSI (Optical Domain Service Interconnect) Forum, а также рядом других организаций.