Граничный маршрутизатор коммутации меток (LER)

 

На границах домена MPLS стоят граничные LSR. Документация по MPLS не делает различий между LSR и граничным LSR за исключением их местоположения в домене. Возникающая в документах путаница, связанная с тем, что оба типа коммутаторов обозначались, как LSR, привела к введению термина Label Edge Router (LER, граничный коммутатор меток), позволяющего отличать граничные LSR от внутренних LSR. Разница между ними заключается в следующем важном моменте: LSR в домене MPLS должны коммутировать пакеты по метке MPLS и понимать протоколы MPLS, в то время как LER должен также поддерживать не имеющие отношения к MPLS функции, такие как обычная маршрутизация по IP-адресу, по крайней мере, для одного порта. Одним из основных отличий MPLS от сетей связи с виртуальными каналами (X.25, FR и ATM) является способ построения таблицы маршрутизации. В сетях с виртуальными каналами пользователь, желающий установить соединение, посылает в адрес получателя сообщение запроса соединения. В результате создаётся путь и соответствующая запись в таблице маршрутизации.

В MPLS вообще отсутствует фаза установления каждого соединения. На рисунке 15.3 приведён пример домена MPLS-сети, состоящий из двух граничных (LER1, LER2) и двух внутренних (LSR1, LSR2) маршрутизаторов коммутации меток. Граничный маршрутизатор выполняет функции назначения и удаления меток (LER1 вставляет метку 1 пакета между заголовком IP и заголовком уровня 2 (L2), a LER2 удаляет метку 4 в этом пакете IP). Путь следования пакетов в сети MPLS определяется тем классом эквивалентности при пересылке FEC, который установлен для этого потока во входном граничном маршрутизаторе LER. Такой путь носит название коммутируемого по меткам тракта LSP (Label-Switched Path) и идентифицируется набором меток во внутренних маршрутизаторах (LSR), расположенных на пути следования потока от отправителя к получателю. Внутренний маршрутизатор коммутирует пакет с меткой от одного интерфейса к другому интерфейсу с заменой метки. LER1 принимает пакет с меткой 1 и отправляет этот пакет LSR2 с меткой 5. LSR2 принимает пакет и отправляет LER2 с меткой 4. Таким образом, метка LER и LSR имеет локальное значение, как и логические номера виртуальных каналов в сетях ATM, Frame Relay, X.25. Как видно из рисунка 3 продвижение IP-пакета происходит на основе IP-адресной информации той технологии, которую MPLS использует на участке между оконечной станцией и доменом MPLS и на основе меток внутри домена MPLS. L2 здесь означает уровень 2.

Рис. 15.3. Пример коммутации пакетов «данные»

 

Кроме функции коммутации, каждый маршрутизатор MPLS выполняет функцию управления по формированию таблицы маршрутизации. Эта таблица называется таблицей пересылки LIB (Label Information Base). LIB состоит из входящей метки и одной или нескольких вложенных записей. Каждая такая запись включает выходную метку, номер выходного интерфейса и адрес следующего маршрутизатора в LSR.

Все узлы MPLS используют протоколы маршрутизации TCP/IP для обмена соответствующей информацией маршрутизации с другими узлами MPLS-сети при создании таблицы LIB. Внутренние LSR коммутируют эти служебные пакеты не по меткам, а по обычным IP-заголовкам. Продвижение кадра в MPLS-сети происходит на основе метки MPLS и техники коммутируемого по меткам тракта LSР, а не на основе адресной информации и той технологии, формат кадра которой использует MPLS. Например, если в MPLS применяется кадр Ethernet, то МАС-адреса источника и приемника, хотя и присутствуют в соответствующих полях Ethernet, но для продвижения кадра не задействуются.

Стек меток

 

Функциональные возможности стека MPLS позволяют реализовать несколько функций и, в частности, объединить (агрегировать) несколько LSP в один. Концепция стека меток является развитием концепции двухуровневой адресации виртуальных каналов VPI/VPC, принятой в АТМ. Многоуровневый принцип создания путей сокращает время задержки передачи пакета.

Если в одном LSP сливается несколько потоков (каждый поток – со своим FEC и своей меткой), то этот LSP помещает сверху метку нового FEC, который соответствует объединенному потоку пакетов, образующемуся в результате слияния. В точке окончания такого объединенного тракта он разветвляется на составляющие его индивидуальные LSP. Так могут объединяться тракты, имеющую общую часть маршрута. Пример четырёхуровнего стека меток приведён на рисунке 15.4.

Рис. 15.4. Пример четырёхуровнего стека меток MPLS

 

Здесь заголовок MPLS № 1 был первым заголовком MPLS, помещённым в пакет, затем в него были помещены заготовки № 2, № 3, № 4. Извлекаются заголовки меток из стека в обратной последовательности (4,3,2,1). Коммутация по меткам всегда использует верхнюю метку стека, метки удаляются из пакета сверху. Каждый заголовок MPLS имеет собственные значения поля ЕХР, S-бита и поля TTL. Заголовок метки №1 на рисунке 15.4 является самым нижним (S=1). MPLS может выполнять со стеком следующие операции: помещение метки в стек (push), удаление верхней метки из стека (pop), замену метки (swap). На рисунке 15.5 показан пример использования стека в MPLS при создании путей двух пакетов IP с разными адресами назначения и, соответственно, разными значениями FEC. Сеть состоит из двух MPLS - доменов. В LER1 начинаются два пути (коммутируемых по меткам тракта) - LSP1 и LSP2 (LSP1 для пакета IP1с адресом получателя А в заголовке и LSP2 для пакета IP2с адресом получателя В в заголовке). В LER1 метки каждого из этих пакетов (соответственно 305 для первого пакета и 14 - для второго пакета) проталкиваются (push) вниз, а верхней становится в обоих пакетах метка 256. Продвижение обоих пакетов производится по верхней метке, которая на выходе меняет значение (256 на 272).

На предпоследнем LSR2 домене производится удаление (pop) верхней метки. В результате верхней меткой для пакета IP1становится метка 305, а для IP2метка 14 уничтожается. LER2 завершает путь LSP2 пакета IP1, передавая его оконечному устройству. LER2 продвигает пакет IP1на основе таблицы маршрутизации. LER2 заменяет метку 305 на метку 299 и далее через LER3 и LER4 продвигает его по пути LER2 до оконечного пункта А. Приведённый пример двухуровневого пути может быть расширен для любого количества уровней.

Таким образом, если в одном маршрутизаторе сливаются несколько потоков (каждый поток со своим FEC и со своей меткой), то этот коммутируемый по меткам тракт (путь) LSP не заменяет метки, связанные с названными потоками, а оставляет их, помещая сверху метку нового FEC, который соответствует объединенному потоку пакетов, образующемуся в результате слияния. Если в промежуточном маршрутизаторе такого объединенного потока происходит слияние еще с одним потоком, то на верху стека устанавливается еще одна метка. Путь LSP1: LERl, LSRl, LSR2, LER2, LER3, LSR3, LER4 пакета IP1 с адресом получателя пункт А. Путь LSP2: LER1, LSR1, LSR2, LER 2 пакета IP2 с адресом получателя пункт В. В результате стек меток позволяет создать древовидную структуру множества трактов LSP, заканчивающихся в одном маршрутизаторе (корне дерева).

Введем понятие уровня m тракта LSP. Маршрут LSP уровня m представляет собой последовательность маршрутизаторов, которая с входного LSR, помещающего в пакет метку уровня m (стек из m заголовков меток), содержит промежуточные LSR, каждый из которых принимает решение о пересылке пакета на основе метки уровня m и заканчивается входным LSR, где решение о пересылке принимается на основе метки уровня m-1 или на основе обычных (не MPLS, а IP) процедур пересылки. От предпоследнего LSR в выходной граничный маршрутизатор можно передавать пакеты со стеком метки глубины (m-1), поскольку метка уровня m выходному LSR не требуется. В предпоследнем LSR производится уничтожение верхней метки стека.

 

Рис. 15.5. Пример путей LSP1 и LSP2, проложенных в доменах 1 и 2

 

На рис. 15.6 приведен пример древовидной структуры множества трактов LSP четырёх уровней (m=4).

Рис. 15.6. Древовидная структура трактов LSP

В таблице 15.1 приведена структура этих уровней в маршрутизаторах LSR1, LSR2, LSR3, LSR4.

Таблица 15.1. Структура стека меток тракта LSP4

 

Уровни LSP	Содержание метки
	Общая метка LSP1, LSP2, LSP3, LSP4
	Общая метка LSP2, LSP3, LSP4
	Общая метка LSP3, LSP4
	Метка LSP4

 

Аналогично для LSP3, LSP2, LSP1 древовидная структура представляет соответственно три (для LSP3) и два (для LSP1 и LSP2) уровня тракта LSP.