Обзор телекоммуникационных протоколов: MPLS

Следующая группа протоколов регламентирует групповую передачу и групповую маршрутизацию в стеке TCP/IP.

ПРОТОКОЛЫ ГРУППОВОЙ МАРШРУТИЗАЦИИ

Групповые (multicast) адреса относятся к классу D и предназначены для экономичного распространения в Internet или крупной корпоративной сети аудио- и видеопрограмм, адресованных многочисленной группе пользователей, члены которой могут находиться в различных сетях на большом расстоянии друг от друга. При групповой маршрутизации предусматривается два режима — уплотненный (Dense Mode) и разреженный (Sparse Mode).

В первом случае пользователи располагаются в сети компактно и обладают каналами с достаточной пропускной способностью. Примерами протоколов уплотненного режима могут служить Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP), Multicast Extensions to OSPF (МOSPF) и Protocol Independent Multicast — Dense Mode (PIM-DM). Протокол DVMRP специфирован в RFC 1075 и опирается на протоколы обычной (индивидуальной) маршрутизации, а МOSPF описан в RFC 1584 и задействует протокол OSPF. PIM-DM, как следует из названия, не зависит от нижележащего протокола индивидуальной маршрутизации и передает значительно больший объем данных, которые могут дублироваться.

Во втором случае пользователи произвольно рассредоточены по сети, причем пропускная способность предоставляемых каналов ограничена. Примером протокола разреженного режима является Protocol Independent Multicast — Sparse Mode (PIM-SM), который использует любой нижележащий протокол индивидуальной маршрутизации.

Помимо расcмотренных существует еще несколько протоколов групповой маршрутизации.

Border Gateway Multicast Protoсol (BGMP) — протокол междоменной групповой маршрутизации, поддерживающий групповую маршрутизацию, как зависящую от отправителя (Source-Specific Multicast, SSM), так и не зависящую от него (Any-Source Multicast, ASM).

http://www.javvin.com/protocolBGMP.html

Internet Group Management Protocol (IGMP) позволяет пользователю выходить из состава широковещательной группы (multicast group).

http://www.javvin.com/protocolIGMP.html

Протокол Multicast Address Resolution Server (MARS) поддерживает хосты и маршрутизаторы на базе АТМ для организации соединений «точка-много точек» по типу UNI 3.0/3.1 Форума ATM. Кластеры конечных точек совместно используют MARS для идентификации узлов-получателей в данной широковещательной группе с последующим установлением виртуальных соединений и управлением ими.

http://www.javvin.com/protocolMARS.html

Multiprotocol BGP (MBGP), как следует из названия, добавляет функциональность групповой маршрутизации в протокол BGP.

http://www.javvin.com/protocolMBGP.html

Multicast Source Discovery Protocol (MSDP) описывает механизм соединения множества областей протокола PIM-SM.

http://www.javvin.com/protocolMSDP.html

Multicast-Scope Zone Announcement Protocol (MZAP) обеспечивает поддержку сразу множества уровней административных границ для выделенного диапазона групповых адресов. При этом Multicast Scope определяется как специальный диапазон адресов с определенной топологической спецификой.

http://www.javvin.com/protocolMZAP.html

Pragmatic General Multicast (PGM) представляет собой надежный транспортный протокол для приложений, где требуется доставка заказанных или незаказанных (duplicate-free) данных от множества отправителей к множеству получателей. Благодаря предусмотренным в протоколе PGM опциям он обеспечивает механизмы для поддержки таких разнородных приложений, как обновление мировых и биржевых новостей, конференции данных, передача видео в реальном времени и больших массивов данных.

http://www.javvin.com/protocolPGM.html

МНОГОПРОТОКОЛЬНАЯ МАРШРУТИЗАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ МЕТОК

Необходимость использования стека TCP/IP для поддержки множества типов трафика (данных, видео и аудио) требует реализации механизмов качества услуг (Quality of Service, QoS). Поэтому без преувеличения можно сказать, что настоящее и будущее сетей протокола IP неразрывно связано с технологией многопротокольной маршрутизации с помощью меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS), которая в настоящее время считается одной из самых перспективных транспортных технологий.

Многопротокольность технологии MPLS заключается в том, что она может использовать протоколы маршрутизации не только стека TCP/IP, но и других стеков протоколов. Одной из ее особенностей является игнорирование протокола IP, поскольку последний не содержит информации для гарантированного обеспечения QoS.

Ядром MPLS является устройство, объединяющее в себе механизм виртуальных каналов с функциональностью стека TCP/IP, — маршрутизатор с коммутацией по меткам (Label Switch Router, LSR). Последний не просто сочетает функции маршрутизатора IP и коммутатора виртуальных каналов, а обеспечивает их тесную интеграцию. Функция маршрутизации используется для определения топологии сети, а функция коммутации — для продвижения данных в пределах сети каждого провайдера с помощью механизма виртуальных каналов. Таким образом, тандем IP/MPLS напоминает более ранний тандем IP/АТМ, подтверждая хорошо известную истину «о давно забытом старом».

В настоящее время наибольшую известность получили две модификации MPLS, в которых для достижения необходимой функциональности принципы этой технологии дополняются специфическими механизмами и протоколами:

• модификация MPLS IGP, где MPLS используется только для ускоренного продвижения пакетов сетевого уровня вдоль маршрутов, выбор которых производится в соответствии со стандартными внутренними шлюзовыми протоколами (Interior Gate Protocols, IGP) — RIP или OSPF. Специфическим протоколом маршрутизации в этой области является сигнальный протокол распределения меток LDP (http://www.javvin.com/protocolLDP.html), который для каждого маршрутизатора LSR формирует таблицы продвижения данных. Кроме протокола LDP каждое устройство LSR этой модификации должно поддерживать один из стандартных протоколов маршрутизации (например, RIP, OSPF и т. д.). В случае технологии MPLS IGP пути коммутации по меткам прокладываются в соответствии с существующей топологией сетей IP и не зависят от интенсивности трафика;
• модификация MPLS-TE, где пути коммутации по меткам выбираются для решения задач управления трафиком (Traffic Engineering, TE) на основе видоизмененных протоколов маршрутизации. Она позволяет предоставить услуги QoS с требуемым качеством благодаря максимально сбалансированному использованию ресурсов сети. Технология MPLS-TE, в отличие от MPLS IGP, служит для прокладки путей коммутации по меткам с обеспечением гарантированной пропускной способности соединения в соответствии с принципами управления трафиком TE. Кроме того, пути коммутации по меткам, так называемые туннели TE, прокладываются не автоматически, а только по инициативе сетевого администратора, как это делается, например, в случае постоянных виртуальных каналов PVC ATM.

В MPLS-TE применяются расширения уже упоминавшихся выше протоколов маршрутизации, а также протокола резервирования сетевых ресурсов RSVRP. Так, «принудительный» протокол Constraint-Based LDP (CR-LDP) (http://www.javvin.com/protocolCRLDP.html) представляет собой расширение протокола LDP. Он позволяет поддерживать механизм управления трафиком ТЕ в случае предоставления гарантированного QoS (например, гарантированной пропускной способности). Дополнительные функции CR-LDP по сравнению с LDP используются и в технологии MPLS VPN, поддерживающей услуги виртуальных частных сетей. Кроме протокола CR-LDP модификация MPLS-ТЕ опирается на расширения стандартных протоколов маршрутизации стека TCP/IP, в частности OSPF-TE и IS-IS-TE.

Еще один модифицированный протокол RSVP-TE (http://www.javvin.com/protocolRSVPTE.html) представляет собой расширение стандартного протокола резервирования сетевых ресурсов RSVP, которое поддерживает конкретную реализацию LSP с резервированием сетевых ресурсов или без него. В случае резервирования сетевых ресурсов при прокладывании пути LSP в каждом сигнальном сообщении указывается не только необходимая адресная информация, но и резервируемая пропускная способность, вычитаемая данным сетевым устройством из общей пропускной способности соответствующего интерфейса. Протокол RSVP-TE поддерживает бесперебойную (smooth) ремаршрутизацию, приоритетное прерывание обслуживания и обнаружение «петель».

Все предыдущее изложение было ни чем иным, как попыткой кратко пояснить суть технологии MPLS прежде, чем браться за описание ее главного протокола Generalized Multiprotocol Label Switching (GMPLS) — http://www.javvin.com/protocolGMPLS.html.

GMPLS представляет собой развитие архитектуры MPLS, предусматривающее полное разделение плоскостей сигнализации и данных разных уровней (Control and Data Planes). Он обеспечивает «бесшовное» (seamless) взаимное соединение и конвергенцию существующих и новых сетей, даже если исходящий и входящий узлы принадлежат к разнородным сетям.

GMPLS опирается на модели адресации и маршрутизации протокола IP. Таким образом, для идентификации интерфейсов используется не только адресация IPv4 и/или IPv6, но и традиционные (распределенные) протоколы маршрутизации стека TCP/IP.

Предусмотренная в GMPLS плоскость сигнализации позволяет управлять сетью за счет автоматизации установления, поддержания и разрыва соединений, управления сетевыми ресурсами и обеспечения качества услуг QoS в соответствии с требованиями новых приложений.

Если на плоскости сигнализации в GMPLS применяется технология IP, то плоскость данных, или трафика, включает целый набор его типов, в том числе TDM, пакетный и др.

Протокол GMPLS — открытый протокол, объединяющий все модификации MPLS и соответствующие протоколы. В силу своей открытости он способен вобрать в себя и те модификации MPLS, которые находятся в стадии стандартизации или могут появиться в будущем.