Multi-Protocol Label Switching to technologia istotnie upraszczająca routing oraz ułatwiająca zarządzanie i skalowanie sieci IP.

Gdy rozpoczynał się rozwój sieci IP, w latach 70., najważniejszym celem było niezawodne dostarczenie informacji między jednym punktem sieci a drugim. W tamtych czasach jeszcze nie korzystano powszechnie z aplikacji i usług wymagających zapewnienia określonej przepływności lub opóźnień. Dynamiczny rozwój sieciowych aplikacji związanych z multimediami, transmisją głosu i wideo sprawił, że niezbędna stała się inżynieria ruchu umożliwiająca efektywne i wydajne zarządzanie przesyłaniem informacji.

Dostawcy usług multimedialnych, takich jak strumienie wideo, zmuszeni są do inwestycji i rozwoju sieci, aby zapewnić dobrą jakość usług przy ekonomicznie uzasadnionych nakładach. Dlatego też technologie MPLS (Multi-Protocol Label Switching) oraz PBT-TE stają się coraz ciekawszą alternatywą wobec znanych i powszechnie stosowanych dotąd standardów Frame Relay i ATM.

Sieci IP bez MPLS dalekie są od spełnienia wymagań obecnych klientów. Obsługa QoS jest bardzo ograniczona. Sieć IP działa na zasadzie hop-by-hop i każdy router musi samodzielnie zdecydować o przesłaniu pakietu dalej na podstawie adresu w jego nagłówku. Sprawne przekazywanie pakietów wymaga znajomości topologii sieci (do tego celu służą protokoły, takie jak OSPF) i podejmowania wielu decyzji na podstawie własnych tabel routingu, budowanych wg rozpoznanej topologii dla wszystkich znanych przeznaczeń IP. W nowoczesnych routerach stosuje się dedykowany sprzęt, który sprawdza się bardzo dobrze, ale w dalszym ciągu są problemy z przewidywalnością zachowania sieci przy dużych obciążeniach.

Technologie przełączające, takie jak Frame Relay czy ATM, są często stosowane w rdzeniu sieci operatora, natomiast IP przeważa na brzegach sieci. Dlatego stosuje się nakładanie IP na ATM i Frame Relay, a to w praktyce wymaga, aby każdy router miał skonfigurowane sąsiedztwo z dowolnym innym routerem. Sąsiedztwo wymaga zestawiania struktury full mesh (pełna siatka połączeń), a to skutkuje bardzo dużą ilością połączeń VC między routerami w sieci. Administracja nimi jest kłopotliwa i sprawia problemy podczas skalowania.

Jak działa MPLS

MPLS zakłada inne podejście do ruchu sieciowego. Wykorzystuje istniejące protokoły routingu w warstwie 3, wszystkie powszechnie stosowane mechanizmy i protokoły transportowe (w szczególności Frame Relay, ATM, Ethernet i PPP). Router na styku sieci MPLS z lokalną, dołącza do pakietu informację, nazywaną etykietą (label), a inny, który otrzyma pakiet z etykietą, na jej podstawie znajduje następny docelowy punkt sieciowy (hop) w wewnętrznej tablicy etykiet. Stara etykieta (wejściowa) jest usuwana i zastępowana nową (wyjściową). Jeśli router docelowy nie obsługuje MPLS, to etykieta wejściowa zostaje usunięta.

W przypadku skomplikowanych sieci korzystne jest dodawanie więcej niż jednej etykiety, tak by tworzyły one stos. Router podejmuje decyzję o routingu na podstawie ostatniej etykiety ze stosu, a następnie jest ona usuwana. Istnieją narzędzia umożliwiające manipulowanie etykietami przez routery biorące udział w przekazywaniu pakietów, zatem możliwości inżynierii ruchu są dość szerokie. Stos etykiet jest przydatny przy tunelowaniu MPLS, gdy pakiety należące do określonej klasy mają być przekazywane właściwą drogą między węzłami i kierowane do odpowiedniej sieci docelowej.

Pakiet otrzymuje etykiety w procesie klasyfikacji. Pakiety, które mają być przesyłane przez sieć MPLS w ten sam sposób, należą do tej samej klasy przekazywania FEC (Forwarding Equivalence Class). Od klasy FEC zależy etykieta MPLS. Wiele różnych pakietów może posiadać tę samą etykietę, jeśli należą do tej samej klasy przekazywania. Klasy można budować na przykład na podstawie docelowych adresów IP. Koncepcja klas FEC oraz przypisywania etykiet do tych klas, a nie do pakietów, umożliwia funkcjonalne grupowanie pakietów. Dzięki temu router nie musi analizować nagłówków IP każdego z nich, porównując je z tablicą routingu, lecz podejmuje decyzję na podstawie etykiety. Sam proces routingu jest prostszy, zatem implementacja sprzętowa jest łatwiejsza i potencjalnie tańsza.

Aby router podejmował prawidłowe decyzje co do przekazania pakietów posiadających etykiety, istnieją protokoły dystrybucji etykiet LDP, przeznaczone do tego, by routery w sieci zbudowały prawidłową tablicę etykiet. Przykładem tych protokołów są MPLS-LDP, MPLS-CR-LDP, a także rozszerzenia istniejących protokołów nazywane MPLS-BGP, MPLS-RSVP-TUNNELS.

Zastosowanie

MPLS jest dobrym rozwiązaniem, gdy w sieciach IP trzeba zapewnić zunifikowany mechanizm transportowy, wprowadzając obsługę jakości usług QoS oraz elementów zarządzania ruchem (traffic engineering). Przy użyciu MPLS można bardzo prosto zrealizować przesyłanie różnych rodzajów ruchu przez tę samą sieć połączeń. Dzięki rozpoznawaniu pakietów przydzielonych do klas można łatwo zdefiniować sieci VPN na podstawie IP.

Przy określeniu przepływu w sieci pracującej z MPLS można zdefiniować nie tylko punkty sieci, ale także drogę, którędy będą przesyłane dane. Dzięki temu sieć jest prostsza w diagnostyce, a także bardziej przewidywalna. Przy sieci korzystającej z tradycyjnego routingu, jej zachowanie jest bowiem nieprzewidywalne przy gwałtownych skokach obciążenia, zaś opóźnienia w tych warunkach nie zawsze gwarantują na tyle małe wartości, by spełnić wymagania multimedialnych aplikacji. Gdy MPLS zastosuje się w oparciu o ATM - co często operatorzy wykorzystują w swoich sieciach szkieletowych - otrzyma się pełne wsparcie parametrów jakości usługi QoS. Operatorzy stosują to przy świadczeniu usług multimedialnych, które mają wysokie wymagania dotyczące jakości świadczonych usług.

Bardzo ważną zaletą MPLS jest możliwość zarządzania ruchem. Dzięki podziałowi na klasy łatwo można skonfigurować ruch w ten sposób, by dane konkretnych usług były przekazywane przez określone łącza i routery. Inżynieria ruchu, niedostępna w klasycznym routingu IP, staje się mocnym orężem przy zarządzaniu siecią. Oprócz tego sieć MPLS jest bardzo dobrze skalowalna, gdyż nie ma problemu lawinowego wzrostu ilości wirtualnych połączeń w miarę dodawania nowych węzłów w sieci.