ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ УСКОРЕННОЙ МАРШРУТИЗАЦИИ ПО МЕТКАМ MPLS

FEATURES OF THE TECHNOLOGY OF ACCELERATED ROUTING BY MPLS TAGS

Igor Kozlov

listener, Academy of the Federal Guard Service of the Russian Federation,

Russia, Orel

Alexander Tezin

listener, Academy of the Federal Guard Service of the Russian Federation,

Russia, Orel

АННОТАЦИЯ

В современных информационных системах обрабатываются огромные потоки данных, это требует больших затрат и увеличивает количество коллизий. Во всех сферах начинает преобладать пакетная коммутация, работающая с IP (Internet Protocol) на сетевом уровне, а на канальном – Ethernet. Применение пакетной коммутации на дешевых коммутаторах не имеет смысла, появилась необходимость в аппаратной передаче трафика на высокоскоростных коммутаторах. Тогда была утверждена коммутация по меткам, она даёт возможность сбросить ограничения IP – маршрутизации, нет разницы, что находится под меткой – IP, ATM (Asynchronous Transfer Mode), Ethernet или Frame Relay. Применение MPLS (Multiprotocol Label Switching) освобождает узлы от содержания всей маршрутной информации, необходимо содержать информацию о сетях внутри домена, чтобы построить наилучшие пути.

ABSTRACT

In modern information systems, huge data flows are processed, this requires a lot of costs and increases the number of collisions. Packet switching is beginning to prevail everywhere, the basis of which is IP (Internet Protocol) at the network level, and Ethernet at the channel level. The use of packet switching on cheap switches does not make sense, there is a need for hardware traffic transmission on high – speed switches. Then label switching was approved, it makes it possible to reset IP routing restrictions, there is no difference what is under the label – IP, ATM (Asynchronous Transfer Mode), Ethernet or Frame Relay. The use of MPLS (Multiprotocol Label Switching) frees nodes from the content of all route information, it is necessary to contain information about networks within the domain in order to build the best paths.

Ключевые слова: информация, IP – маршрутизация, информационная среда, метка.

Keywords: information, IP routing, information environment, label.

Многопротокольная коммутация меток, или MPLS, – это сетевая технология, которая маршрутизирует трафик по кратчайшему пути на основе “меток”, а не сетевых адресов, для обработки пересылки по частным глобальным сетям. Будучи масштабируемым и независимым от протокола решением, MPLS присваивает метки каждому пакету данных, контролируя путь, по которому он следует. MPLS значительно повышает скорость трафика, поэтому пользователи не испытывают простоев при подключении к сети [1].

Рассмотрим, как данные передаются через Интернет. Когда пользователь отправляет электронное письмо, он подключается к VoIP (Voice over Internet Protocol) или видеоконференцсвязи, этот пакет данных или IP – пакет отправляется с одного интернет–маршрутизатора по назначению. Он должен решить для каждого пакета данных, как его отправить на IP – адрес назначения. Для каждой посылки требуется решение, для определения которого маршрутизатор использует сложные таблицы маршрутизации. Этот процесс приводит к снижению производительности пользователей, приложений, которые они используют, влияет на сеть по всей организации. MPLS предоставляет альтернативу для повышения производительности сети и улучшения пользовательского опыта.

Технология MPLS работает поверх IP – маршрутизации. Рассмотрим пример прохода пакета по информационной среде на рис. 1.

Рисунок 1. Работа технологии MPLS на примере транспортной сети

В сети MPLS каждый пакет при входе в сеть поставщика услуг помечается операцией «Push Label» входящим маршрутизатором, также известным как пограничный маршрутизатор (Label switch Edge Routers), в нашем случае R1 присвоил метку с номером «18». Это также маршрутизатор, который определяет LSP (Label Switched Path), который будет принимать пакет, пока он не достигнет своего адреса назначения. Все последующие маршрутизаторы с коммутацией меток (R2, R3, R4) выполняют операцию по замене метки «Swap Label» и пересылают пакеты на их основе, в результате была произведена замена метки на «22». Наконец, выходной маршрутизатор удаляет метки операцией «Pop Label» и пересылает исходный IP – пакет в конечный пункт назначения, R5 удаляет нулевую метку. Вся информация о маркировках и операциях над ними содержится в таблице меток, она является аналогом таблицы маршрутизации.

Заголовок MPLS

Одной из определяющих особенностей MPLS является использование меток – линейки MPLS. Зажатая между уровнями 2 и 3 метка представляет собой четырехбайтовый – 32 разрядный идентификатор, который передает заранее определенный путь пересылки пакета в сети MPLS. Метки также могут содержать информацию, относящуюся к качеству обслуживания (Quality of Service), указывающую уровень приоритета пакета [2].

Формат метки MPLS изображен в Табл. 1.

Таблица 2.

Формат метки MPLS

Значение метки (Label): 20 бит, класс трафика (TC): 3 бита, несет в себе приоритет пакетов, нижняя часть стека (S): 1 бит, время жизни (TTL): 8 бит, устраняет бесконечное блуждания пакета в случае возникновения петель.

Направления, которые называются путями с коммутацией меток (LSP), позволяют поставщикам услуг заранее определять наилучший способ передачи определенных типов трафика в частной или общедоступной сети. Всего может существовать 2²⁰ меток. Самая распространенная метка зарезервирована за значением «0». Посылка с данной маркировкой отправляется на выходной маршрутизатор, сообщая ему, что эту метку можно снять, не просматривая таблицы.

Преимущества технологии переключения меток.

1. Технология маршрутизации по меткам сильно снижает время на поиск маршрута.
2. Позволяет осуществлять точный поиск совпадений с самым длинным префиксом, что снижает ресурс обращения к памяти для маршрутизации одного пакета.
3. Требуется значительно меньшая нагрузка на оборудование для реализации точного совпадения на основе меток.
4. Дает полный контроль над трафиком, распределенным в сети, позволяя управлять пропускной способностью, нагрузкой оборудования и приоритетами различных сервисов.

Недостатки технологии коммутации по меткам.

1. Стоимость. MPLS дороже, чем обычный интернет–сервис. Долгое время настройки. Конфигурация сложных выделенных путей в одной или нескольких крупных сетях требует времени. LSP должны быть настроены вручную поставщиком MPLS или организацией его использующей. Это затрудняет быстрое расширение своих сетей [3].

2. Отсутствие шифрования. MPLS не зашифрован; любой злоумышленник, который перехватывает пакеты в сети с коммутацией по меткам, может прочитать их в виде обычного текста. Шифрование должно быть реализовано отдельно.

3. Облачные проблемы. Организации, которые полагаются на облачные сервисы, могут оказаться не в состоянии настроить прямые сетевые подключения к своим облачным серверам, поскольку у них нет доступа к определенным хабам, на которых хранятся их данные и приложения.

Таким образом, маршрутизаторам, поддерживающим MPLS, нужно видеть только метки, прикрепленные к данному пакету, технология работает практически с любым протоколом. Не имеет значения, как отформатирована остальная часть пакета, до тех пор, пока маршрутизатор может считывать метки MPLS в начале пакета.

Список литературы:

1. Технология и протоколы MPLS / А. Б. Гольдштейн. – СПб. : БХВ–Санкт–Петер–бург, 2005. – 304 с.
2. Katsavos Ch. Multi Protocol Label Switching Transport Profile (MPLS–TP) in OpMiGua hybrid network. Norwegian Univ. of sci. & technol. 116 p.
3. Ракк М. А. О применении технологии MPLS на сетях передачи данных / М. А. Ракк // Бюл. результатов научных исследований ПГУПС. – 2014. – № 3 (12). –С. 45–60.