چرا فورواردکردن IP سنتی محدودیتهایی در مقیاس ارائهدهنده دارد
فورواردکردن مبتنیبر-CEF که پیشتر در این مجموعه بحث شد تصمیمات فورواردکردن IP را با پیشمحاسبه FIB و جدول adjacency بهطور فوقالعاده کارآمد میکند، اما هر روتر در طول مسیر یک بسته همچنان بهطور مستقل جستجوی longest-prefix-match خودش را انجام میدهد، که پیشتر در این مجموعه درباره اصول مسیریابی بحث شد، صرفاً بر اساس آدرس IP مقصد. در شبکههای ارائهدهنده خدمات بزرگ که حجمهای عظیم ترافیک را حمل میکنند، و نیاز به کنترل مهندسی ترافیک دقیق روی اینکه دقیقاً کدام مسیر فیزیکی ترافیک طی کند دارند، این مدل جستجوی مستقل هر-هاپ محدودیتهای واقعی دارد.
ایده اصلی MPLS: یکبار برچسب بزن، مکرراً سوئیچ کن
MPLS (Multiprotocol Label Switching) این مدل را اساساً تغییر میدهد: بهجای اینکه هر روتر در طول مسیر یک تصمیم فورواردکردن مستقل بر اساس هدر IP بگیرد، یک Label (برچسب) کوتاه و با طول-ثابت به هر بسته در ورودی شبکه متصل میشود، و هر روتر بعدی بسته را با استفاده از این برچسب ساده فوروارد میکند بهجای دوبارهبررسیکردن هدر IP اصلاً.
ساختار برچسب MPLS (یک فیلد ۳۲ بیتی درجشده
بین هدر لایه ۲ و هدر IP، که پیشتر در این
مجموعه درباره کپسولهسازی بحث شد):
Label: 20 بیت (مقدار برچسب واقعی، 0-1,048,575)
EXP: 3 بیت (برای علامتگذاری QoS استفاده میشود،
مشابه از نظر هدف با علامتگذاری DSCP که
پیشتر در این مجموعه بحث شد)
S: 1 بیت (پایین پشته برچسب را نشان میدهد،
چون چند برچسب میتوانند روی هم انباشته شوند)
TTL: 8 بیت (مانند فیلد TTL IP عمل میکند،
و از حلقههای بینهایت جلوگیری میکند)نقشهای روتر MPLS
Label Edge Router (LER): در مرز شبکه MPLS قرار
میگیرد، و جستجوی IP اولیه را انجام میدهد و
برچسبها را متصل (یا حذف) میکند -- این تنها
نقطهای است که یک جستجوی جدول مسیریابی IP
سنتی کامل، که پیشتر در این مجموعه بحث شد،
واقعاً رخ میدهد
Label Switch Router (LSR): درون هسته شبکه MPLS
قرار میگیرد، و تصمیمات فورواردکردن را کاملاً
بر اساس مقدار برچسب میگیرد، بدون هرگز بررسی
هدر IP زیربنایی اصلاًاین تقسیم کار منبع بهره کارایی اصلی MPLS است: جستجوی برچسب که از نظر محاسباتی سادهتر است، جستجوی IP پیچیدهتر را برای هر روتری بهجز آنهایی که در لبه شبکه هستند جایگزین میکند، جایی که آن پیچیدگی واقعاً نمیتواند اجتناب شود.
برچسبها چگونه اختصاص مییابند: LDP
LDP (Label Distribution Protocol) روشی است که روترهای MPLS همسایه بهطور خودکار روی اینکه کدام مقدار برچسب کدام شبکه مقصد را نشان میدهد توافق میکنند، و Label Forwarding Information Base (LFIB) که LSR ها برای گرفتن تصمیمات فورواردکردن ساده و مبتنیبر-برچسبشان استفاده میکنند را میسازند.
Router(config)# mpls ip
Router(config)# interface gigabitethernet 0/0
Router(config-if)# mpls ip
-- فعالکردن MPLS روی یک اینترفیس بهطور خودکار
-- LDP را فعال میکند تا شروع به کشف همسایگان
-- و تبادل bindings برچسب برای مسیرهای ازقبل-
-- شناختهشده از طریق IGP زیربنایی کند
-- (OSPF یا EIGRP، که پیشتر در این مجموعه بحث
-- شد)، چون MPLS کاملاً به جدول مسیریابی IP
-- موجود برای تعیین دسترسپذیری متکی است --
-- مسیریابی IP را جایگزین نمیکند، فقط مکانیزم
-- فورواردکردنتوزیع برچسب: تبلیغ ناخواسته پاییندستی
یک binding برچسب واقعاً چگونه ساخته میشود:
۱. روتر B یک مسیر به شبکه 192.168.1.0/24
در جدول مسیریابی IP خودش دارد (یادگرفتهشده
از طریق OSPF، برای مثال)
۲. روتر B یک برچسب محلی (مثلاً 100) برای این
مقصد اختصاص میدهد
۳. روتر B این binding را به همسایه LDP خودش،
روتر A، تبلیغ میکند: "وقتی ترافیک به
192.168.1.0/24 میفرستی از میان من، از
برچسب 100 استفاده کن"
۴. روتر A این را در LFIB خودش ثبت میکند، و
برچسب 100 را به هر ترافیک مقصدش آن شبکه
پیش از فورواردکردنش به روتر B متصل میکنداین قرارداد برچسبگذاری "پاییندستی" -- روتر نزدیکتر به مقصد برچسب را اختصاص و تبلیغ میکند -- اجازه میدهد هر روتر در طول مسیر یک جدول ساده که برچسبهای ورودی را به برچسبهای خروجی و اینترفیسها نگاشت میکند بسازد، بدون نیاز به هیچ آگاهیای از کل مسیر سرتاسر.
دنبالکردن یک بسته برچسبگذاریشده در سراسر شبکه
Router# show mpls forwarding-table
Local Outgoing Prefix Outgoing Next Hop
Label Label or Tunnel Id interface
100 102 192.168.1.0/24 Gi0/1 10.0.0.2
-- این تعویض برچسب را در عمل نشان میدهد: یک
-- بسته که با برچسب محلی 100 میرسد برچسبش به
-- 102 تعویض میشود پیش از فورواردشدن از
-- GigabitEthernet0/1 بهسمت 10.0.0.2 -- هر LSR
-- در طول مسیر همین عملیات تعویض ساده را انجام
-- میدهد، و هرگز هدر IP اصلی را دوباره بررسی نمیکنداین مکانیزم تعویض-برچسب، بهجای یک جستجوی کامل IP در هر هاپ، از نظر محاسباتی سادهتر است و از نظر تاریخی بهطور قابلتوجهی سریعتر در سختافزار بود، هرچند فورواردکردن IP مبتنیبر-CEF مدرن، که پیشتر در این مجموعه بحث شد، تا حد زیادی این شکاف سرعت-خام خاص را بسته — ارزش عملی پایدارتر MPLS امروز در جای دیگری قرار دارد.
ارزش واقعی MPLS امروز کجاست
مهندسی ترافیک: برچسبهای MPLS میتوانند یک
مسیر خاص و صراحتاً مهندسیشده از میان شبکه را
نشان دهند بهجای صرفاً کوتاهترین مسیر IGP،
که اجازه میدهد ترافیک در امتداد یک مسیر
عمداً انتخابشده برای تعادل بار یا اجتناب
از لینکهای خاص هدایت شود
خدمات VPN: MPLS پایه خدمات VPN لایه ۳ مبتنی-بر-
ارائهدهنده است، که اجازه میدهد یک شبکه
ارائهدهنده خدمات واحد ترافیک بسیاری مشتری
جداگانه را حمل کند در حالی که اطلاعات
مسیریابی و ترافیک هر مشتری را کاملاً از هر
مشتری دیگر ایزوله نگه میدارد، با استفاده از
برچسبهای اضافی برای تمایز بین VPN های مشتریاین اپلیکیشن VPN احتمالاً مهمترین کاربرد دنیای واقعی MPLS است: مشتریان سازمانی که یک سرویس "MPLS VPN" از یک ارائهدهنده خریداری میکنند دقیقاً به این مکانیزم ایزولهسازی مبتنیبر-برچسب برای نگهداشتن ایمن ترافیکشان جداشده از هر مشتری دیگری که آن زیرساخت فیزیکی همان ارائهدهنده را به اشتراک میگذارد متکی هستند.
چرا درک MPLS برای شبکهسازی سازمانی اهمیت دارد
در حالی که جزئیات داخلی هسته MPLS عمدتاً توسط ارائهدهندگان خدمات پیکربندی و مدیریت میشود نه مستقیماً مدیران شبکه سازمانی، درک نحوه کار زیربنایی آن برای هرکسی که اتصال WAN مبتنیبر-MPLS را خریداری، عیبیابی، یا حول آن طراحی میکند، که پیشتر در این مجموعه درباره طراحی WAN سنتی و جایگزین SD-WANاش بحث شد، ضروری است. تشخیص اینکه یک "مدار MPLS" یک مسیر برچسبگذاریشده و مهندسیشده از میان شبکه یک ارائهدهنده را نشان میدهد -- نه صرفاً یک اتصال نقطهبهنقطه عمومی -- روشن میکند چرا خدمات MPLS تضمینها و محدودیتهای خاصی دارند که یک اتصال اینترنتی ساده ندارد.