MPLS (Multi-Protocol Label Switching) jest zbiorem procedur mających zapewniać lepsze dopasowanie między warstwą drugą a trzecią. Dzięki temu można odciążać urządzenia oraz efektywniej wykorzystywać trasowanie na obrzeżach sieci i przełączanie w jej szkielecie.

Zdaniem Artura Thielmanna, dyrektora ds. rozwoju strategicznego firmy ATM, MPLS to "nowoczesna technologia rozwiązywania problemów związanych z liczbą i charakterem połączeń, oparta na metodach stałego badania oraz koncepcji inżynierii ruchu (traffic engineering), na której można zbudować warstwę IP".

Jeśli każdy pakiet otrzyma na wejściu do sieci specjalną etykietkę, to kolejne urządzenia będą mogły rozpoznawać jego przynależność do określonego przepływu, który jest obsługiwany na wcześniej ustalonych warunkach. W efekcie każda transmisja będzie obsługiwana stosownie do jej specyfiki i priorytetu. A o to głównie chodzi.

U podstaw architektury MPLS leży technologia Tag Switching, opracowana przez Cisco Systems. Jednak niektóre idee zostały zaczerpnięte z konkurencyjnych technologii: IP Switching (znanego dzieła firmy Ipsilon) i projektu ARIS koncernu IBM. W MPLS skumulowały się wszystkie najbardziej udane elementy tych technologii, dzięki temu (oraz wysiłkom IETF i wielu producentów sprzętu i oprogramowania) może on stać się podstawowym standardem Internetu o wyjątkowym znaczeniu.

MPLS w zarysie

W zarysie MPLS jest protokołem przypisywania pakietowi niewielkiej stałej etykiety o znaczeniu lokalnym. Etykieta ta zawiera zakodowany numer klasy równoważności przekazywania - FEC (Forwarding Equivalence Class) - do jakiej pakiet został zakwalifikowany w chwili wprowadzenia go do sieci. Klasy FEC tworzy się na podstawie różnych kryteriów, takich jak np.: jednakowy adres docelowy lub sieć, wybrany prefiks CIDR, adres źródłowy, takie same wartości bitów dla DiffServ czy QoS, to samo wyjście LSR. Każda klasa ma więc swoją etykietę i każdy pakiet należy do jakiejś klasy.

Etykiety nadaje ruter LSR (Label Switch Router), wiążąc je z klasą FEC, co zostaje odnotowane w bazie LIB (Label Information Base), którą dysponuje każdy LSR. Na ruterach spoczywa obowiązek wymiany zawartości LIB z sąsiadami. Mogą do tego celu użyć specjalnego protokołu LDP (Label Distribution Protocol) lub protokołów trasowania typu distance vector i RSVP. Algorytm distance vector (Bellman-Ford) umożliwia przesłanie całej tablicy trasowania, ale tylko do sąsiadujących ruterów. Dzięki temu sieć nie jest zalewana pakietami. Z kolei LDP, wzorem niektórych protokołów trasowania, używa pakietów Hello - multicastowych (poszukiwania) lub unicastowych (odpowiedź sąsiada, po której następuje sesja). Do odnajdywania sąsiedztwa korzysta on z protokołu UDP, a do sesji między sąsiadami - z protokołu TCP. Pakiet może przenosić wiele etykiet (stos etykiet). Ale jedynie ostatnia z nich, zewnętrzna, jest używana przy wysyłaniu. Tablica etykiet w LSR może spowodować usunięcie zewnętrznej etykiety. Jest to użyteczne przy tunelowaniu MPLS, które z kolei jest istotne w inżynierii ruchu. Dla ATM etykietą jest adresowanie VPI/VCI, a dla Frame Relay - identyfikator DLCI. W pakietach protokołu IPv6 etykietę można umieścić w polu Identyfikatora przepływu. Z kolei w sieci optycznej etykieta będzie przystosowana do światłowodu, a więc będzie użyta długość fali, być może w połączeniu z jakąś teraz dostępną etykietą.

Etykiety mogą być powiązane z pakietami przez kapsułkowanie w nagłówku warstwy łącza danych albo dołączone jako specyficzne pola pomiędzy nagłówkiem Data Link i jednostkami danych protokołowych Data Link. Dzięki takiej procedurze dowolny ruter LSR (Label Switch Router) na trasie takiego pakietu nie musi analizować całego nagłówka - który zawiera więcej informacji, niż potrzeba do wyznaczenia dalszej marszruty - lecz jedynie czyta etykietę i na podstawie swojej tablicy kieruje pakiet z nową etykietą do następnego rutera. Funkcje LSR mogą spełniać urządzenia obsługujące sterowanie IP (trasowanie, RSVP) i jednocześnie składniki ekspedycji przełączania etykietowego. Kanał w MPLS jest jednokierunkowy i nosi nazwę ścieżki przełączanej etykietowo - LSP (Label Switched Path). Koncepcja inżynierii ruchu utrudnia zestawienie takiej ścieżki, gdyż wręcz zmusza do uwzględniania różnych ograniczeń bądź przez operatora, bądź przez samą sieć. Protokół RSVP-TE umożliwia rezerwację zasobów na całej długości LSP.

Inżynieria ruchu

Inżynieria ruchu to w najprostszym ujęciu metodyka zapewniania równomiernego obciążania łączy, gwarantowania pasma dla różnych rodzajów ruchu, ograniczania ruchu na pewnych łączach lub kierowania go na łącza wybrane. W sieciach przesyłających dane i głos można dzięki tej inżynierii skierować ruch w stronę dostępnych zasobów. Inżynieria ruchu przebiega czteroetapowo: pomiary, znakowanie, modelowanie i dostarczanie ruchu do właściwego miejsca.