Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети»

Вид материала

Лекция

Содержание Существует два типа ВК. Технология PDH (Plesiochronic Digital Hierarchy) Технология синхронной цифровой иерархии SDH / SONET Сети SDH обладают многими достоинствами. Отказоустойчивость сети. Мониторинг и управление сетью Высокое качество транспортного обслуживания для трафика любого типа Стек протоколов SDH состоит из протоколов четырех уровней. Сети DWDM Протокол MPLS (Multiprotocol Label Switching) Итак, основные преимущества

Подобный материал:

• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 408.34kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 488.73kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 371.9kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 560.01kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 276.95kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 547.71kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 546.8kb.
• Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети», 676.23kb.
• Урок по теме «Компьютерные сети. Интернет», 157.31kb.
• Лекция Глобальные сети. Интернет. Корпоративные компьютерные сети, 89.75kb.

Ун-т «Дубна». Курс «Компьютерные сети».

Лекция 16.

- Технологии и протоколы глобальных сетей.

- Первичные сети (PDH, SDH/Sonet, DWDM)

- Технология многопротокольной коммутации MPLS

Технологии глобальных сетей

Технология IP позволяет строить составные сети различного типа – как локальные, так и глобальные. Существуют также технологии, разработанные специально для глобальных сетей. Такие технологии реализованы в сетях Х.25, представляющих сегодня только исторический интерес, а также в активно используемых в настоящее время сетях АТМ и Frame Relay. Объединяет эти технологии то, что они построены на основе техники виртуальных каналов.

Этот подход является альтернативным дейтаграммному способу продвижения данных, реализованному в сетях, поддерживающих IP-протокол. Конкуренция между этими двумя принципами передачи данных существует давно, практически с момента появления первых сетей с коммутацией пакетов. Коммерческие сети долго, практически до конца 90х, предпочитали технику виртуальных каналов, поскольку она обеспечивает более высокую степень контролировать соединения и потоки данных, и, соответственно, больше возможностей для рационального распределения ресурсов между пользователями и обеспечения параметров качества обслуживания дифференцированного трафика.

Дейтаграммный же метод взаимодействия узлов сети, напротив, отличаясь простотой связи любого узла сети с любым другим узлом, предоставляет весьма ограниченные возможности контроля над распределением ресурсов между пользователями.

В современных сетях компромисс достигается за счет сочетания обоих этих методов. В составных глобальных сетях значительная часть образующих ее сетей работает на основе техники виртуальных каналов, то есть являющихся сетями АТМ или Frame Relay. В то же время объединение этих сетей происходит на базе дейтаграммного IP-протокола.

Такое многослойное построение глобальных сетей обеспечивает необходимый результат, но усложняет организацию сети, что приводит к частичному дублированию некоторых функций на разных слоях. Например, протоколы маршрутизации работают как в АТМ-сетях, так и на лежащем выше уровне IP.

Попытка более тесной интеграции протоколов IP c методом виртуальных каналов реализована в протоколе MPLS. В этой технологии маршрутизация осуществляется на основе протоколов стека TCP\IP, а продвижение пакетов осуществляется на основетехники виртуальных каналов.

Важным аспектом эффективной работы глобальных сетей является обеспечение высокоскоростного доступа к сетевым магистралям.

Виртуальные каналы в глобальных сетях.

Впервые техника ВК была использована в сети Х.25, которая появилась практически одновременно с сетью Arpanet, давшей начало Интернету и дейтаграммному протоколу IP. В Х.25 реализована надежная передача данных, что очень ценилось в 70е-80е годы, когда линии связи были в основном аналоговыми и сами по себе не могли обеспечить надежную передачу данных.

Распространение в середине 80х высокоскоростных и надежных цифровых каналов связи сделало функции Х.25 по надежной передаче данных избыточными. Следующим этапом было создание технологии Frame Relay. Освободившись от многих, ставшими ненужными, «обязанностей», эта технология выполняет минимум функций, необходимый для доставки кадров адресату. С другой стороны, возможности Frame Relay по сравнению с Х.25 расширены за счет поддержки параметров качественного обслуживания для эластичного трафика (нечувствительного к задержкам). Для обслуживания синхронного трафика. Например, голосовой информации, необходимо, дополнительно, обеспечить его приоритетное обслуживание на коммутаторах.

Технология АТМ была задумана как технология, ориентированная на передачу всех видов трафика. Фиксированный малый размер кадра (ячейка) позволяет минимизировать задержки реального времени. В настоящее время стандарт АТМ считается лидером по поддержке качества обслуживания и инжинирингу трафика. Однако платой за высокое качество услуг оказывается техническая сложность и высокая стоимость АТМ-сети, а также проблемы обработки ячеек на сверхвысоких скоростях (10Гбит\с).

Существует два типа ВК.

– постоянный канал создается заранее, коммутаторы настраиваюся заранее администратором сети;

– коммутируемый (динамический) создается по инициативе конечного узла с помощью автоматической процедуры.

Процедура установления коммутируемого виртуального канала подобна процедуре установления соединения в телефонных сетях. При этом создание коммутируемого виртуального канала требует наличия в коммутаторах таблиц маршрутизации – неважно, как они построены: вручную или автоматически с помощью какого-либо протокола. В сетях Х.25 протокол маршрутизации не определен, таблицу маршрутизации заполняются вручную. В сетях Frame Relay и ATM протокол составления таблиц маршрутизации также не определен; может использоваться любой фирменный протокол производителя оборудования, либо таблицы составляются вручную.

Узел-инициатор посылает запрос на установление соединения с узлом назначения, содержащий адрес назначения и начальный идентификатор канала. Запрос посылается коммутатору, выбранному узлом-инициатором на основе собственной таблицы маршрутизации. По мере продвижения запроса каждый коммутатор присваивает каналу свой собственный (локальный) идентификатор и отражает всю информацию о канале в своей таблице коммутации. Далее, на основании этих таблиц, будут передаваться пользовательские данные.

ВК могут быть как однонаправленными, так и двунаправленными.

Сравнение техники виртуальных каналов и техники дейтаграмм.

Протоколы с поддержкой виртуальных каналов требуют предварительного установления соединения, что вносит дополнительную задержку перед передачей данных. Эта задержка сказывается при передаче небольших объемов данных – кратковременных потоков, когда время установления соединения соизмеримо со временем самой передачи данных.

Однако время, затраченное на установку соединения, компенсируется быстрой передачей всего потока пакетов. Ускорение достигается за счет двух факторов:

(а) меньший размер таблиц коммутации (т.к. туда заносятся данные не по каждому пакету отдельно, а по сгруппированным в потоки данным).

(б) сокращается адресная часть в пакетах, т.е. снижается объем служебной информации (адрес указан только в первом пакете – запросе на соединение, далее фигурирует более короткий идентификатор канала).

Преимуществом дейтаграммного продвижения данных является быстрая адаптируемость к изменениям топологии сети, связанным, например, с отказами оборудования или перегрузкой линий. При этом дейтаграммы перенаправляются по новому пути, а виртуальный канал разрывается, так что приходится прокладывать его заново в обход отказавших участков.

Алгоритмы контроля параметров трафика.

Для контроля параметров трафика (объем данных, скорость, пульсация) в сетях используются специальные алгоритмы – так называемый «алгоритм ведра маркеров» (АВМ) и его разновидность, «алгоритм дырявого ведра» (АДВ). Рассмотрим работу АДВ на примере сетей Frame Relay.

Для каждого виртуального соединения определяется несколько параметров, связанных со скоростью передачи данных и влияющих на качество облуживания потока. Эти параметры передаются в пакете запроса на установление виртуального соединения.

- Согласованная скорость передачи данных С – скорость, с которой сеть будет передавать данные пользователя.

- Согласованная величина пульсации ВС – максимальное количество байтов, которое сеть будет передавать от данного пользователя за время Т, называемое интервалом пульсации и определяемое по формуле Т=ВС\С.

- Дополнительная величина пульсации ВЕ – максимальное количество байтов, которое может быть передано сверх установленного значения ВС за интервал Т.

Каждый кадр снабжается признаком «готовности к удалению» (DE, Discard Eligibility). Если DE=1, кадры удаляются из сети в случае перегрузки.

Алгоритм АДВ ведет специальный счетчик К поступивших от пользователя данных. Каждые Т секунд значение К уменьшается на величину ВС (или сбрасывается в 0, если К
Возможны варианты. Пользователь может договориться о поддержании только параметров С и ВС. Этот вариант обеспечивает более качественное обслуживание, поскольку кадры не отбрасываются сразу, а помечаются DE=1 при превышении порогового значения ВС. Таким образом, если сеть не сталкивается с перегрузками, кадры такого канала всегда доходят до конечного узла, даже если пользователь постоянно нарушает договор с сетью.

Если в заказе на обслуживание оговаривается только порог ВЕ, а скорость С полагается равной 0, все кадры сразу помечаются DE=1, отправляются в сеть и отбрасываются при превышении порога ВЕ. В этом случае контрольный интервал Т вычисляется как ВЕ\R, где R – скорость доступа к каналу.

Алгоритм ведра маркеров (АВМ) отличается главным образом отсутствием периодического обнуления счетчика. Тем самым, АВМ разрешает трафику в периоды пониженной активности накапливать объем пульсации, а затем использовать эти накопления в период всплеска трафика. Это позволяет использовать АВМ для сглаживания или профилирования трафика – пакет задерживается в очереди, пока «ведро не наполнилось», т.е. счетчик не достиг порогового значения, т.е. если в систему приходит слишком большая или наоборот, маленькая группа пакетов, из очереди пакеты выходят более равномерно.

В АДВ такой возможности нет, т.к. счетчик сбрасывается в конце каждого периода Т независимо от того, сколько байтов поступило от пользователя за этот период. Таким образом, АДВ более жестко контролирует пульсацию трафика по сравнению с алгоритмом ведра маркеров (АВМ).

Первичные сети

Первичные сети предназначены для создания коммутируемой инфраструктуры, на основе которой работают наложенные компьютерные и телефонные сети. Каналы, предоставляемые первичными сетями, обеспечивают высокую пропускную способность – от 2 Мбит\с до 10 Гбит\с. В первичных сетях может использоваться техника коммутации каналов различного типа: с частотным (FDM), временным (TDM) и волновым (WDM) мультиплексированием.

Существует три поколения технологий первичных сетей.

1. плезиохронная цифровая иерархия (PDH)
   
2. cинхронная цифровая иерархия SDH, которой в Америке соответствует стандарт SONET
   
3. уплотненное волновое мультиплексирование (DWDM)
   

Первые две технологии используют для разделения высокоскоростного канала временное мультиплексирование и передают данные в цифровой форме. Каждая из технологий поддерживает иерархию скоростей, так что пользователь может выбирать подходящую ему скорость для каналов, с помощью которых он будет строить свою наложенную сеть.

Технология SDH использует более высокие скорости, чем PDH, так что при построении крупных первичных сетей магистраль строится на основе технологии SDH, а сеть доступа – на основе PDH.

Сети DWBN представляют собой последнее достижение в области создания высокоскоростных каналов. Они уже не являются цифровыми, т.к. предоставляют пользователям выделенную волну для передачи информации по оптоволокну, которую те могут задействовать по своему усмотрению – моделировать или кодировать. Эта технология вытесняет сегодня технологию SDH из протяженных магистралей на периферию сетей, превращая ее в сеть доступа.

Три различные технологии коммутации и мультиплексирования позволяют создать гибкую и масштабируемую первичную сеть, способную обслужить большое количество компьютерных и телефонных сетей.

Технология PDH (Plesiochronic Digital Hierarchy)

Технология PDH была разработана в конце 60х годов компанией АТ&T для связи крупных коммутаторов телефонных сетей между собой и позволила создать качественные цифровые каналы между телефонными станциями. Цифровые первичные сети PDH позволяют образовывать каналы с пропускной способностью от 64кбит\с до 140 Мбит\с, предоставляя абонентам скорости четырех уровней иерархии.

PDH долгое время хорошо справлялась со своими обязанностями в качестве магистральной технологии. Однако быстрое развитие телекоммуникационных технологий привело к необходимости расширения линейки скоростей PDH и максимального использования всех возможностей, которые предоставляла новая среда — волоконно-оптические линии связи.

Одновременно нужно было освободиться от выявленных за время эксплуатации PDH-сетей недостатков, основном из которых является невозможность выделения отдельного низкоскоростного потока из объединенного (высокоскоростного) потока без полного демультиплексирования.

Сам термин «плезиохронный», т.е. «почти» синхронный, говорит о причине такого явления — отсутствии полной синхронности потоков данных при объединении низкоскоростных каналов в высокоскоростные, если каналы работают на несмежных уровнях иерархии скоростей.

Для выравнивания скоростей нескольких низкоскоростных каналов с рассогласованными частотами, технология PDH предусматривает вставку нескольких дополнительных бит между кадрами каналов с относительно меньшими скоростями. Затем эти кадры одинаковой частоты мультиплексируются с чередованием бит в составной кадр второго и более высоких уровней иерархии. В результате для извлечения пользовательских данных из объединенного канала необходимо полностью демультиплексировать кадры объединенного канала.

Если сеть используется в качестве транзитной магистрали между двумя крупными узлами – мультиплексирование (демультиплексирование) не представляет проблемы. Однако если необходимо выделить один или несколько абонентских каналов на промежуточном узле, то задача в рамках технологии PDH простого решения не имеет и требует установки дополнительного оборудования.

Кроме этого, в технологии PDH не были предусмотрены встроенные средства обеспечения отказоустойчивости и управления сетью.

Технология синхронной цифровой иерархии SDH / SONET

Указанные недостатки (недостаточные скорости, отсутствие систем отказоустойчивости и управления сетью, необходимость полного демультиплексирования для выделения отдельного канала) учтены в технологиях SONET (созданной в 1984г) и SDH. Цель разработчиков состояла в создании технологии, способной передавать трафик всех существующих цифровых каналов уровня по высокоскоростной магистральной сети на базе волоконно-оптических кабелей и расширить иерархию скоростей по сравнению с PDH до нескольких гигабит в секунду.

Технология синхронной цифровой иерархии (Synchronous Digital Hierarchy, SDH) и технология синхронных оптических сетей (Synchronous Optical Network, SONET) позволяют создавать надежные транспортные сети и гибко формировать цифровые каналы в широком диапазоне скоростей: от нескольких Мбит\с до десятков Гбит\с. Основная область применения — первичные сети операторов связи. Аппаратура этих двух технологий совместима по всем параметрам,

Мультиплексоры SDH с волоконно-оптическими линиями связи между ними образуют среду, в которой администратор сети SDH организует цифровые каналы между точками подключения абонентского оборудования, телефонных сетей и сетей передачи данных.

Сети SDH относятся к классу сетей с коммутацией каналов на базе синхронного мультиплексирования с разделением по времени (Time Division Multiplexing, TDM), при котором адресация информации от отдельных абонентов определяется ее относительным временным положением внутри составного кадра, а не явным адресом, как это происходит в сетях с коммутацией пакетов.

С помощью каналов SDH обычно объединяют большое количество периферийных (и менее скоростных) каналов PDH.

Сети SDH обладают многими достоинствами.

• Гибкая иерархическая схема мультиплексирования цифровых потоков разных скоростей позволяет вводить в магистральный канал и выводить из него пользовательскую информацию любого поддерживаемого технологией уровня скорости без демультиплексирования потока в целом — а это означает не только гибкость, но и экономию оборудования. Схема мультиплексирования стандартизована на международном уровне, что обеспечивает совместимость оборудования разных производителей.
  
• Отказоустойчивость сети. Сети SDH обладают высокой степенью «живучести» — технология предусматривает автоматическую реакцию оборудования на такие типичные отказы, как обрыв кабеля, выход из строя порта, мультиплексора или отдельной его карты, при этом трафик направляется по резервному пути или происходит быстрый переход на резервный модуль. Переключение на резервный путь осуществляется обычно в течение 50 мс. «Самовосстановление» – автоматическое переключение на резервное оборудование.
  
• Мониторинг и управление сетью на основе включаемой в заголовки кадров информации обеспечивают обязательный уровень управляемости сети вне зависимости от производителя оборудования, что создает основу для наращивания административных функций в системах управления производителей оборудования SDH.
  
• Высокое качество транспортного обслуживания для трафика любого типа — голосового, видео и компьютерного. Лежащее в основе SDH мультиплексирование TDM обеспечивает трафику каждого абонента гарантированную пропускную способность, а также низкий и фиксированный уровень задержек.
  

Сети SDH заняли прочное положение в телекоммуникационном мире. Сегодня они составляют фундамент практически всех крупных сетей — региональных, национальных и международных. Это положение еще более укрепилось в результате появления технологии спектрального мультиплексирования DWDM, поскольку сети SDH могут легко интегрироваться с этим новым типом оптических магистралей с поддержкой очень высоких скоростей в сотни гигабит в секунду. В магистральных сетях с ядром DWDM сети SDH будут играть роль сети доступа, т. е. выполнять те же функции, которые сети PDH играют по отношению к SDH.

Технологии SDH свойственны, конечно, и недостатки. Сегодня чаще всего говорят о ее неспособности динамически перераспределять пропускную способность между абонентами сети — свойстве, обеспечиваемом пакетными сетями. Значимость этого недостатка будет возрастать по мере увеличения доли и ценности трафика данных по отношению к стандартному голосовому.

Кадры STM-N имеют достаточно сложную структуру, позволяющую агрегировать в общий магистральный поток потоки SDH и PDH с различными скоростями, а также выполнять операции ввода/вывода без полного демультиплексирования магистрального потока.

Операции мультиплексирования и ввода/вывода выполняются при помощи виртуальных контейнеров (Virtual Container, VC), в которых блоки данных PDH можно транспортировать через сеть SDH. Кроме блоков данных PDH в виртуальный контейнер помещается еще некоторая служебная информация, в частности, заголовок пути контейнера (Path OverHead, POH). В нем размещается статистическая информация о процессе прохождении контейнера вдоль пути от его начальной до конечной точки (сообщения об ошибках), а также другие служебные данные (например, индикатор установления соединения между конечными точками). В результате размер виртуального контейнера больше, чем соответствующая нагрузка PDH, которую он переносит. Например, виртуальный контейнер VC-12 помимо 32 байт данных потока E-1 содержит еще 3 байта служебной информации. Виртуальные контейнеры — единица коммутации мультиплексоров SDH.

Для совмещения в рамках одной сети синхронной передачи кадров с асинхронным характером переносимых этими кадрами пользовательских данных PDH в технологии SDH применяются указатели (pointers), отмечающие начало пользовательских данных в виртуальном контейнере. Концепция указателей — ключевая в технологии SDH, она заменяет принятое в PDH выравнивание скоростей асинхронных источников посредством дополнительных бит.

Стек протоколов SDH состоит из протоколов четырех уровней.

• Физический уровень, названный в стандарте фотонным (photonic), имеет дело с кодированием бит информации с помощью модуляции света.
  
• Уровень секции (section) поддерживает физическую целостность сети. Под секцией в технологии SDH подразумевается каждый непрерывный отрезок волоконно-оптического кабеля, посредством которого пара устройств SONET/SDH соединяется между собой, например мультиплексор и регенератор, регенератор и регенератор. Ее часто называют регенераторной секцией, имея в виду, что от оконечных устройств не требуется выполнение функций этого уровня мультиплексора. Протокол регенераторной секции имеет дело с определенной частью заголовка кадра, называемой заголовком регенераторной секции (RSOH), и на основе служебной информации может проводить тестирование секции и поддерживать операции административного контроля.
  
• Уровень линии (line) отвечает за передачу данных между двумя мультиплексорами сети. Протокол этого уровня работает с кадрами уровней STS-n для выполнения различных операций мультиплексирования и демультиплексирования, а также вставки и удаления пользовательских данных. Он осуществляет также проведение операций реконфигурирования линии в случае отказа какого-либо ее элемента - оптического волокна, порта или соседнего мультиплексора. Линию часто называют мультиплексной секцией.
  
• Уровень тракта (path) контролирует доставку данных между двумя конечными пользователями сети. Тракт (путь) - это составное виртуальное соединение между пользователями. Протокол тракта должен принять поступающие в пользовательском формате данные, например формате E1, и преобразовать их в синхронные кадры (например,STM-N).
  

Существует несколько типов мультиплексоров, обеспечивающие возможность построения сети с различной топологией – цепь, кольцо, ячеистая топология

Сети DWDM

Технология уплотненного волнового мультиплексирования (Dense Wave Division Multiplexor) предназначена для создания оптических магистралей нового поколения, работающий на мульти-гигабитных скоростях. Скачок производительности обеспечивается за счет принципиально иного по сравнению с SDH метода мультиплексирования – информация в оптическом волокне передается одновременно большим количеством световых волн. Сеть работает по принципу коммутации каналов, при эток каждая световая волна представляет отдельный спектральный канал и несет собственную информацию.

Оборудование DWDM не занимается непосредственно проблемами передачи данных на каждой волне, то есть способом кодирования информации. Основными функциями являются демультиплексирование и мультиплксирование, т.е. объединение различных волн в едином световом пучке и выделение информации каждого спектрального канала из общего сигнала.

Принципиальная новизна состоит в том не только в многократном повышении верхнего предела скоростей передачи по оптоволокну, но и в возможности мультиплексирования световых сигналов без их преобразования в электрические. Все другие технологии, использующие передачу световых сигналов по оптоволокну (SDH, Gigabit Ethernet), обязательно преобразуют световые сигналы в электрические, и только потом могут их мультиплексировать и коммутировать.

В ранних системах WDM использовалось небольшое число спектральных каналов – от 2 до 16. В системах DWDM задействовано от 32 до 160 каналов, что обеспечивает скорость передачи данных для одного волокна до нескольких терабит в секунду.

Современные оптические усилители позволяют увеличить длину линии связи без преобразования сигнала в электрическую форму до 700-1000 км.

Для взаимодействия с традиционными оптическими сетями применяются специальные устройства (трансляторы длин волн), преобразующие длину волны входного сигнала в длину одной из волн стандартного диапазона DWDM.

В полностью оптических сетях все операции мультиплексирования и коммутации каналов выполняются без промежуточного преобразования в электрическую форму, что упрощает и удешевляет сеть

Протокол MPLS (Multiprotocol Label Switching)

Технология MPLS позволяет транспортировать все виды трафика — от пакетных данных до чувствительных к задержке речи и видео.

Когда дело касается доставки сетевого трафика из точки А в точку Б, ни один способ не подойдет всем приложениям сразу. Голосовым и видео-приложениям требуется минимальная вариация задержки, в то время как критически важным приложениям — жесткие гарантии предоставления сервиса и резервных маршрутов.

До сих пор необходимые многим приложениям дифференцированные услуги и гарантии предоставляли только сети с коммутацией каналов. Однако с появлением технологии многопротокольной коммутации с заменой меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS) ситуация должна измениться. MPLS позволяет поддерживать все упомянутые приложения в сети IP без необходимости вводить в значительных областях сети иные транспортные механизмы, протоколы маршрутизации и планы адресации.

Технология многопротокольной коммутации с помощью меток считается сегодня одной из самых перспективных транспортных технологий. Эта технология объединяет технику ВК с функциональностью стека ТСР\IP.

Объединение происходит за счет того, что одно и то же устройство, называемое «коммутирующий по меткам маршрутизатор» (Label switch Router, LSR), выполняет как функции IP-маршрутизаторов, так и коммутатора виртуальных каналов. Причем это не механическое объединение двух устройств, а тесная интеграция, когда функции каждого устройства дополняют друг друга и используются совместно.

Многопротокольность технологии MPLS состоит в том, что она может использовать протоколы маршрутизации не только стека ТСР\IP, но и любого другого стека, например IPX\SPX. При этом общая архитектура LSR останется такой же.

Впервые идея объединения маршрутизации и коммутации в одном устройстве была реализована в середине 90х в комбинированном устройстве IP\ATM, где была использована новая технология IP switching,которая решала проблему неэффективной передачи кратковременных потоков данных с помощью техники ВК. Чтобы кратковременные потоки передавались без установки ВК, во все АТМ-коммутаторы были встроены блоки IP-маршрутизации, реализующие маршрутизацию АТМ-ячеек кратковременного потока на основе стандартных протоколов маршрутизации (RIP, OSFP). Долговременные потоки передавались традиционным дла АТМ способом – на основе техники ВК.

Эта идея была сразу замечена и подхвачена другими разработчиками.

В конце 90х рабочей группой IETF была создана технология MPLS, в которой был сохранен главный принцип технологий-предшественниц – протоколы маршрутизации используются для определения топологии сети, а для продвижения данных внутри одного поставщика услуг используется техника ВК.

Устройство LSR поддерживает все функции IP-маршрутизатора, а для поддержки функций MPLS включает ряд дополнительных блоков. Так, блок продвижения по метке передает IP-пакет не на основе адреса назначения, а на основе поля метки в заголовке пакета. При этом для продвижения по хопам используется таблица коммутации (таблица продвижения) по аналогии с другими технологиями, основанными на технике ВК.

С помощью путей коммутации по меткам (Label switch path, LSP) устройства LSR должны образовывать полносвязанную структуру. Пути коммутации по меткам прокладываются предварительно, в соответствии с топологией межсетевых соединений. LSP представляет собой однонаправленный канал, поэтому для обмена данными между двумя устройствами нужно установить два пути коммутации по меткам.

Пограничные устройства LSR в технологии MPLS имеют специальное название – Label Switch Edge Routers, LER. Устройство LЕR принимает трафик от других сетей в форме стандартных IP-пакетов, а затем добавляет к нему метку и направляет вдоль соответствующего пути к выходному устройству LЕR через несколько промежуточных устройств LSR. При этом пакет продвигается не на основе адреса назначения, а на основе метки, которая удаляется на предпоследнем устройстве.

Заголовок MPLS-пакета состоит из следующих полей:

1. Метка (20 бит) используется для выбора LSP
   
2. Время жизни (8 бит) обеспечивает возможность отбрасывания «заблудившихся» пакетов, не обращаясь к заголовку IP.
   
3. Класс услуги (3 бита) используется для указания класса трафика
   
4. Признак дна стека меток – S (1 бит).
   

MPLS-сеть организована в виде доменов, по каждому из которых прокладывается путь, так что совокупность путей представляет иерархически организованную систему агрегированных внутридоменных и междоменных путей LSP. MPLS-кадр, перемещаясь вдоль иерархически организованного пути, имеет столько заголовков, сколько уровней иерархии имеет путь. Последовательность заголовков организована как стек, тка что всегда имеется метка, находящаяся на вершине стека, и метка, находящаяся на дне стека, имеющая признак S=1.

Итак, основные преимущества MPLS.

1. Внедрение новых контрольных протоколов часто требует внесения изменений в оборудование маршрутизации. MPLS сводит к минимуму необходимость подобных изменений за счет разделения функций маршрутизации и коммутации, в результате маршрутизация может быть изменена практически независимо от коммутации. Это должно значительно облегчить введение новых протоколов маршрутизации и упростить, ускорить и снизить вероятность ошибки при проектировании оборудования.

2. Голос и видео наилучшим образом поддерживаются именно транспортом с коммутацией каналов, потому что он сводит к минимуму вариацию задержки. MPLS должен позволить упростить контроль за качеством передачи аудио и видео за счет определения надлежащего обслуживания чувствительного к задержкам трафика на транзитных узлах. Вдобавок возможности резервирования и динамического размещения протокола распространения меток с учетом ограничений (Constraint-based Label Distribution Protocol, CR-LDP) должны помочь держать этот потенциально опасный трафик под контролем (для сравнения, передача видео на базе UDP способна внести настоящий хаос в другой трафик при отсутствии надлежащего контроля).

3. Регулирование трафика невозможно без коммутации каналов, так как без нее резервирование и учет необходимой пропускной способности при передаче нового трафика невозможны. MPLS имеет необходимую гибкость для размещения потоков трафика, так как она предоставляет возможность зарезервировать пропускную способность и динамически вычислять путь. В отличие от обычного IP, где требуется, чтобы весь трафик следовал до адресата вдоль одного и того же пути, MPLS позволяет осуществлять контроль потоков за множеством имеющихся путей до адресата.

4. Регулирование трафика предполагает возможность вычислять маршруты автоматически и вручную в соответствии с произвольными ограничениями, в том числе с доступной пропускной способностью. MPLS позволяет учитывать при расчете маршрутов пропускную способность и 32 других параметра. Не отвечающие этим ограничениям каналы исключаются из рассмотрения.

5. Формирование трафика требует установления соединения, чтобы он мог быть идентифицирован и затем соответствующим образом обслужен. Трафик MPLS содержит метку, на основании которой формирование трафика в соответствии с потоками осуществляется аппаратным образом столь же просто, как в ATM.

6. Высоко-критичным приложениям требуются твердые гарантии обслуживания и маршрутизации, предоставить которые могут только сети с коммутацией каналов. MPLS обеспечивает ранжирование индивидуальных потоков, чтобы в случае сбоя или при отсутствии доступной пропускной способности более важные потоки имели приоритет — либо за счет маршрутизации в обход, либо за счет закрытия менее важных потоков.

7. Предоставляет возможность обеспечения качества и безопасности путем организации виртуальных частных сетей (VPN) на основе разграничения трафика без обязательного шифрования данных. (VPN необходимы контролируемые эффективные туннели; транспорт MPLS не считывает заголовки транспортируемых им пакетов; поэтому используемая в этих пакетах адресация может носить частный характер.)