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.

На самом деле MPLS идет дальше. Этот протокол может работать одновременно на многих уровнях, используя несколько меток. Представьте себе ряд пакетов с различными метками (например, если сеть должна по-разному их обрабатывать). Они должны пройти один и тот же путь до определенного адреса. В таком случае мы можем задать для всех пакетов один путь. Когда пакеты, уже имеющие метку, попадают в стартовую точку пути, в начало пакета записывается новая метка. Это называется стеком меток. Внешняя метка служит проводником пакета по маршруту. В конце пути она удаляется, и оставшиеся метки (если они есть) ведут пакет дальше. Бит S (см. илл. 5.63) позволяет маршрутизатору, удаляющему метку, узнать, есть ли еще метки у пакета. Единичное значение бита сообщает, что метка — последняя в стеке, а нулевое значение говорит об обратном.

Наконец, остается понять, как устроены таблицы передачи по меткам. В этом вопросе MPLS существенно отличается от традиционных схем с виртуальными каналами. В них пользователь, желающий установить соединение, отправляет установочный пакет для создания пути и соответствующей ему записи в таблице. В MPLS этого не происходит; в этом методе вообще отсутствует установочная фаза для каждого соединения (иначе пришлось бы менять слишком большую часть программного обеспечения интернета).

Вместо этого информация, необходимая для передачи, задается специальным управляющий протоколом, который совмещает функции протокола маршрутизации и протокола установления соединения. Он отделен от передачи меток, что позволяет использовать множество разных управляющих протоколов. Один из вариантов этого подхода работает следующим образом. При загрузке маршрутизатора выясняется, для каких путей он является пунктом назначения (например, какие префиксы принадлежат его интерфейсам). Для них создается один или несколько FEC; каждому из них выделяется метка, значение которой сообщается соседям. Соседи заносят эти метки в свои таблицы пересылки и отсылают новые метки своим соседям. Процесс продолжается до тех пор, пока все маршрутизаторы не получат представление о путях. По мере формирования маршрутов могут резервироваться ресурсы, что позволяет обеспечить надлежащий уровень QoS. В остальных вариантах устанавливаются другие пути (например, пути управления трафиком, учитывающие неиспользуемую пропускную способность) или создаются пути «по требованию», предоставляющие нужный уровень QoS.

Основные идеи MPLS просты, однако его детали чрезвычайно запутанны, при этом существует множество вариаций, находящихся в стадии активной разработки. Дополнительную информацию можно найти в книгах Дейви и Фаррела (Davie and Farrel, 2008), а также Дейви и Рехтера (Davie and Rekhter, 2000).

5.7.6. Протокол внутреннего шлюза OSPF

Итак, мы изучили процесс передачи пакетов в интернете. Перейдем к новой теме — маршрутизации в интернете. Мы уже упоминали, что интернет состоит из множества независимых сетей или автономных систем, АС (Autonomous Systems, AS), которыми управляют различные организации — компании, университеты, провайдеры. В своей сети организация может использовать собственный алгоритм внутридоменной (или внутренней) маршрутизации (intradomain routing). Но популярных стандартных протоколов существует совсем немного. В этом разделе мы рассмотрим внутридоменную маршрутизацию и популярный протокол OSPF. Протокол внутридоменной маршрутизации также называют протоколом внутреннего шлюза (Interior Gateway Protocol, IGP). В следующем разделе мы обсудим маршрутизацию между независимыми сетями — междоменную маршрутизацию (interdomain routing). В этом случае все сети должны использовать один и тот же протокол междоменной маршрутизации, или протокол внешнего шлюза (exterior gateway protocol). В интернете применяется протокол пограничной маршрутизации (Border Gateway Protocol, BGP). Мы подробно обсудим его в разделе 5.7.7.

Изначально в качестве протокола внутридоменной маршрутизации использовалась схема маршрутизации по вектору расстояний, основанная на распределенном алгоритме Беллмана — Форда (Bellman — Ford) и унаследованная от ARPANET. В первую очередь это использующийся до сих пор протокол маршрутной информации (Routing Information Protocol, RIP). Он хорошо работал в небольших системах, но по мере увеличения АС стали проявляться его недостатки (к примеру, проблема счета до бесконечности и медленная сходимость), поэтому в мае 1979