Первая проблема заключается в том, куда поставить метку. IP-пакеты не предназначены для виртуальных каналов, и в их заголовке не предусмотрено место для номеров таких каналов. Значит, нужно добавлять новый заголовок MPLS в начало IP-пакета. На линии между маршрутизаторами используется протокол, включающий заголовки PPP, MPLS, IP и TCP (илл. 5.63).
Илл. 5.63. Передача TCP-сегмента с использованием IP, MPLS и PPP
Обычно в заголовок MPLS входит четыре поля, наиболее важное из которых — поле Label (Метка), в котором содержится индекс. Поле QoS указывает на применяемый класс обслуживания. Поле S связано со стеком меток (речь об этом пойдет ниже). Поле TtL показывает, сколько еще раз пакет можно переслать. Его значение уменьшается на каждом маршрутизаторе; если оно равно 0, пакет игнорируется. Благодаря этому исключаются бесконечные циклы при сбое маршрутизации.
MPLS располагается между протоколом сетевого уровня IP и протоколом канального уровня PPP. Этот уровень нельзя назвать третьим, так как метки задаются на основе IP-адреса или другого адреса сетевого уровня. Но это и не второй уровень хотя бы потому, что MPLS контролирует передачу пакета на нескольких транзитных участках, а не на одном. Иногда его называют протоколом уровня 2.5. Это яркий пример того, что реальные протоколы не всегда вписываются в идеальную уровневую модель.
Заголовки MPLS не являются частью пакетов сетевого уровня и не имеют отношения к фреймам канального уровня. Поэтому MPLS — это метод, не зависящий от этих уровней. Помимо прочего, это свойство означает, что можно создать такие коммутаторы MPLS, которые могут по необходимости пересылать как IP-, так и не-IP-пакеты. Именно отсюда следует «мультипротокольность», отраженная в названии MPLS. Также он может передавать IP-пакеты через не-IP-сети.
Когда пакет, расширенный за счет заголовка MPLS, прибывает на маршрутизатор коммутации меток (Label Switched Router, LSR), извлеченная из него метка используется в качестве индекса таблицы. Далее по таблице определяется исходящая линия и значение новой метки. Смена меток используется во всех сетях с виртуальными каналами. Метки имеют только локальное значение, и два разных маршрутизатора могут снабдить независимые пакеты одной меткой, если их нужно направить на одну и ту же линию третьего маршрутизатора. Поэтому, чтобы метки можно было различить на стороне получателя, их приходится менять при каждом переходе. Мы видели этот механизм в действии — на илл. 5.3. В MPLS используется такой же метод.
Вообще, иногда различают пересылку (forwarding) и коммутацию (switching). Под пересылкой при этом понимается поиск адреса, наиболее точно совпадающего с адресом назначения, в таблице маршрутизации, чтобы решить, куда отправлять пакет. Примером IP-пересылки является алгоритм поиска наиболее длинного совпадающего префикса. При коммутации в таблице маршрутизации производится поиск по меткам, извлеченным из пакета. Это проще и быстрее. Но эти определения далеко не универсальны.
Так как большинство хостов и маршрутизаторов не воспринимают MPLS, мы могли бы задаться вопросом, как и когда метки прикрепляются к пакетам. Это происходит в тот момент, когда пакет достигает границы MPLS-сети. Пограничный маршрутизатор (Label Edge Router, LER) проверяет IP-адрес назначения и другие поля, определяя, по какому MPLS-пути должен пойти пакет, и присваивает пакету соответствующую метку. По ней пакет пересылается в сети MPLS. На другой границе MPLS-сети метка уже не нужна, и она удаляется, после чего IP-пакет становится открытым для другой сети. Этот процесс показан на илл. 5.64. От традиционных виртуальных каналов он отличается уровнем агрегации. Конечно, можно каждому проходящему через MPLS-сеть потоку дать собственный набор меток. Но более распространенный прием — группировка потоков, заканчивающихся на данном маршрутизаторе или в данной LAN, и использование для них одной метки. Такие потоки принадлежат одному классу эквивалентности пересылок (Forwarding Equivalence Class, FEC). В него входят пакеты, идущие по одному и тому же маршруту и обслуживаемые по одному классу (в терминах дифференцированного обслуживания), поскольку при пересылке все они обрабатываются одинаково.
Илл. 5.64. Пересылка IP-пакета через MPLS-сеть
При традиционной маршрутизации с использованием виртуальных каналов невозможно cгруппировать пути с разными адресатами в один виртуальный канал, потому что получатель не сможет их различить. В MPLS пакеты содержат не только метку, но и адрес назначения, поэтому в конце помеченного пути заголовок с меткой можно удалить, а дальнейшая маршрутизация может быть традиционной — с использованием адреса назначения сетевого уровня.
