Základné princípy

MPLS (Multiprotocol Label Switching) je technológia vyvinutá pre urýchlenie smerovania paketov v telekomunikačných sieťach. Bola špecifikovaná organizáciou IETF (Internet Engineering Task Force) [1]. K jej rozšíreniu prispelo to, že bola akceptovaná ITU (International Telecommunication Union) ako technológia umožňujúca spojovo orientovaný prenos v nespojovo orientovaných IP sieťach. MPLS preferuje prepínanie paketov pred smerovaním a v súčasných IP/MPLS sa používa ako protokol/technológia 2,5. vrstvy.

MPLS bolo zavedené pre urýchlenie smerovania v sieťových uzloch a spočiatku sa využívalo primárne na tunelovanie dátovej prevádzky v IP sieťach a to prevažne v rámci VPN      (Virtual Private Network). Neskôr bolo MPLS vylepšené o možnosť aktívneho ovplyvňovania smerovania dátovej prevádzky – Traffic Engineering (TE) a podporu kvality služby (QoS, Quality of Service).

Princíp MPLS spočíva v tom, vstupný smerovač nazývaný LER (Label Edge Router) pridá k prenášaným IP paketom novú, 32 bitovú MPLS hlavičku (viď Obr. 1) pozostávajúcu z nasledovných štyroch častí:

• Label - návestie, používané na prepínanie,
• TC      - Traffic Class  [2] (pôvodne Exp - Experimental  [3])
• S        - Bottom of Stack (log.1 = spodok zásobníka)
• TTL    - Time to Live

Obr. 1 MPLS hlavička

Následne je IP paket spolu s MPLS hlavičkou preposielaný sieťou, pričom každý smerovač LSR (Label Switching Router), ktorým paket prechádza vyhodnotí MPLS hlavičku a na základe v nej obsiahnutých informácií ako aj informácií vo svojich smerovacích tabuľkách pošle paket do ďalšieho smerovače na určenej trase. Výstupný smerovač LER nakoniec MPLS hlavičku odstráni a MPLS sieť opúšťa len IP paket.

Obr. 2 Princíp MPLS

FEC (Forwarding Equivalence Class) je skupina paketov, ktoré sú prenášané sieťou rovnakým spôsobom, t. j. po jednej ceste, s rovnakým pravidlom pre smerovanie atď. Prevádzka v rámci FEC je v celej MPLS doméne prenášaná prostredníctvom konkrétnej LSP (Label Switched Path). Vstupný LER priraďuje FEC pre pakety podľa:

• IP adresy zdroja/cieľa
• Čísla vstupného/výstupného portu
• ID protokolu IP

Príklad: Skupina paketov, ktoré majú adresu cieľa z určitého IP adresného priestoru a ktorých ToS (Type of Service) bity sú identické.

Obr.  3 FEC, hodnoty Label a operácie Push, Swap a POP

Obr. 3 znázorňuje situáciu, keď sú IP pakety smerované na rôzne IP adresy zaradené vstupným LER1 do tej istej FEC, preto sú im pridelené MPLS hlavičky s rovnakou hodnotou Label (L1). Hodnota Label nemá žiadny vzťah s cieľovou adresou – je to len lokálny identifikátor, ktorú slúži na identifikovanie MPLS rámca na konci linky a jeho priradenie k správnemu riadku v smerovacej tabuľke. Hodnota Label sa preto môže na rôznych úsekoch cesty LSP líšiť.

MPLS umožňuje zlučovanie LSP (LSP merging) a vytváranie hierachických LSP.

Obr. 4 Zlučovanie LSP (LSP Merging)

K zlučovaniu LSP dochádza v prípadoch, ak niektorý LSR rozpozná, že niekoľko prichádzajúcich tokov môže byť zaradených do tej istej FEC. V takom prípade LSR pre ne vytvorí len jednu cestu LSP (napr. LSR na Obr. 4 spojil toky prenášané po LSP s návestiami 5 a 612 do jednej cesty s návestím 99). Zlučovanie LSP je možné urobiť len v prípade, ak toky smerujú na rovnaký výstup z MPLS siete.          
V prípade, keď pakety v rámci rôznych LSP prechádzajú MPLS sieťou len v určitom úseku a následne sú smerované na rôzne výstupy z MPLS siete, je možné použiť koncept hierarchickej LSP (viď Obr. 5). V tomto prípade sa k paketom pridá nová MPLS hlavička (žltá), ktorá slúži na preposielanie paketu na hierarchicky vyššej LSP. Na konci tejto LSP sa hlavička odstráni a pakety sú ďalej preposielané podľa zostávajúcich hlavičiek (modrej a oranžovej). Počet MPLS hlavičiek, ktoré môže mať paket nie je obmedzený, treba však mať na pamäti, aby sa neprekročila maximálna povolená dĺžka paketu, inak bude paket zahodený. Ak LSR alebo LER zistí, že odstraňovaná hlavička má nastavený bit S na hodnotu jedna, vie, že ide o prvú MPLS hlavičku, ktorú vytvoril vstupný LER a po odstránení MPLS hlavičky pošle paket na spracovanie na vyššiu - spravidla IP - vrstvu.

Obr. 5 Hierarchická LSP