Многопротокольная коммутация по меткам Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Информационно-управляющие системы

УДК 004.7

МНОГОПРОТОКОЛЬНАЯ КОММУТАЦИЯ ПО МЕТКАМ

Е. А. Матвеев

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

АО «Красноярский машиностроительный завод» Российская Федерация, 660123, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29

E-mail: Jack1008@mail.ru

Многопротокольная коммутация по меткам MPLS - это архитектура построения магистральных сетей, которая значительно расширяет имеющиеся перспективы масштабирования сети.

Ключевые слова: магистральные сети, трафик, протокол, коммутация, метки.

MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING

E. A. Matveev

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation

JSC "Krasnoyarsk Machine-Building Plant" 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660123, Russian Federation E-mail: Jack1008@mail.ru

Multiprotocol commutation by MPLS labels is an architecture for building backbone networks, which significantly expands the available scaling prospects for the network.

Keywords: backbone networks, traffic, protocol, switching, tags

Структура трафика, передаваемого по сетям связи, за последние годы сильно изменилась. Очевидно, что при использовании пакетных сетей для обслуживания трафика реального времени необходимо гарантировать качество обслуживания (Quality of Service, QoS), создавать средства для того, чтобы в периоды перегрузки IP-сети на трафик реального времени не оказывалось воздействия или, по крайней мере, этот тип трафика получал бы более высокий приоритет перед остальными. Для обеспечения гарантированного качества обслуживания трафика реального времени были созданы разнообразные механизмы и протоколы, такие как IntServ, DiffServ, RSVP и др. Возрастающий спрос клиентов на организацию виртуальных частных сетей повлек за собой появление различных 46 технологий, предлагающих данный вид сервиса. В последние несколько лет широкое распространение получила технология многопротокольной коммутации по меткам - Multiprotocol Label Switching (MPLS). Эту технологию можно внедрять как в корпоративных сетях, так и в сетях общего пользования. MPLS - отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адреса в его заголовке, что позволяет осуществлять коммутацию пакетов значительно быстрее. В соответствии с протоколом MPLS маршрутизаторы и коммутаторы присваивают на каждой точке входа в таблицу маршрутизации особую метку и сообщают эту метку соседним устройствам. Наличие таких меток позволяет маршрутизаторам и коммутаторам, поддерживающим технологию MPLS, определять следующий шаг

в маршруте пакета без выполнения процедуры поиска адреса. На сегодняшний день существуют три основные области применения MPLS:

- управление трафиком;

- поддержка классов обслуживания (CoS);

- организация виртуальных частных сетей (VPN).

Любой IP-пакет на входе в сеть MPLS, независимо

от того, поступает этот пакет от отправителя или же он пришел из смежной сети, которая может быть MPLS-сетью более высокого уровня, относится к определенному классу эквивалентной пересылки FEC (Forwarding Equivalence Class). Напомним, что анализ заголовка IP-пакета и назначение FEC производится только один раз на входе в сеть (см. рисунок).

Этап 1. Сеть автоматически формирует таблицы маршрутизации. В этом процессе участвуют маршрутизаторы или коммутаторы IP+ATM, установленные в сети сервис-провайдера. При этом применяются внутренние протоколы маршрутизации, такие как OSPF или IS-IS.

Этап 2. Протокол распределения меток (Label Distribution Protocol - LDP) использует отраженную в таблицах топологию маршрутизации для определения значений меток, указывающих на соседние устройства. В результате этой операции формируются маршруты с коммутацией по меткам (Label Switched Paths - LSP). Автоматическое присвоение меток MPLS выгодно отличает эту технологию от технологии частных виртуальных каналов ATM PVC, требующих ручного присвоения VCI/VPI.

Решетневские чтения. 2018

Фрагмент MPLS-сети

Этап 3. Входящий пакет поступает на пограничный Label Switch Router (LSR), который определяет, какие услуги 3-го уровня необходимы этому пакету (например, QoS или управление полосой пропускания). На основе учета всех требований маршрутизации и правил высокого уровня (policies), пограничный LSR выбирает и присваивает метку, которая записывается в заголовок пакета, после чего пакет передается дальше.

Этап 4. Устройство LSR, находящееся в опорной сети, считывает метки каждого пакета, заменяет старые метки новыми (новые метки определяются по локальной таблице) и передает пакет дальше. Эта операция повторяется в каждой точке передачи пакета по опорной сети.

Этап 5. На выходе пакет попадает в пограничный LSR, который удаляет метку, считывает заголовок пакета и передает его по месту назначения. В магистральных LSR метка MPLS сравнивается с заранее рассчитанными таблицами коммутации и содержит информацию 3-го уровня. Это позволяет каждому устройству LSR автоматически оказывать каждому пакету необходимые IP-услуги. Таблицы рассчитываются заранее, что снимает необходимость повторной обработки пакетов в каждой точке передачи. Такая схема не только позволяет разделить разные типы трафика (например, отделить неприоритетный трафик от критически важного); она делает решения MPLS хорошо масштабируемыми. Поскольку для присвоения меток технология MPLS использует разные наборы правил (policy mechanisms), она отделяет передачу пакетов от содержания заголовков IP. Метки имеют только локальное значение и многократно переиспользуются в крупных сетях, поэтому исчерпать запас меток практически невозможно. В рамках предоставления корпоративных IP-услуг самое главное преимущество MPLS заключается в способности присваивать метки, имеющие специальное значение. Наборы меток определяют не только место назначения, но и тип приложения и класс обслуживания.

Библиографические ссылки

1. Шнуренко О. Е. Инжиниринг трафика в MPLS SCI-ARTICLE.RU. 2013. № 3 [Электронный ресурс].

URL: http://sci-article.ru/number/11_2013.pdf (дата обращения: 29.08.2018).

2. Ракк М. А. О применении технологии MPLS на сетях передачи данных // Бюллетень результатов научных исследований / Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I.

3. Легков К. Е. Процедуры и временные характеристики оперативного управления трафиком в транспортной сети специального назначения пакетной коммутации // T-Comm - Телекоммуникации и Транспорт 2012. № 6. С. 22-26.

4. Хонг Д. У., Хонг Ч. С., Ли Г. Х., M_CSPF: Масштабируемая схема маршрутизации CSPF с множественными ограничениями QoS для трафика трафика MPLS // Журнал ETRI. 2005. Т. 27, № 6.

5. Пахомова В. Н. Исследование инжиниринга трафика в компьютерной сети Укрзалици технологии MPLS TE // Наука и прогресс транспорта. Вестник Днепропетровского национального университета железнодорожного транспорта. 2015. № 1 (55). С. 139-147.

References

1. Shunurenko O. E. Engineering of traffic in MPLS SCI-ARTICLE.RU. 2013. № 3. Available at: http://sci-article.ru/number/ 11_2013.pdf (accessed: 29.08.2018).

2. Rakk M. On the Application of MPLS Technology on Data Networks, Bulletin of Scientific Research, St. Petersburg State University of Communications, Emperor Alexander I.

3. Legkov K. E. Procedures and Time Characteristics of Operational Traffic Control in a Special Transport Network for Packet Switching, T-Comm - Telecommunications and Transport 2012. № 6. P. 22-26.

4. Hong Du, Hong C. S., Lee G. H. M_CSPF: Scalable CSPF Routing Schema with Multiple QoS Restrictions for MPLS Traffic Traffic. // ETRI Journal, 2005. Vol. 27, №. 6.

5. Pakhomova V. N. Investigation of the traffic engineering in the computer network of the Ukrzalitsi MPLS TE technology // Science and the progress of transport. Bulletin of the Dnepropetrovsk National University of Railway Transport 2015, No. 1 (55). P. 139-147.

© Матвеев Е. А., 2018