2.3.2 Стек міток

У рамках архітектури MPLS разом з пакетом дозволено передавати не одну мітку, а цілий їх стік. Операції додавання/вилучення мітки визначені як операції на стеці (push/pop). Результат комутації задає лише верхня мітка стека, нижні ж передаються прозоро до операції вилучення верхньої. Такий підхід дозволяє створювати ієрархію потоків у мережі MPLS і організовувати тунельні передачі. Стік складається з довільного числа елементів, кожний з яких має довжину 32 біта: 20 біт становлять властиво мітку, 8 приділяються під лічильник часу життя пакета, один указує на нижню межу стека, а три не використовуються. Мітка може ухвалювати будь-яке значення, крім декількох зарезервованих.

Мал. 22 Компоненти комутованого маршруту

Шлях, що комутирується (LSP) одного рівня складається з послідовного набору ділянок, комутація на яких відбувається за допомогою мітки даного рівня (мал. 2). Наприклад, LSP нульового рівня проходить через пристрої LSR 0, LSR 1, LSR 3, LSR 4 і LSR 5. При цьому LSR 0 і LSR 5 є, відповідно, вхідним (ingress) і вихідним (egress) маршрутизаторами для шляху нульового рівня. LSR 1 і LSR 3 відіграють ту ж роль для LSP першого рівня; перший з них робить операцію додавання мітки в стек, а другий — її вилучення. З погляду трафіка нульового рівня, LSP першого рівня є прозорим тунелем. У будь-якому сегменті LSP можна виділити верхній і нижній LSR стосовно трафіка. Наприклад, для сегмента «LSR 4 — LSR 5» четвертий маршрутизатор буде верхнім, а п'ятий — нижнім.

2.3.3 Прив'язка й розподіл міток

Під прив'язкою розуміють відповідність між певним класом FEC і значенням мітки для даного сегмента LSP. Прив'язку завжди здійснює «нижній» маршрутизатор LSR, тому й інформація про неї поширюється тільки в напрямку від нижнього LSR до верхнього. Разом із цими відомостями можуть передаватися атрибути прив'язки.

Обмін інформацією про прив'язку міток і атрибути здійснюється між сусідніми LSR за допомогою протоколу розподілу міток. Архітектура MPLS не залежить від конкретного протоколу, тому в мережі можуть застосовуватися різні протоколи мережної сигналізації. Дуже перспективно в даному відношенні — використання RSVP для сполучення резервування ресурсів і організації LSP для різних потоків.

Існують два режими розподілу міток: незалежний і впорядкований. Перший передбачає можливість повідомлення верхнього вузла про прив'язку до того, як конкретний LSR одержить інформацію про прив'язку для даного класу від свого нижнього сусіда. Другий режим дозволяє висилати подібне повідомлення тільки після одержання таких відомостей від нижнього LSR, за винятком випадку, коли маршрутизатор LSR є вихідним для цього FEC.

Поширення інформації про прив'язку може бути ініційоване запитом від верхнього пристрою LSR (downstream on-demand) або здійснюватися спонтанно (unsolicited downstream).

2.4 Побудова маршруту, що комутирується

Розглянемо, як система MPLS автоматично створює шлях LSP у найпростішому випадку — за допомогою протоколу LDP. Архітектура MPLS не вимагає обов'язкового застосування LDP, однак, на відміну від інших можливих варіантів, він найбільш близький до остаточної стандартизації.

Спочатку за допомогою багатоадресного розсилання повідомлень UDP комутуючі маршрутизатори визначають своє «сусідство» (adjacency) у рамках протоколу LDP. Крім близькості на канальному рівні, LDP може встановлювати зв'язок між «логічно сусідніми» LSR, що не належать до одному каналу. Це необхідно для реалізації тунельної передачі. Після того як сусідство встановлене, LDP відкриває транспортне з'єднання між учасниками сеансу поверх ТСР. По цім з'єднанню передаються запити на установку прив'язки й сама інформація про прив'язку. Крім того, учасники сеансу періодично перевіряють працездатність один одного, відправляючи тестові повідомлення (keepalive message).

Мал. 23 Заповнення таблиць міток по протоколу LDP

Розглянемо на прикладі, як відбувається заповнення таблиць міток по протоколу LDP (мал. 23). Припустимо, що обраний упорядкований режим розподілу міток LSP зі спонтанним поширенням відомостей про прив'язку.

На стадії A кожне із пристроїв мережі MPLS будує базу топологічної інформації, задіючи кожної із сучасних протоколів маршрутизації (на схемі — OSPF). На стадії B маршрутизатори LSR застосовують процедуру знаходження сусідніх пристроїв і встановлюють із ними сеанси LDP.

Далі (стадія З) LSR 2 на основі аналізу власних таблиць маршрутизації виявляє, що він є вихідним LSR для шляху, що веде до Ip-Мережі 193.233.48.0. Тоді LSR 2 асоціює клас FEC з пакетами, адреса одержувача яких відповідає префіксу даної мережі, і привласнює цьому класу випадкове значення мітки — у нашому випадку 18. Одержавши прив'язку, протокол LDP повідомляє верхній маршрутизатор LSR (LSR 1) про те, що потоку, адресованому мережі із префіксом 193.233.48, привласнена влучна 18. LSR 1 поміщає це значення в поле вихідної мітки своєї таблиці.

На стадії D пристрій LSR 1, якому відоме значення мітки для потоку, адресованого на префікс 193.233.48, привласнює власне значення мітки даному FEC і повідомляє верхнього сусіда (LSR 0) про цю прив'язку. Тепер LSR 0 записує отриману інформацію у свою таблицю. Після завершення даного процесу все готове для передачі пакетів з мережі «клієнта» у мережу з адресою 193.233.48.0, тобто по обраному шляхові LSP.

Специфікація класу FEC може містити кілька компонентів, кожний з яких визначає набір пакетів, відповідних до даного класу. На сьогоднішній день визначено два компоненти FEC: адреса вузла (host address) і адресний префікс (address prefix). Пакет класифікується як приналежний до даного класу FEC, якщо адреса одержувача точно збігається з компонентом адреси вузла або має максимальний збіг з адресним префіксом. У нашому прикладі вузол LSR 0 виконує в процесі передачі класифікацію пакетів, що надходять до нього з мережі клієнта, і (якщо адреса одержувача в них збігається із префіксом 193.233.48), привласнивши пакету мітку 33, відправляє його через інтерфейс 2.

LSR виконує два процеси: маршрутизації й комутації по мітках. Процес маршрутизації функціонує на базі внутрішнього протоколу маршрутизації (наприклад, OSPF). Процес маршрутизації одержує маршрутну інформацію від сусідів і формує таблицю маршрутизації. Таблиця маршрутизації використовується для маршрутизації звичайних Ip-Пакетів.

Процес комутації функціонує на базі протоколу обміну мітками між сусідами (Label Distribution Protocol). Протокол обміну мітками погодить конкретні значення міток для створення цілісних маршрутів комутації по мітках (LSP). Докладне функціонування даного протоколу розглянуте в окремій статті. Процес комутації по мітках при складанні таблиць комутації використовує так само таблицю Ip-Маршрутизації. Взаємозв'язок процесів комутації по мітках і Ip-Маршрутизації наведена на мал. 24.