Революционный рост популярности Интернета привел к тому, что сегодня практически каждая глобальная сеть должна быть способна передавать трафик протокола IP. Это означает, что почти все современные глобальные сети являются составными IP-сетями, а отличия между ними заключаются в лежащих под уровнем IP технологиях.
Наиболее простой структурой обладают глобальные IP-сети, в которых IP-маршрутизаторы соединяются между собой непосредственно двухточечными линиями связи. В этом случае IP-маршрутизаторы объединяют вырожденные компонентные сети, которые не являются сетями в обычном понимании этого термина, так как состоят всего из двух узлов — интерфейсов соседних маршрутизаторов.. Такие сети названы в книге «чистыми» IP-сетями, так как под уровнем IP-маршрутизаторов не существует уровня коммутаторов, и все задачи продвижения пакетов IP-маршрутизаторы решают самостоятельно..
В середине 90-х годов наиболее популярной структурой глобальной IP-сети стала многоуровневая структура, в которой под уровнем IP в качестве компонентных сетей используются сети ATM и FR. Применение на двух уровнях сетей с коммутацией пакетов, причем использующих разные принципы работы (дейтаграммный и виртуальных каналов) делают глобальную IP-сеть сложной и дорогой. Однако эти недостатки перевешиваются возможностями передачи мультимедийной информации и применения методов QoS и инжиниринга трафика для оптимизации загрузки ресурсов сети.
Новым словом в области интеграции IP с технологиями виртуальных каналов является технология MPLS. Эта технология занимает промежуточное место между уровнем IP и уровнем таких технологий, как ATM, FR или Ethernet, интегрируя их в единую эффективную технологию.
Ключевые слова: «чистая» IP-сеть, пакетная сеть, работающая поверх SONET, протокол HDLC, асинхронный сбалансированный режим, кадр-команда и кадр-ответ, бит-стаффинг, протокол РРР, протокол управления линией связи, протокол управления сетью, многоканальный протокол РРР, протокол аутентификации по паролю, протокол аутентификации по квитированию вызова, порт с разделением каналов, ненумерованный интерфейс.
Для предоставления качественных и разнообразных услуг большинство крупных глобальных сетей, особенно сетей коммерческих операторов связи, строится сегодня по четырехуровневой схеме. Два нижних уровня — это уровни первичной сети. На самом нижнем уровне первичной сети может работать наиболее скоростная на сегодняшний день технология DWDM, образующая спектральные каналы со скоростями 10 Гбит/с и выше. На следующем уровне, поверх DWDM, может применяться технология SDH (с сетью доступа PDH), с помощью которой пропускная способность спектральных каналов делится на более мелкие TDM-подканалы, связывающие интерфейсы коммутаторов пакетной сети (или телефонных коммутаторов).
Наиболее масштабируемый на сегодня вариант построения первичной сети, включает уровни DWDM и SDH. Такое построение сегодня характерно пока только для наиболее крупных территориальных сетей, покрывающих страны и континенты. Во многих менее масштабных магистралях уровень DWDM отсутствует, технология SDH тоже применяется не всегда — вместо нее может работать менее скоростная и отказоустойчивая, но более экономичная технология PDH.
В более простом случае первичная сеть вообще отсутствует, и под слоем IP может располагаться сеть ATM или Frame Relay, коммутаторы которой соединяются непосредственно кабельными или беспроводными линиями связи. Последнее решение, хотя и требует меньших начальных затрат, страдает от недостатка гибкости — чтобы подключить новое устройство, необходимо физически прокладывать новую линию связи, в то время как наличие разветвленной первичной сети дает возможность установить новый канал в сети путем перепрограммирования матрицы коммутации мультиплексоров и кросс-коннекторов DWDM/SDH.
Основным назначением уровня ATM является создание инфраструктуры постоянных виртуальных каналов с гарантированным качеством обслуживания, соединяющих интерфейсы IP-маршрутизаторов. Для каждого класса IP-трафика в сети ATM образуется отдельный виртуальный канал, обеспечивающий требуемые для трафика параметры QoS — среднюю скорость, величину пульсаций, уровень задержек, уровень потерь.
Применение ATM под уровнем IP позволяет не только обеспечить для пользовательского трафика необходимое качество обслуживания, но и дает возможность оператору решить задачу инжиниринга трафика предоставив сбалансированную загрузку всех линий связи первичной сети.
Уровень IP, освобожденный в представленной модели от проблем обеспечения параметров QoS, выполняет свои классические функции — образует составную сеть и предоставляет IP-услуги конечным пользователям, передающим по глобальной сети свой IP-трафик транзитом или взаимодействующим по IP с Интернетом.
Несмотря на сложность многослойной структуры, подобные сети получили большое распространение и для крупных операторов комплексных услуг являются на сегодня фактическим стандартом глобальной сети, с помощью которой можно оказывать комплексные услуги — IP, ATM, классической телефонии, а также услуги по предоставлению цифровых каналов в аренду. Пользователи услуг, отличных от IP, взаимодействуют непосредственно с тем уровнем сети оператора, который им нужен, то есть с ATM, телефонной сетью, SDH или DWDM.
Однако долгое время IP-сети не имели такой сложной многослойной структуры. Классическая IP-сеть состояла из маршрутизаторов, непосредственно соединенных каналами связи. Эти сети не поддерживали QoS, так как трафик приложений 80-х годов не был чувствительным к задержкам. После появления многослойных глобальных IP-сетей возникла потребность различать эти два вида сетей, поэтому для классических IP-сетей мы будем использовать термин «чистая» IP-сеть.
В такой сети цифровые каналы по-прежнему образуются инфраструктурой двух нижних уровней, а этими каналами непосредственно пользуются интерфейсы IP-маршрутизаторов без какого-либо промежуточного уровня. В том случае, когда IP-маршрутизатор использует каналы, образованные в сети SDH/SONET, вариант IP-сети получил название пакетной сети, работающей поверх SONET (Packet Over SONET, POS).
«Чистая» IP-сеть может успешно применяться для передачи чувствительного к задержкам трафика современных приложений в двух случаях:
- если IP-сеть работает в режиме низкой нагрузки, поэтому сервисы всех типов не страдают от эффекта очередей, так что сеть не требует применения методов поддержки параметров QoS;
- если слой IP обеспечивает поддержку параметров QoS собственными средствами за счет применения механизмов IntServ или DiffServ.
Для того чтобы маршрутизаторы в модели «чистой» IP-сети могли использовать цифровые каналы, на этих каналах должен работать какой-либо протокол канального уровня. Существует несколько протоколов канального уровня, специально разработанных для двухточечных соединений глобальных сетей.
В эти протоколы встроены процедуры, полезные при работе в глобальных сетях:
- управление потоком данных;
- взаимная аутентификация удаленных устройств, часто необходимая для защиты сети от «ложного» маршрутизатора, перехватывающего и перанаправ-ляющего трафик для его прослушивания;
- согласование параметров обмена данными на канальном и сетевом уровнях — при удаленном взаимодействии, когда два устройства расположены в разных
городах, перед началом обмена часто необходимо автоматически согласовывать такие параметры, например, как MTU.
Из набора существующих двухточечных протоколов протокол IP сегодня использует два: HDLC и РРР. Существует также устаревший протокол SLIP (Serial Line Internet Protocol — межсетевой протокол для последовательного канала), который долгое время был основным протоколом удаленного доступа индивидуальных клиентов к IP-сети через телефонную сеть. Однако сегодня он полностью вытеснен протоколом РРР.
Помимо уже упомянутых протоколов, в глобальных сетях на выделенных каналах IP-маршрутизаторы нередко используют какой-либо из высокоскоростных вариантов Ethernet: Fast Ethernet, Gigabit Ethernet или 10G Ethernet. Все варианты Ethernet не поддерживают перечисленных выше процедур, полезных для глобальных сетей, но чашу весов в данном случае перевешивает популярность этой технологии в локальных сетях.
Протокол HDLC (High Level Data link Control - высокоуровневое управление линией связи) представляет целое семейство протоколов, образующих канальный уровень для следующих сетей и устройств:
LAP-B - сетей Х26,
LAP-D — сетей ISDN,
LАР-М - асинхронно-синхронных модемов,
LAP-F — сетей Frame FteJay.
Первое, что мы отметим по поводу протокола HDLC, — его сложность. Он может работать в нескольких, весьма отличающихся друг от друга режимах, поддерживает не только двухточечные соединения, но и соединения с одним источником и несколькими приемниками, он также предусматривает различные функциональные роли взаимодействующих станций.
HDLC поддерживает три режима логического соединения, отличающиеся ролями взаимодействующих устройств. Мы рассмотрим один из них — асинхронный сбалансированный режим (Asynchronous Balance Mode, ABM) по той же причине — именно этот режим используют IP-маршрутизаторы. В режиме АВМ оба устройства равноправны и обмениваются кадрами, которые делятся на кадры-команды и кадры-ответы.
Протокол РРР (Point-to-Point Protocol) является стандартным протоколом Интернета. Протокол РРР так же, как и HDLC, представляет собой целое семейство протоколов, в которое, в частности, входят:
- протокол управления линией связи (Link Control Protocol, LCP);
- протокол управления сетью (Network Control Protocol, NCP):
- многоканальный протокол РРР (Multi Link РРР. MLPPP);
- протокол аутентификации по паролю (Password Authentication Protocol, PAP);
- протокол аутентификации по квитированию вызова (Challenge Handshake Authentication Protocol, CHAP).
При разработке протокола РРР за основу был взят формат HDLC-кадров и дополнен несколькими полями. Эти дополнительные поля протокола РРР вложены в поле данных HDLC-кадра. Позже были разработаны стандарты, описывающие вложение РРР-кадра в кадры Frame Relay и других протоколов глобальных сетей. Хотя РРР и работает с HDLC-кадром, он не поддерживает, подобно протоколу HDLC, процедуры надежной передачи кадров и управления их потоком.
В корпоративной сети конечные системы часто отличаются размерами буферов для временного хранения пакетов, ограничениями на размер пакета, списком поддерживаемых протоколов сетевого уровня. Физическая линия, связывающая конечные устройства, может варьироваться от низкоскоростной аналоговой линии до высокоскоростной цифровой линии с различными уровнями качества обслуживания.
Протокол, в соответствии с которым принимаются параметры соединения, называется протоколом управления линией связи LCP. Чтобы справиться со всеми возможными ситуациями, в протоколе РРР имеется набор стандартных установок, действующих по умолчанию и учитывающих все стандартные конфигурации.
При установлении соединения два взаимодействующих устройства для нахождения взаимопонимания пытаются сначала использовать эти установки. Каждый конечный узел описывает свои возможности и требования. Затем на основании этой информации принимаются параметры соединения, устраивающие обе стороны.
Переговорная процедура протоколов может и не завершиться соглашением о каком-нибудь параметре. Если, например, один узел предлагает в качестве MTU значение 1000 байт, а другой отвергает это предложение и в свою очередь предлагает значение 1500 байт, которое отвергается первым узлом, то по истече-нии^айм-аута переговорная процедура может закончиться безрезультатно.
Одним из важных параметров РРР-соединения является режим аутентификации. Для целей аутентификации РРР предлагает по умолчанию протокол аутентификации по паролю (РАР), передающий пароль по линии связи в открытом виде, или протокол аутентификации по квитированию вызова (CHAP), не передающий пароль по линии связи и поэтому обеспечивающий более высокий уровень безопасности сети. Пользователям также разрешается добавлять новые алгоритмы аутентификации. Кроме того, пользователи могут влиять на выбор алгоритмов компрессии заголовка и данных.
Многопротокольная поддержка — способность протокола РРР поддерживать несколько протоколов сетевого уровня — обусловила распространение РРР как стандарта де-факто. Внутри одного РРР-соединения могут передаваться потоки данных различных сетевых протоколов, включая IP, Novell IPX, AppleTalk, DECnet, XNS, Banyan VINES и OSI, а также данные протоколов канального уровня локальной сети.
Каждый протокол сетевого уровня конфигурируется отдельно с помощью соответствующего протокола управления сетью (NCP). Под конфигурированием понимается, во-первых, констатация того факта, что данный протокол будет использоваться в текущем сеансе РРР, а во-вторых, переговорное согласование некоторых параметров протокола. Больше всего параметров устанавливается для протокола IP, включая IP-адреса взаимодействующих узлов, IP-адреса DNS-серве-ров, признак компрессии заголовка IP-пакета и т. д.
Для каждого протокола конфигурирования протокола верхнего уровня, помимо общего названия NCP, используется особое название, построенное путем добавления аббревиатуры CP (Control Protocol) к имени конфигурируемого протокола, например, для IP — это протокол IPCP, для IPX — IPXCP и т. п.
Расширяемость протокола. Под этим свойством РРР понимается как возможность включения новых протоколов в стек РРР, так и возможность использования собственных протоколов пользователей вместо рекомендуемых в РРР по умолчанию. Это позволяет наилучшим образом настроить РРР для каждой конкретной ситуации.
Одной из привлекательных свойств протокола РРР является его способность использования нескольких физических линий связи для образования одного
логического канала, то есть агрегирование каналов . Эту возможность реализует многоканальный протокол MLPPP.
Для соединения порта маршрутизатора с выделенной линией необходимо использовать устройство DCE соответствующего типа. Это устройство требуется для согласования физического интерфейса маршрутизатора с интерфейсом физического уровня, используемого выделенной линией, например V.35 с Т1.
Если выделенная линия является аналоговой, то устройством DCE будет модем, а если цифровой — то аппаратура DSU/CSU.
Порт маршрутизатора может включать встроенное устройство DCE. Например, маршрутизатор, рассчитанный на работу с каналом SDH, обычно имеет встроенный порт с интерфейсом SDH определенной скорости STM-N.
Встроенные порты PDH/SDH могут как поддерживать, так и не поддерживать внутреннюю структуру кадров этих технологий. В том случае, когда порт различает подкадры, из которых состоит кадр, например отдельные тайм-слоты кадра Е1 или отдельные виртуальные контейнеры VC-12 (2 Мбит/с), входящие в кадр STM-1, и порт может использовать их как отдельные физические подканалы, то говорят, что это порт с разделением каналов. Каждому такому каналу присваивается отдельный IP-адрес. В противном случае порт целиком рассматривается как один физический канал с одним IP-адресом.
Интерфейсам маршрутизаторов, связанных выделенной линией, можно и не присваивать IP-адрес — такой интерфейс маршрутизатора называется ненумерованным. Действительно, отсылая пакеты протокола маршрутизации (RIP или OSPF) по выделенному каналу, маршрутизаторы непременно их получат. Протокол ARP на выделенном канале не используется, так как аппаратные адреса на выделенном канале не имеют практического смысла.
Ключевые слова: многослойная сеть IP/ATM, оверлейная (наложенная) сеть, QoS, виртуальный канал, топология виртуальных каналов, ATM-коммутаторы, логический интерфейс, подинтерфейс, конфигурирование интерфейса, классы трафика, протокол Q.2931.
При построении IP-сети поверх сети ATM/FR между слоем каналов и слоем IP работает сеть ATM или Frame Relay (FR). Так как скорости, на которых работает сеть Frame Relay, как правило, не превышают 2 Мбит/с1, а уровень задержек и их вариаций не входит в число параметров QoS, поддерживаемых данной технологией, то чаще всего в качестве промежуточного слоя магистрали применяется технология ATM.
В сети ATM проложено шесть постоянных виртуальных каналов, соединяющих порты IP-маршрутизаторов. Каждый порт маршрутизатора должен поддерживать технологию ATM в качестве конечного узла. После того как виртуальные каналы установлены, маршрутизаторы могут пользоваться ими как физическими, посылая данные порту соседнего (по отношению к виртуальному каналу) маршрутизатора.
В сети ATM образуется сеть виртуальных каналов с собственной топологией. Сеть ATM прозрачна для IP-маршрутизаторов, они ничего не знают о физических связях между портами АТМ-коммутаторов. IP-сеть является наложенной (оверлейной) по отношению к сети ATM.
Для того чтобы протокол IP мог корректно работать, ему необходимо знать соответствие между IP-адресами соседей и адресами виртуальных каналов ATM, с помощью которых достижим соответствующий IP-адрес, то есть уметь отображать сетевые адреса на аппаратные, роль которых в данном случае играют адреса виртуальных каналов ATM. Другими словами, протоколу IP необходим некий вариант протокола ARP.
Поскольку сеть ATM не поддерживает широковещательных запросов, таблица соответствия адресов не может быть создана автоматически. Администратор IP-сети должен вручную выполнить конфигурирование каждого интерфейса маршрутизатора, задав таблицу соответствия для всех номеров виртуальных каналов, исходящих и входящих в этот интерфейс.При этом физический интерфейс может быть представлен в виде набора логических интерфейсов(или подинтерфейсов), имеющих IP-адреса.
Если многослойная сеть IP/ATM должна передавать трафик различных классов с соблюдением параметров QoS для каждого класса, то соседние маршрутизаторы должны быть связаны несколькими виртуальными каналами, по одному для каждого класса. Маршрутизатору должна быть задана политика классификации пакетов, позволяющая отнести передаваемый пакет к определенному классу. Пакеты каждого класса направляются на соответствующий виртуальный канал, который обеспечивает трафику требуемые параметры QoS.
Однако предварительно необходимо провести инжиниринг трафика для сети ATM, определив оптимальные пути прохождения трафика и соответствующим образом проложив виртуальные каналы. Результатом такой работы будет соблюдение требований к средним скоростям потоков, а коэффициент загрузки каждого интерфейса АТМ-коммутаторов не превысит определенной пороговой величины, гарантирующей каждому классу трафика приемлемый уровень задержек.
Оверлейная IP-сеть может также использовать режим коммутируемых виртуальных каналов (SVC) для передачи IP-трафика. Этот режим подходит для неустойчивых потоков, которые существуют в течение небольших периодов времени. Создавать для таких потоков инфраструктуру постоянных виртуальных каналов невыгодно, так как большую часть времени они будут простаивать. Для того чтобы маршрутизаторы могли использовать режим SVC, необходимо задать отображение IP-адресов, но не на номера виртуальных каналов, а на АТМ-адреса конечных точек сети ATM, то есть АТМ-адреса интерфейсов маршрутизатора..
Если по коммутируемому виртуальному каналу нужно передавать трафик с некоторыми требуемыми параметрами QoS, то эти параметры передаются протоколу Q.2931, который выбирает маршрут для виртуального канала с их учетом.
Функционирование IP-сети поверх сети ATM очень популярно у операторов связи, которые предоставляют услуги с заключением соглашения об уровне обслуживания (SLA).
Ключевые слова: многопротокольная коммутация с помощью меток,
коммутирующий по меткам маршрутизатор, IP-коммутация, коммутация на основе тегов, таблица продвижения, протокол распределения меток, путь коммутации по меткам, пограничный коммутирующий по меткам маршрутизатор, стек меток, технологии MPLS IGP, MPLS ТЕ и MPLS VPN, ускоренная MPLS-коммутация, класс эквивалентного продвижения, строгий и свободный ТЕ-туннели, протокол RSVP ТЕ.
Технология многопротокольной коммутации с помощью меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS) считается сегодня многими специалистами одной из самых перспективных транспортных технологий. Эта технология объединяет технику виртуальных каналов с функциональностью стека TCP/IP.
Многопротокольное свойство технологии MPLS состоит в том, что она может использовать протоколы маршрутизации не только стека TCP/IP, но и любого другого стека, например IPX/SPX. В этом случае вместо протоколов маршрутизации RIP IP, OSPF и IS-IS будут применяться протоколы RIP IPX или NLSP, а общая архитектура LSR останется такой же.
Впервые идея объединения маршрутизации и коммутации в одном устройстве была реализована в середине 90-х годов компанией Ipsilon, которая начала выпускать комбинированные устройства IP/ATM. В этих устройствах была реализована новая технология IP-коммутации (IP switching), которая решала проблему неэффективной передачи кратковременных потоков данных с помощью описанных ранее коммутируемых виртуальных каналов.
Для того чтобы пакеты кратковременных потоков передавались в сети АТМ-коммутаторов без длительной предварительной процедуры установления виртуального канала, компания Ipsilon предложила встроить во все ATM-коммутаторы блоки IP-маршрутизации. Эти блоки строили таблицы маршрутизации с помощью стандартных для стека TCP/IP протоколов RIP, OSPF и IS-IS.
Передача IP-пакета, принадлежащего кратковременному потоку, осуществлялась по сети Ipsilon следующим образом. Пакет поступал из узла-отправителя на комбинированное устройство IP/ATM, которое разбивало этот пакет на АТМ-ячейки. Каждая ячейка затем в соответствии с технологией IP-коммутации передавалась от одного устройства IP/ATM к другому, а затем к адресату по маршруту, определяемому обычными таблицами маршрутизации IP, хранящимися в этих устройствах.
Для реализации своей технологии компания Ipsilon встроила в устройства IP/ATM фирменные протоколы, ответственные за распознавание длительности потоков данных и установление виртуальных каналов для долговременных потоков. Эти протоколы были оформлены в виде проектов стандартов Интернета, но стандартами Интернета не стали.
Технология IP-коммутации была разработана для сетей операторов связи. Эти сети принимают на границе с другими сетями IP-трафик и ускоренно передают его через свою магистраль. Важным обстоятельством здесь является то, что одни ISP могут применять эту технологию независимо от других ISP, оставаясь для внешнего мира операторами обычной IP-сети.
Технология IP-коммутации была сразу замечена операторами связи и стала достаточно популярной.
Инициативу Ipsilon развила компании Cisco Systems, создав собственную технологию коммутации на основе тегов (tag switching), которая явилась значительным шагом вперед на пути объединения протоколов IP с техникой виртуальных соединений, однако она, так же как и IP-коммутация, не стала стандартной технологией.
На основе этих фирменных технологий рабочая группа IETF, состоящая из специалистов различных компаний, создала в конце 90-х годов технологию MPLS.
Главный принцип технологий-предшественниц в MPLS был сохранен.
Протоколы маршрутизации используются для определения топологии сети, а для продвижения услуг применяется техника виртуальных каналов.
Так как устройство LSR выполняет все функции IP-маршрутизатора, оно содержит все блоки последнего, а для поддержки функций MPLS в LSR включен ряд дополнительных блоков, относящихся как к управлению, так и к продвижению данных. В качестве примера можно указать на блок продвижения по меткам, который передает IP-пакет не на основе IP-адреса назначения, а на основе поля метки. При принятии решения о выборе следующего хопа блок продвижения по меткам использует таблицу коммутации, которая в стандарте MPLS носит название таблицы продвижения. Таблица продвижения в технологии MPLS похожа на аналогичные таблицы других технологий, основанных на технике виртуальных каналов.
Устройство LER, являясь функционально более сложным, принимает трафик от других сетей в форме стандартных IP-пакетов, а затем добавляет к нему метку и направляет вдоль соответствующего пути к выходному устройству LER через несколько промежуточных устройств LSR. При этом пакет продвигается не на основе IP-адреса назначения, а на основе метки.
Как и в других технологиях, использующих технику виртуальных каналов, метка имеет локальное значение в пределах каждого устройства LER и LSR, то есть при передаче пакета с входного интерфейса на выходной выполняется смена значения метки.
Пути LSP прокладываются в MPLS не при появлении долговременного потока данных, как в технологии IP-коммутации, а предварительно в соответствии с топологией межсетевых соединений.
LSP представляет собой однонаправленный виртуальный канал, поэтому для передачи трафика между двумя устройствами LER нужно установить, по крайней мере, два пути коммутации по меткам — по одному в каждом направлении.
Выходное устройство LER, выполнив удаление метки, передает пакет в следующую сеть уже в стандартной IP-форме. Таким образом, технология MPLS остается прозрачной для остальных IP-сетей.
Обычно в MPLS-сетях используется усовершенствованный по сравнению с описанным алгоритм обработки пакетов. Усовершенствование заключается в том, что удаление метки выполняет не последнее на пути устройство, а предпоследнее.
Действительно, после того как предпоследнее устройство определит на основе значения метки следующий хоп, метка в MPLS-кадре уже не нужна, так как последнее устройство, то есть выходное устройство LER, будет продвигать пакет на основе значения IP-адреса. Это небольшое изменение алгоритма продвижения кадра позволяет сэкономить одну операцию над MPLS-кадром. В противном случае последнее вдоль пути устройство должно было бы удалить метку, а уже затем выполнить просмотр таблицы 1Р-маршрутизации.
Заголовок MPLS состоит из нескольких полей.
Метка (20 бит) используется для выбора соответствующего пути коммутации по меткам.
Время жизни (TTL), Это поле, занимающее 8 бит, дублирует аналогичное поле IP-пакета.. Это необходимо для того, чтобы устройства LSR могли отбрасывать «заблудившиеся» пакеты только на основании информации, содержащейся в заголовке MPLS, не обращаясь к заголовку IP.
Класс услуги (Class of Service, CoS). Поле CoS, занимающее 3 бита, первоначально было зарезервировано для развития технологии, но в последнее время используется в основном для указания класса трафика, требующего определенного показателя QoS.
Признак дна стека меток — S (1 бит).
Концепцию стека меток мы рассмотрим в следующем разделе, а пока для пояснения механизма взаимодействия MPLS с технологиями канального уровня рассмотрим ситуацию, когда заголовок MPLS включает только одну мет
Технология MPLS поддерживает несколько типов кадров: РРР, Ethernet, Frame Relay и ATM. Это не означает, что под слоем MPLS работает какая-либо из перечисленных технологий, например Ethernet. Это означает только то, что в технологии MPLS используются форматы кадров этих технологий для помещения в них пакета сетевого уровня, которым почти всегда сегодня является IP-пакет.
Продвижение кадра в MPLS-сети происходит на основе метки MPLS и техники LSP, а не на основе адресной информации и техники той технологии, формат кадра которой MPLS использует.. Таким образом, если в MPLS применяется кадр Ethernet, то МАС-адреса источника и приемника хотя и присутствуют в соответствующих полях кадра Ethernet, но для продвижения кадров не задействуются
В кадрах РРР, Ethernet и Frame Relay заголовок MPLS помещается между оригинальным заголовком и заголовком пакета 3-го уровня. С ячейками ATM технология MPLS поступает по-другому: она пользуется имеющимися полями VPI/ VCI в заголовках этих ячеек для меток виртуальных соединений. Поля VPI/VCI используются только для хранения поля метки, остальная часть заголовка MPLS с полями CoS, S и TTL размещается в поле данных ATM-ячеек и не используется при передаче ячеек ATM-коммутаторами, поддерживающими MPLS.
Наличие стека меток является одним из оригинальных свойств MPLS. Концепция стека меток является развитием концепции двухуровневой адресации виртуальных путей с помощью меток, принятой в ATM.
Стек меток позволяет создавать систему агрегированных путей LSP с любым количеством уровней иерархии
Для поддержки этой функции MPLS-кадр, который перемещается вдоль иерархически организованного пути, должен включать столько заголовков MPLS, сколько уровней иерархии имеет путь. Напомним, что заголовок MPLS каждого уровня имеет собственный набор полей: метка, CoS, TTL и S. Последовательность заголовков организована как стек, так что всегда имеется метка, находящаяся на вершине стека, и метка, находящаяся на дне стека, при этом последняя сопровождается признаком S = 1.
Над метками выполняются следующие операции, задаваемые в поле действий таблицы продвижения:
- Push — поместить метку в стек. В случае пустого стека эта операция означает простое присвоение метки пакету. Если же в стеке уже имеются метки, в результате этой операции новая метка сдвигает «старые» в глубь стека, сама оказываясь на вершине.
- Swap — заменить текущую метку новой.
- Pop — выталкивание (удаление) верхней метки, в результате чего все остальные метки стека поднимаются на один уровень.
Продвижение MPLS-кадра всегда происходит на основе метки, находящейся в данный момент на вершине стека.
Сеть состоит из трех MPLS-доменов. LSP1 соединяет устройства LER1 и LER2, проходя через устройства LSR1, LSR2 и LSR3. Пусть начальной меткой пути LSP1 является метка 256, которая была присвоена пакету пограничным устройством LER1. На основании этой метки пакет поступает на устройство LSR1, которое по своей таблице продвижения определяет новое значение метки пакета (272) и переправляет его на вход LSR2. Устройство LSR2, действуя аналогично, присваивает пакету новое значение метки (132) и передает его на вход LSR3. Устройство LSR3, будучи предпоследним устройством в пути LSP1, выполняет операцию Pop и удаляет метку из стека. Устройство LER2 продвигает пакет уже на основании IP-адреса.
Для того чтобы IP-пакеты могли передаваться на основе техники MPLS не только внутри каждого домена, но и между доменами (например, между устройствами LER1 и LER4), существует два принципиально разных решения.Первое решение состоит в том, что между LER1 и LER4 устанавливается один одноуровневый путь коммутации по меткам, соединяющий пути LSP1 и LSP2 (которые в этом случае становятся одним путем). Это простое, на первый взгляд, решение плохо работает в том случае, когда MPLS-домены принадлежат разным поставщикам услуг, не позволяя им действовать независимо друг от друга.Вторым более перспективным решением является применение многоуровневого подхода к соединению двух MPLS-доменов, принадлежащих, возможно, разным поставщикам услуг.
В данном примере в соответствии со вторым подходом был создан путь коммутации по меткам второго уровня (LSP3), соединяющий устройства LER1 и LER4. Этот путь определяет последовательность хопов между доменами, а не между внутренними устройствами LSR каждого домена. Так, LSP3 состоит из хопов LER1 — LER2 — LER3 — LSR4. В этом отношении многоуровневый подход MPLS концептуально очень близок подходу протокола BGP, определяющего путь между автономными системами.
В устройстве LER1 начинается два пути — LSP1 и LSP3, что обеспечивается соответствующей записью в таблице продвижения устройства LER1.
IP-пакеты, поступающие на интерфейс SO устройства LER1, продвигаются на его выходной интерфейс S1, где для них создается заголовок MPLS, включающий метку 315 верхнего уровня (LSP3), которая на этот момент является верхушкой стека меток. Затем эта метка проталкивается на дно стека (действие Push), а верхней становится метка 256, относящаяся к LSP1.