Podstawowe definicje związane z technologią MPLS (MultiProtocol Label Switching) i wyjaśnienie zasady przetwarzania pakietów w routerach pracujących z MPLS (Multiprotocol Label Switching), m.in. co to jest: etykieta MPLS (MPLS Label),  MPLS LSR,  pakiet z MPLS,  dystrybucja etykiet MPLS,  LDP, stos etykiet MPLS, FEC, label swapping.

Etykiety MPLS

Etykieta MPLS (Multiprotocol Label Switching) (ang. MPLS Label) jest krótkim, stałej długości, identyfikatorem o znaczeniu lokalnym, który jest używany do zidentyfikowania FEC (Forwarding Equivalence Class).  Etykieta MPLS, która jest włożona do konkretnego pakietu reprezentuje FEC, do którego przypisany jest pakiet. 

MPLS LSR upstream i MPLS LSR downstream

Załóżmy, że router LSRu i router LSRd uzgodniły, że wiążą (tzw. binding) etykietę MPLS L do FEC F, dla pakietów wysyłanych od LSRu do LSRd. Wtedy, zgodnie z tym powiązaniem, LSRu nazywamy upstream LSR (Label Switch Router), a LSRd downstream LSR.

Pakiet z MPLS

Pakiet etykietowany MPLS (labeled packet) jest pakietem, w którym zakodowano etykietę MPLS. W pewnych przypadkach etykieta MPLS umiejscowiona jest w enkapsulowanym nagłówku, który jest specjalnie przeznaczony dla tego celu. W innych przypadkach, etykieta może znajdować się w istniejącym nagłówku warstwy łącza danych lub sieciowej, tak długo jak będzie tu dostępne pole dla tego celu. Oczywiście należy uzgodnić sposoby dekodowania etykiet MPLS po obu stronach połączenia.

Przypisanie etykiet MPLS i ich dystrybucja

W architekturze MPLS (Multiprotocol Label Switching), decyzja o powiązaniu konkretnej etykiety L do konkretnego FEC F jest realizowana przez router LSR, który jest downstream (wysyła pakiety) dla tego powiązania. Etykiety te są przydzielone przez downstream (downstream-assigned), a powiązania etykiet są dystrybuowane w kierunku od downstream do upstream. Jeśli router LSR jest skonfigurowany tylko do przepatrywania etykiet, które znajdują się w konkretnym zakresie numeracji, to musi on tylko wiązać etykiety z tego zakresu.

Protokół dystrybucji etykiet MPLS (LDP) 

LDP - Label Distribution Protocol jest zbiorem procedur, dzięki którym jeden router LSR informuje innego o powiązaniach etykieta_MPLS/FEC, które wykonał. Dwa routery LSR, które stosują protokół dystrybucji etykiet LDP do wymiany powiązań etykieta_MPLS/FEC, nazywane są peerami dystrybucji etykiet (label distribution peers). Jeśli dwa MPLS LSRy są peerami to mówimy, że istnieje między nimi label distribution adjacency (sąsiedztwo, przyległość). Label Distribution Protocol (LDP) zawiera również wszelkie negocjacje, w których należy zaangażować dwa label distribution peer w celu nauki możliwości MPLS każdego z nich.

Architektura MPLS (Multiprotocol Label Switching) nie zakłada, że istnieje tylko jeden protokół LDP. Istnieje kilka standardów LDP, istniejące protokoły zostały rozszerzone o pewne możliwości, by można było nałożyć na nie dystrybucję etykiet np. MPLS-BGP, MPLS-RSVP-TUNNELS. Zdefiniowano też kilka nowych protokołów do dystrybucji etykiet MPLS np. MPLS-LDP, MPLS-CR-LDP. 

Stos etykiet MPLS

Etykietowany pakiet (pakiet MPLS)może przenosić kilka etykiet, zorganizowanych jako ostatnia wchodzi, pierwsza wychodzi (typowa kolejka LIFO). Nazywa się to stosem etykiet. Mimo, że MPLS (Multiprotocol Label Switching) wspiera hierarchię, to przetwarzanie etykietowanych pakietów jest całkowicie niezależne od poziomu hierarchii. Przetwarzanie zawsze bazuje na szczytowej etykiecie MPLS, bez względu na to czy wcześniej jakaś etykieta była nad nią bądź aktualnie jakieś są pod nią. Pakiet bez etykiety MPLS jest rozważany jako pakiet, którego stos etykiet jest pusty (czyli głębokość stosu wynosi 0). Jeśli stos etykiet MPLS ma poziom m, to należy to rozumieć tak, że na dole stosu mamy poziom 1, powyżej niego poziom 2, a na szczycie stosu poziom m. Znaczenie stosu etykiet MPLS jest wykorzystywane przy tunelowaniu LSP (Label Switched Path – ścieżki przełączanej w oparciu o etykiety MPLS). 

MPLS NHLFE

Next Hop Label Forwarding Entry (NHLFE) jest wykorzystywany przy przekazywaniu etykietowanych pakietów (pakietów z etykietą MPLS). Zawiera on następującą informację:

1. następny skok pakietu (next hop)
2. operację jaką należy wykonać na stosie etykiet MPLS, jedną z poniższych:
   1. replace - zamiana etykiety MPLS na szczycie stosu na określoną nową etykietę;
   2. pop - zdjąć ze stosu etykietę MPLS;
   3. replace i push – zamienić etykietę MPLS ze szczytu stosu na określoną nową, a następnie umieścić (push) jedną lub kilka nowych etykiet MPLS na stosie.

NHLFE może także zawierać enkapsulację łącza danych, jaką należy użyć w trakcie transmitowania pakietu; sposób kodowania stosu etykiet MPLS podczas transmisji pakietu; oraz inne niezbędne informacje.
 

MPLS ILM

Incoming Label Map (ILM) odwzorowuje każdą przychodzącą etykietę MPLS do zbioru NHLFE. Jest używany, gdy przekazuje się pakiety, które przychodzą jako pakiety z etykietą MPLS. Jeśli ILN odwzorowuje konkretną etykietę MPLS do zbioru NHLFE, który zawiera więcej niż jeden element, dokładnie jeden element tego zbioru musi zostać wybrany zanim pakiet zostanie dalej przekazany. Mając ILM odwzorowanie etykiety MPLS do zbioru zawierającego więcej niż jeden NHLFE może być użyteczne, jeśli np. wymagany jest load balancing przez wiele ścieżek o równym koszcie. 

Odwzorowanie FEC-do-NHLFE w MPLS

FEC-to-NHLFE (FTN) odwzorowuje każdy FEC do zbioru NHLFE. Stosuje się to wtedy, gdy przekazywane pakiety przychodzą bez etykiet, ale mają mieć etykietę MPLS zanim zostaną wysłane dalej. Mając FTN, odwzorowanie etykiety MPLS do zbioru zawierającego więcej niż jeden NHLFE może być użyteczne, jeśli np. wymagany jest load balancing przez wiele ścieżek o równym koszcie.

MPLS Label swapping

Label swapping (zamiana etykiet MPLS) wykorzystuje następującą procedurę przy przekazywaniu pakietów.

W celu przekazania pakietu z etykietą MPLS, router LSR sprawdza etykietę na szczycie stosu etykiet MPLS (MPLS label stack). Wykorzystuje ILM by odwzorować tą etykietę w odpowiedni NHLFE. Stosując informację w NHLFE, router wyznacza, gdzie przekazać pakiet i wykonuje operacje na stosie etykiet MPLS. Następnie koduje nowy stos etykiet w pakiet i go przekazuje.

W celu przekazania pakietu bez etykiety MPLS, router LSR analizuje nagłówek warstwy sieciowej (nagłówek IP), by określić FEC dla pakietu. Następnie stosuje FTN by odwzorować go w NHLFE. Wykorzystując informację z NHLFE, określa gdzie przekazać pakiet i wykonuje operację na stosie etykiet MPLS pakietu. (zdjęcie ze stosu etykiety jest w tym przypadku niedozwolone). Następnie koduje nowy stos etykiet w pakiet i go przekazuje.

Należy pamiętać, że Next Hop zawsze jest brany z NHLFE, gdy stosuje się label swapping.

Label Switched Path (MPLS LSP)

MPLS LSP dla konkretnego pakietu jest sekwencją routerów <R1, ... , Rn> przez które musi on przejść.