Mi az az MPLS és miért fontos – A modern, gyors és megbízható hálózatok alapja

A modern digitális infrastruktúra gerincét alkotó hálózatok komplex rendszerek, amelyeknek képesnek kell lenniük hatalmas adatmennyiségek gyors, megbízható és biztonságos továbbítására. Ebben a feladatban az IP (Internet Protocol) alapú útválasztásnak megvannak a maga korlátai, különösen, ha nagy teljesítményre, rugalmas forgalomtervezésre és fejlett szolgáltatásokra van szükség.

Itt lép színre az MPLS (Multi-Protocol Label Switching), egy olyan technológia, amely forradalmasította a hálózati adatforgalom kezelését, különösen a szolgáltatói és nagyvállalati hálózatokban. Az MPLS nem egy új protokoll, hanem egy olyan keretrendszer, amely az IP-alapú hálózatok képességeit bővíti ki, számos előnyt kínálva a sebesség, a hatékonyság és a rugalmasság terén.

Alapvetően az MPLS lehetővé teszi a hálózati eszközök számára, hogy az adatok továbbítását ne csak a cél IP-cím alapján, hanem rövid, fix hosszúságú azonosítók, úgynevezett címkék (labels) segítségével végezzék. Ez a mechanizmus jelentősen felgyorsítja az adatcsomagok feldolgozását, mivel a komplex útválasztási táblázatkeresés helyett egyszerű címke-alapú váltásra van lehetőség.

Az MPLS bevezetése a 90-es évek végén alapjaiban változtatta meg a hálózatok építését és működését. Olyan szolgáltatások alapjává vált, mint a virtuális magánhálózatok (VPN-ek) vagy a minőségi szolgáltatás (QoS) biztosítása, amelyek elengedhetetlenek a mai üzleti és fogyasztói igények kielégítéséhez.

Mi is pontosan az MPLS és hogyan működik?

Az MPLS egy olyan mechanizmus, amely a 2. réteg (adatkapcsolati réteg) és a 3. réteg (hálózati réteg) funkcionalitását ötvözi. Gyakran nevezik “2.5-ös réteg” technológiának, mivel az IP-csomagok címkével történő kiegészítésével a hagyományos IP-útválasztás előtti vagy utáni folyamatokba illeszkedik.

A működésének lényege, hogy a hálózat bemeneti pontján (ún. Label Edge Router – LER) az IP-csomagokhoz egy vagy több címkét fűznek. Ezek a címkék nemzetközi szabványok szerint vannak definiálva, és a csomagok útvonalát határozzák meg a hálózaton belül.

A hálózaton belüli útválasztó eszközök, az úgynevezett Label Switch Routerek (LSR-ek), a továbbiakban már nem az IP-fejlécet vizsgálják, hanem kizárólag a címkéket használják az adatcsomagok továbbítására. Ez a címkealapú váltás sokkal gyorsabb, mint az IP-címek alapján történő útválasztási táblázatkeresés, különösen a nagy forgalmú, nagyteljesítményű útválasztóknál.

A címkék alapján történő továbbítás egy előre meghatározott útvonalon történik, amelyet Label Switched Path (LSP)-nek nevezünk. Az LSP-k a hálózat bemeneti pontjától (LER) a kimeneti pontjáig (LER) tartanak, és az adatforgalom ezen az előre definiált úton halad át.

Az MPLS nem helyettesíti az IP-t, hanem kiegészíti azt. Az IP továbbra is felelős a végpontok közötti logikai címzésért, míg az MPLS optimalizálja az adatok továbbítását a hálózaton belül.

Ez a kombináció biztosítja a modern hálózatok számára szükséges sebességet és rugalmasságot, miközben megőrzi az IP-protokoll globális elérhetőségét és interoperabilitását.

Az MPLS kialakulásának okai és története

Az MPLS technológia a 90-es évek közepén jelent meg, válaszul az internet és a hálózati forgalom robbanásszerű növekedésére. Ebben az időszakban az IP-alapú útválasztók processzorai még nem voltak olyan erősek, mint ma, és a minden egyes IP-csomag fejrészének elemzése, majd a hosszú útválasztási táblázatokban való keresés jelentős teljesítménybeli korlátot jelentett.

A hálózati eszközök gyártói, mint például a Cisco (Tag Switching), a Toshiba (Cell-Relay Router), és az Ipsilon Networks (IP Switching), mind saját megoldásokat fejlesztettek ki a probléma orvoslására. Ezek a korai technológiák hasonló elveken alapultak, mint a mai MPLS, azaz a csomagokhoz címkéket rendeltek, és a továbbítást ezek alapján végezték.

Az IETF (Internet Engineering Task Force) felismerte, hogy szükség van egy egységes, szabványosított megközelítésre. Így született meg az MPLS munkacsoport, amelynek célja egy olyan protokoll kifejlesztése volt, amely ötvözi a különféle gyártói megoldások előnyeit, és egy nyílt, interoperábilis szabványt hoz létre.

A szabványosítási folyamat eredményeként 1999-ben megjelentek az első MPLS RFC-k (Request for Comments), amelyek lefektették a technológia alapjait. Az MPLS gyorsan elterjedt a szolgáltatói hálózatokban, mivel képes volt megoldani a teljesítmény, a skálázhatóság és a fejlett szolgáltatások nyújtásának problémáit, amelyeket a hagyományos IP-útválasztás nehezen tudott biztosítani.

Az MPLS azóta is folyamatosan fejlődik, és újabb alkalmazási területekkel bővül, például az 5G mobilhálózatok hátterében, vagy a modern adatközpontok összekapcsolásában is kulcsszerepet játszik.

Az MPLS főbb komponensei és terminológiája

Az MPLS hálózat megértéséhez elengedhetetlen a legfontosabb komponensek és fogalmak ismerete. Ezek alkotják a technológia alapvető építőköveit.

Label Edge Router (LER)

Az LER-ek (Label Edge Routerek) az MPLS hálózat bemeneti és kimeneti pontjai. Ők felelősek az IP-csomagok és az MPLS-címkék közötti konverzióért.

Amikor egy IP-csomag belép az MPLS tartományba, az LER elemzi a csomag IP-fejlécét, meghatározza annak Forwarding Equivalence Class (FEC)-jét, és hozzárendel egy vagy több MPLS-címkét (ezt nevezzük címke-hozzárendelésnek vagy push műveletnek). Amikor egy címkézett csomag elhagyja az MPLS tartományt, az LER eltávolítja a címkét (pop művelet), és továbbítja az eredeti IP-csomagot a célállomás felé.

Label Switch Router (LSR)

Az LSR-ek (Label Switch Routerek) az MPLS hálózat belső útválasztói. Feladatuk az MPLS-címkével ellátott csomagok gyors továbbítása a hálózaton belül.

Az LSR-ek nem elemzik az IP-fejlécet, kizárólag a beérkező címke alapján döntenek a csomag továbbításáról. A bejövő címkét lecserélik egy kimenő címkére (swap művelet), és a csomagot a megfelelő kimeneti interfészen keresztül továbbítják a következő LSR felé az LSP mentén. Ez a címkecserén alapuló továbbítás teszi az MPLS-t rendkívül gyorssá és hatékonnyá.

Label Switched Path (LSP)

Az LSP (Label Switched Path) egy előre meghatározott, egyirányú útvonal az MPLS hálózaton belül, amely mentén a címkézett csomagok haladnak. Az LSP-t a hálózati operátorok konfigurálják vagy automatikusan hozza létre egy címkeelosztó protokoll.

Minden LSP egy adott Forwarding Equivalence Class (FEC)-hez tartozik, ami azt jelenti, hogy az azonos FEC-hez tartozó összes csomag ugyanazon az LSP-n keresztül halad át a hálózaton.

Forwarding Equivalence Class (FEC)

A FEC (Forwarding Equivalence Class) egy olyan csomagok halmaza, amelyek azonos módon kerülnek továbbításra az MPLS hálózaton belül. Ez azt jelenti, hogy az azonos FEC-hez tartozó csomagok ugyanazt az útvonalat követik, ugyanazokat a QoS-beállításokat kapják, és ugyanazokkal a biztonsági paraméterekkel rendelkeznek.

A FEC-et általában az IP-csomag cél IP-címe, forrás IP-címe, portszáma, protokoll típusa vagy más hálózati paraméterek alapján határozzák meg. Az LER felelős a beérkező IP-csomagok FEC-be sorolásáért.

Label Distribution Protocol (LDP)

Az LDP (Label Distribution Protocol) egy olyan protokoll, amely az LSR-ek és LER-ek között cseréli ki az MPLS-címkéket és az azokhoz tartozó FEC-információkat. Az LDP felelős az LSP-k automatikus felépítéséért és karbantartásáért az MPLS hálózaton belül.

Az LDP segítségével az LSR-ek tudomást szereznek arról, hogy melyik címkét kell használniuk egy adott FEC-hez tartozó csomag továbbításához a következő hop felé. Ez biztosítja az MPLS hálózat dinamikus és skálázható működését.

Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering (RSVP-TE)

Az RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering) egy másik protokoll, amelyet az LSP-k felépítésére használnak, de az LDP-től eltérően sokkal finomabb kontrollt biztosít az útvonalak felett. Az RSVP-TE lehetővé teszi explicit útvonalak (explicit paths) definiálását, amelyek nem feltétlenül a legkisebb költségű útvonalak, hanem a hálózati operátor által meghatározott paraméterek, például sávszélesség vagy késleltetés alapján kerülnek kiválasztásra.

Ez a protokoll kulcsfontosságú a forgalomtervezés (Traffic Engineering) szempontjából, mivel segítségével a hálózati erőforrásokat optimálisan lehet elosztani, elkerülve a túlterhelést és biztosítva a kritikus forgalom számára a szükséges minőséget.

Címke (Label) és Címkestack (Label Stack)

A címke egy rövid, fix hosszúságú (általában 20 bit) azonosító, amelyet az IP-csomag elé illesztenek. Ez a címke tartalmazza az útválasztáshoz szükséges információt az MPLS hálózaton belül.

Egy csomaghoz több címke is hozzárendelhető, ez az úgynevezett címkestack. A címkestack lehetővé teszi a hierarchikus címkézést, amely például az MPLS VPN-ek és a forgalomtervezés esetén elengedhetetlen. A stack tetején lévő címkét használják a továbbításhoz, míg az alatta lévő címkék további információkat hordozhatnak, például a VPN azonosítóját.

Az MPLS címke fejléc a következő információkat tartalmazza:

Ez a részletesebb áttekintés segít megérteni az MPLS hálózatok működésének alapjait és a mögötte rejlő logikát.

Az MPLS legfontosabb előnyei a modern hálózatokban

Az MPLS számos jelentős előnnyel jár, amelyek miatt továbbra is kulcsfontosságú technológia marad a szolgáltatói és nagyvállalati hálózatokban.

Nagyobb teljesítmény és sebesség

Az MPLS egyik legfőbb előnye a sebesség. A hagyományos IP-útválasztás során minden routernek elemeznie kell a beérkező IP-csomag fejlécét, meg kell vizsgálnia a cél IP-címet, és útválasztási táblázatában meg kell keresnie a legmegfelelőbb kimeneti interfészt.

Ez a folyamat viszonylag időigényes lehet, különösen nagy forgalmú hálózatokban, ahol a routereknek hatalmas útválasztási táblázatokkal kell dolgozniuk. Az MPLS ezzel szemben a címke-alapú váltásra támaszkodik, ami egy sokkal egyszerűbb és gyorsabb művelet.

Az LSR-eknek csak a címkét kell megvizsgálniuk, és a Label Forwarding Information Base (LFIB) alapján azonnal tudják, hogy melyik kimeneti interfészen, milyen új címkével kell továbbítani a csomagot. Ez a hardveres szintű, ASIC-alapú címkevitel jelentősen csökkenti a feldolgozási időt és növeli az átviteli sebességet.

Rugalmas forgalomtervezés (Traffic Engineering)

Az MPLS kiemelkedő képessége a forgalomtervezés. A hagyományos IP-útválasztás általában a legkisebb költségű útvonalat választja, ami gyakran azt jelenti, hogy a hálózat bizonyos részei túlterheltté válnak, míg más részek kihasználatlanul maradnak.

Az MPLS lehetővé teszi az operátorok számára, hogy explicit módon meghatározzák az adatcsomagok útvonalát az LSP-ken keresztül. Ez azt jelenti, hogy a forgalmat a hálózati terhelés alapján el lehet osztani, elkerülve a szűk keresztmetszeteket és optimalizálva a hálózati erőforrások felhasználását.

Az RSVP-TE protokoll segítségével a hálózati mérnökök nem csak az útvonalat, hanem a sávszélességet, a késleltetést és más paramétereket is garantálhatnak egy adott LSP mentén. Ez kritikus fontosságú a valós idejű alkalmazások, mint például a VoIP vagy a videó streamelés számára.

Virtuális magánhálózatok (VPN-ek) támogatása

Az MPLS talán legelterjedtebb és legfontosabb alkalmazása a Layer 3 VPN-ek (L3VPN) és Layer 2 VPN-ek (L2VPN) biztosítása. Ezek a VPN-ek lehetővé teszik, hogy több ügyfél hálózata fizikailag ugyanazon a szolgáltatói infrastruktúrán keresztül kommunikáljon, de logikailag teljesen elszigetelten működjön.

Az MPLS L3VPN-ek, más néven BGP/MPLS IP VPN-ek, a legnépszerűbb VPN-megoldások a nagyvállalatok és szolgáltatók körében. Ezek a VPN-ek VRF-eket (Virtual Routing and Forwarding instances) használnak az ügyfél útválasztási tábláinak elkülönítésére, és címkestacket alkalmaznak az adatok továbbítására a szolgáltatói hálózaton keresztül.

Az MPLS L2VPN-ek (pl. VPLS – Virtual Private LAN Service vagy VPWS – Virtual Private Wire Service) lehetővé teszik az ügyfelek számára, hogy földrajzilag elszórt telephelyeiket egyetlen virtuális Ethernet hálózatként kezeljék. Ez a technológia különösen hasznos, ha az ügyfélnek szüksége van a Layer 2 protokollok, például az STP (Spanning Tree Protocol) átlátható továbbítására a telephelyei között.

Az MPLS VPN-ek nem csak a költséghatékony hálózatépítést teszik lehetővé, hanem jelentősen növelik a biztonságot és az adatok elkülönítését is.

Skálázhatóság

Az MPLS rendkívül jól skálázható. Mivel az LSR-ek nem kell, hogy minden egyes IP-címet ismerjenek a hálózaton, hanem csak a címke-FEC hozzárendeléseket, ez jelentősen csökkenti az útválasztási táblázatok méretét a hálózat magjában.

Ez a tulajdonság különösen fontos a nagy szolgáltatói hálózatokban, ahol több százezer vagy akár millió útvonalat kell kezelni. Az MPLS lehetővé teszi a hálózat bővítését anélkül, hogy az útválasztók teljesítménye drasztikusan csökkenne.

Gyors hibatűrő képesség (Fast Reroute – FRR)

Az MPLS támogatja a Fast Reroute (FRR) mechanizmusokat, amelyek lehetővé teszik a hálózat számára, hogy rendkívül gyorsan reagáljon a link- vagy node-hibákra. Az FRR segítségével egy alternatív útvonalat (backup LSP) lehet előre konfigurálni minden elsődleges LSP-hez.

Ha az elsődleges útvonal meghibásodik, a forgalom automatikusan és szinte azonnal átterelődik a backup LSP-re, minimális szolgáltatáskiesést okozva. Ez a képesség kritikus fontosságú a valós idejű alkalmazások, például a VoIP vagy az online pénzügyi tranzakciók számára, ahol a másodperc törtrésze is számít.

Minőségi szolgáltatás (Quality of Service – QoS)

Az MPLS kiválóan alkalmas a QoS implementálására. Az MPLS fejlécben található EXP (Experimental) vagy TC (Traffic Class) bitek lehetővé teszik a szolgáltatás minőségének jelölését minden egyes címkézett csomagban.

Ez azt jelenti, hogy a hálózati eszközök prioritizálni tudják a kritikus forgalmat (pl. hang- vagy videóforgalom) a kevésbé érzékeny forgalommal (pl. fájlátvitel) szemben. Az MPLS forgalomtervezési képességeivel kombinálva a QoS biztosítja, hogy a legfontosabb alkalmazások mindig megkapják a szükséges sávszélességet és alacsony késleltetést.

Ezek az előnyök együttesen teszik az MPLS-t a modern, nagy teljesítményű és megbízható hálózatok alapkövévé, lehetővé téve a szolgáltatók és vállalatok számára, hogy rugalmasan és hatékonyan nyújtsanak fejlett hálózati szolgáltatásokat.

MPLS VPN-ek részletesebben: L3VPN és L2VPN

Az MPLS VPN-ek (Virtual Private Networks) az MPLS technológia egyik legfontosabb és legelterjedtebb alkalmazási területe. Ezek a VPN-ek lehetővé teszik a vállalatok számára, hogy biztonságos és elkülönített hálózati kapcsolatokat hozzanak létre földrajzilag elszórt telephelyeik között, a szolgáltatói infrastruktúra felhasználásával.

MPLS Layer 3 VPN (L3VPN) – BGP/MPLS IP VPN

Az MPLS L3VPN, más néven BGP/MPLS IP VPN, a leggyakoribb típusú MPLS VPN. Ez a megoldás a Layer 3 szinten (IP) biztosít virtuális magánhálózatokat az ügyfelek számára.

A működésének alapja a következő:

• VRF (Virtual Routing and Forwarding): Minden ügyfélhez egy különálló útválasztási és továbbítási táblázat tartozik a szolgáltatói élroutereken (PE – Provider Edge router). Ez a VRF biztosítja az ügyfél hálózatának teljes elkülönítését más ügyfelek hálózatától.
• Route Distinguisher (RD): Az RD egy egyedi azonosító, amelyet az ügyfél útvonalaihoz adnak hozzá a VRF-ben. Ez teszi lehetővé, hogy több ügyfél ugyanazokat az IP-címtartományokat használja anélkül, hogy ütközések lennének a szolgáltatói hálózatban. Az RD teszi az ügyfél útvonalait egyedivé a szolgáltatói BGP táblájában.
• Route Target (RT): Az RT egy BGP kiterjesztett közösségi attribútum, amely meghatározza, hogy mely VRF-ekbe kell importálni (és melyekből exportálni) az útvonalakat. Ez teszi lehetővé a különböző telephelyek közötti útvonalcserét egy VPN-en belül.
• PE (Provider Edge) Router: A PE routerek a szolgáltatói hálózat azon szélső routerei, amelyek közvetlenül csatlakoznak az ügyfél hálózatához (CE – Customer Edge router). A PE routerek tartják fenn a VRF-eket, kezelik az RD-ket és RT-ket, és felelősek az IP-csomagok címkézéséért és címke eltávolításáért.
• P (Provider) Router: A P routerek a szolgáltatói hálózat belső routerei, amelyek csak MPLS-címkézett forgalmat továbbítanak. Nincsenek ügyfél-specifikus információik (nincs VRF-jük), ami hozzájárul a skálázhatósághoz.

Amikor egy IP-csomag érkezik egy CE routertől egy PE routerre, a PE router hozzárendeli a megfelelő VRF-hez, majd egy kétrétegű címkestacket ad hozzá. A külső címke az LSP-t azonosítja a PE routerek között (a P routereken keresztül), míg a belső címke az ügyfél VRF-jét azonosítja a cél PE routeren.

MPLS Layer 2 VPN (L2VPN) – VPLS és VPWS

Az MPLS L2VPN-ek a Layer 2 szinten (Ethernet) biztosítanak VPN szolgáltatásokat. Ez azt jelenti, hogy az ügyfél hálózata számára úgy tűnik, mintha egyetlen kiterjesztett Layer 2 szegmens lenne a telephelyek között, függetlenül azok fizikai távolságától.

Két fő típusa van:

• VPWS (Virtual Private Wire Service) / E-Line: Ez a pont-pont (point-to-point) Layer 2 kapcsolatot biztosít két ügyfél telephelye között. Úgy működik, mint egy dedikált Ethernet kábel, amely két pontot köt össze a szolgáltatói MPLS hálózaton keresztül. Ideális nagy sávszélességű, dedikált kapcsolatokhoz.
• VPLS (Virtual Private LAN Service) / E-LAN: Ez a multipont-multipont (multipoint-to-multipoint) Layer 2 kapcsolatot biztosít, létrehozva egy virtuális Ethernet kapcsolót a szolgáltatói hálózatban. Az ügyfél telephelyei egyetlen LAN-ként működnek, még akkor is, ha fizikailag messze vannak egymástól. Ez lehetővé teszi a broadcast forgalom átlátható továbbítását és a Layer 2 protokollok, például az STP működését a VPN-en belül.

Az L2VPN-ek esetében a PE routerek pseudowire-eket (pszeudó-kábeleket) hoznak létre az ügyfél portjai között. Ezek a pseudowire-ek MPLS címkézett csomagokba ágyazva továbbítják a Layer 2 kereteket a szolgáltatói hálózaton keresztül. A pseudowire-ekhez általában egy kétrétegű MPLS címkestacket használnak: egy külső címkét a szolgáltatói LSP-hez, és egy belső címkét a pseudowire azonosításához.

Az L2VPN-ek előnye, hogy az ügyfél teljes kontrollt gyakorolhat a Layer 3 útválasztás felett, mivel a szolgáltatói hálózat átlátható Layer 2 átvitelt biztosít. Ez különösen vonzó azoknak a vállalatoknak, amelyek saját útválasztási protokollokat vagy speciális Layer 3 szolgáltatásokat használnak.

Mind az L3VPN, mind az L2VPN kritikus fontosságú az üzleti hálózatok számára, lehetővé téve a biztonságos, skálázható és költséghatékony kommunikációt a globális telephelyek között. A választás a két típus között általában az ügyfél specifikus igényeitől és a hálózati architektúrától függ.

MPLS és a forgalomtervezés (Traffic Engineering)

A forgalomtervezés (Traffic Engineering, TE) az MPLS egyik legfontosabb és legértékesebb képessége. Lehetővé teszi a hálózati operátorok számára, hogy optimalizálják a hálózati erőforrások kihasználtságát, elkerüljék a szűk keresztmetszeteket, és biztosítsák a kritikus forgalom számára a szükséges szolgáltatásminőséget.

Az IP-alapú útválasztás korlátai a forgalomtervezésben

A hagyományos IP-útválasztás, amely általában az OSPF (Open Shortest Path First) vagy IS-IS (Intermediate System to Intermediate System) protokollokra támaszkodik, alapértelmezetten a “legkisebb költségű” útvonalat választja. Ez azt jelenti, hogy az adatforgalom mindig azon az útvonalon halad, amely a legkevesebb “hopot” vagy a legkisebb metrikát jelenti.

Ez a megközelítés azonban gyakran vezethet ahhoz, hogy a hálózat bizonyos linkjei túlterheltté válnak, míg más, potenciálisan kevésbé terhelt útvonalak kihasználatlanul maradnak. Ezt a jelenséget nevezzük “hot-potato routing”-nak, és jelentősen ronthatja a hálózat teljesítményét és a felhasználói élményt.

Az MPLS TE alapelvei

Az MPLS TE kiküszöböli ezeket a korlátokat azáltal, hogy lehetővé teszi az operátorok számára, hogy explicit, előre meghatározott útvonalakat hozzanak létre az adatforgalom számára. Ezek az útvonalak nem feltétlenül a legkisebb költségűek, hanem a hálózati erőforrások (pl. sávszélesség, késleltetés) figyelembevételével optimalizáltak.

Az MPLS TE kulcsfontosságú elemei:

• Explicit útvonalak (Explicit Paths): Az operátor pontosan meghatározhatja, hogy egy adott LSP mely routereken és linkeken haladjon keresztül. Ez a képesség lehetővé teszi a forgalom manuális irányítását.
• Kényszer-alapú útválasztás (Constraint-Based Routing): Az LSP-k létrehozásakor nem csak a topológiát, hanem egyéb korlátokat is figyelembe lehet venni, mint például a szükséges sávszélesség, a maximális késleltetés, a jitter, vagy az adminisztratív attribútumok (pl. “arany” vagy “ezüst” linkek).
• RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering): Ez a protokoll a leggyakrabban használt mechanizmus az MPLS TE LSP-k felépítésére és karbantartására. Az RSVP-TE üzenetek segítségével az LSP-t létrehozó PE router “jelzi” az útvonalat a hálózaton keresztül, lefoglalja a szükséges erőforrásokat és ellenőrzi, hogy a megadott korlátok teljesíthetők-e.

Az MPLS TE előnyei

Az MPLS TE bevezetése számos előnnyel jár a hálózati operátorok és a végfelhasználók számára:

1. Optimális erőforrás-kihasználtság: Az adatforgalom egyenletesebben osztható el a hálózaton, elkerülve a túlterhelést és maximalizálva a rendelkezésre álló sávszélesség kihasználását.
2. Szolgáltatásminőség (QoS) garanciák: Az explicit útvonalak és az erőforrás-foglalás lehetővé teszi a sávszélesség, késleltetés és jitter garanciák biztosítását a kritikus alkalmazások, mint például a VoIP, a videókonferencia vagy a felhőalapú szolgáltatások számára.
3. Gyors hibatűrő képesség (Fast Reroute – FRR): Ahogy korábban említettük, az MPLS TE lehetővé teszi backup LSP-k előre konfigurálását, amelyek azonnal átveszik a forgalmat hiba esetén, minimalizálva a szolgáltatáskiesést.
4. Jobb hálózati stabilitás: A forgalom proaktív kezelése csökkenti a hálózati torlódások kockázatát, ami stabilabb és megbízhatóbb működést eredményez.
5. Rugalmasság: Az operátorok könnyen módosíthatják az LSP-ket, hogy alkalmazkodjanak a változó forgalmi mintázatokhoz vagy a hálózati topológia változásaihoz.

Az MPLS TE tehát nem csupán egy “szép” funkció, hanem egy alapvető eszköz a modern, nagy teljesítményű hálózatok üzemeltetéséhez. Lehetővé teszi a szolgáltatók számára, hogy hatékonyabban gazdálkodjanak erőforrásaikkal, és magasabb szintű szolgáltatásminőséget nyújtsanak ügyfeleiknek.

Minőségi szolgáltatás (QoS) az MPLS hálózatokban

A minőségi szolgáltatás (Quality of Service, QoS) biztosítása elengedhetetlen a mai hálózatokban, ahol a hang, videó, adatok és kritikus üzleti alkalmazások egyaránt versenyeznek a hálózati erőforrásokért. Az MPLS kiváló keretet biztosít a QoS hatékony megvalósításához.

Az IP QoS és az MPLS integrációja

Az IP hálózatokban a QoS-t általában a DiffServ (Differentiated Services) modell segítségével valósítják meg. Ez a modell az IP-csomag fejlécében található DSCP (Differentiated Services Code Point) mezőket használja a forgalom osztályozására és prioritizálására.

Amikor egy IP-csomag belép az MPLS tartományba egy LER-en keresztül, az LER leképezi az IP-fejléc DSCP értékét az MPLS címke fejlécében található EXP (Experimental) vagy TC (Traffic Class) bitekre. Ezek az EXP/TC bitek 3 bit hosszúak, így 8 különböző prioritási szintet képesek jelölni (0-7).

A hálózaton belüli LSR-ek ezután ezeket az EXP/TC biteket használják a QoS-politikák alkalmazására, például:

• Ütemezés (Scheduling): A különböző prioritású forgalmak eltérő sorokba kerülnek, és az ütemező algoritmusok (pl. Weighted Fair Queuing – WFQ, Class-Based Weighted Fair Queuing – CBWFQ) biztosítják, hogy a magasabb prioritású forgalom előbb kerüljön továbbításra.
• Torlódáskezelés (Congestion Management): A torlódás esetén a hálózati eszközök eldönthetik, hogy mely csomagokat dobják el először (pl. WRED – Weighted Random Early Detection), előnyben részesítve a magasabb prioritású forgalmat.
• Sávszélesség-foglalás (Bandwidth Reservation): Az MPLS Traffic Engineering segítségével dedikált sávszélességet lehet lefoglalni az LSP-ken keresztül a kritikus forgalom számára, garantálva annak rendelkezésre állását.

Az MPLS QoS előnyei

Az MPLS-alapú QoS implementáció számos előnnyel jár:

1. Végponttól végpontig tartó QoS: Az MPLS lehetővé teszi, hogy a QoS paraméterek konzisztensen érvényesüljenek a szolgáltatói hálózaton keresztül, a forrástól a célig.
2. Granuláris kontroll: A forgalomtervezéssel kombinálva az operátorok rendkívül finom kontrollt gyakorolhatnak a hálózati erőforrások felett, és pontosan meghatározhatják, hogyan kezeljék a különböző típusú forgalmat.
3. Egyszerűsített konfiguráció: Bár a kezdeti konfiguráció összetett lehet, az MPLS hálózaton belüli QoS kezelése a címkéknek köszönhetően egyszerűbbé válik, mivel az LSR-eknek nem kell minden csomag IP-fejlécét elemezniük.
4. Skálázhatóság: A címke-alapú QoS jól skálázható nagy hálózatokban is, mivel a QoS döntések a címke alapján történnek, nem pedig az IP-címek alapján.

Az MPLS QoS tehát kulcsfontosságú a mai konvergens hálózatokban, ahol a hang, videó és adatforgalom egyaránt jelen van. Lehetővé teszi a szolgáltatók számára, hogy garantálják a kritikus alkalmazások teljesítményét, és magas minőségű felhasználói élményt nyújtsanak.

MPLS a szolgáltatói hálózatokban és adatközpontokban

Az MPLS technológia alapvető szerepet játszik a modern szolgáltatói hálózatokban és egyre inkább teret nyer az adatközpontok (Data Center, DC) összekapcsolásában is.

Szolgáltatói hálózatok (Service Provider Networks)

A távközlési és internetszolgáltatók számára az MPLS a gerinchálózat (backbone) alapköve. Ennek több oka is van:

• VPN-szolgáltatások: Ahogy már említettük, az MPLS L3VPN és L2VPN szolgáltatások nélkülözhetetlenek az üzleti ügyfelek számára, lehetővé téve a biztonságos és skálázható telephelyek közötti kommunikációt.
• Forrásoptimalizálás: A Traffic Engineering képességek segítségével a szolgáltatók hatékonyan kezelhetik a hatalmas adatforgalmat, elkerülve a hálózati torlódásokat és maximalizálva az infrastruktúra kihasználtságát. Ez kritikus fontosságú a költséghatékony üzemeltetés szempontjából.
• QoS garantálása: A szolgáltatók garantált sávszélességet és alacsony késleltetést biztosíthatnak a kritikus szolgáltatások (pl. VoIP, IPTV, felhőalapú szolgáltatások) számára, ami elengedhetetlen a versenyképességhez.
• Mobilhálózatok backhaulja (5G): Az 5G hálózatok bevezetése hatalmas adatforgalmat generál, amelynek megbízható és nagy sebességű továbbítására van szükség a bázisállomásoktól a központi hálózati elemekig. Az MPLS, különösen a Segment Routinggal kombinálva, ideális megoldást nyújt erre a feladatra.
• IPv6 átállás: Az MPLS képes IPv4 és IPv6 forgalmat is egyaránt hatékonyan továbbítani, megkönnyítve az átállást az IPv6-ra anélkül, hogy a gerinchálózati eszközöket teljesen át kellene alakítani.

Az MPLS tehát lehetővé teszi a szolgáltatók számára, hogy rugalmasan, skálázhatóan és megbízhatóan nyújtsanak széles körű szolgáltatásokat, miközben optimalizálják hálózati infrastruktúrájukat.

Adatközpontok összekapcsolása (Data Center Interconnect – DCI)

Az adatközpontok egyre nagyobbak és elosztottabbak, gyakran több fizikai helyen helyezkednek el. Az adatközpontok összekapcsolása (DCI) kritikus feladat, amelynek során az MPLS is egyre fontosabb szerepet kap.

• Layer 2 kiterjesztés: Sok adatközpont igényli a Layer 2 hálózatok kiterjesztését a különböző DC telephelyek között. Ezt korábban VPLS-sel vagy OTV-vel (Overlay Transport Virtualization) oldották meg, de az EVPN (Ethernet VPN), amely MPLS vagy VXLAN (Virtual Extensible LAN) alapú, egyre inkább a preferált megoldás. Az EVPN lehetővé teszi a Layer 2 és Layer 3 szolgáltatások rugalmas nyújtását a DC-k között.
• Forrásoptimalizálás és QoS a DC-k között: A DCI linkeken áthaladó forgalom (pl. virtuális gépek migrációja, adatreplikáció) rendkívül érzékeny a késleltetésre és a sávszélességre. Az MPLS TE és QoS képességei biztosítják, hogy ezek a kritikus adatfolyamok a szükséges teljesítményt kapják.
• Multi-tenant környezetek: Az adatközpontok gyakran több ügyfelet szolgálnak ki (multi-tenant környezet). Az MPLS VPN-ek biztosítják az ügyfélhálózatok közötti elkülönítést és biztonságot, még akkor is, ha ugyanazon a fizikai infrastruktúrán osztoznak.

Az MPLS tehát nem csak a szolgáltatói gerinchálózatokban, hanem az adatközpontok összekapcsolásában is kulcsszerepet játszik, lehetővé téve a nagy teljesítményű, rugalmas és biztonságos hálózati infrastruktúrák építését és üzemeltetését.

MPLS és IPv6: A jövő hálózatai

Az internet rohamos növekedése és az IP-címek kimerülése miatt az IPv6 protokoll bevezetése elkerülhetetlenné vált. Az MPLS technológia rendkívül jól illeszkedik az IPv6 környezetbe, és kulcsszerepet játszik az átállásban és az IPv6 forgalom hatékony kezelésében.

Hogyan kezeli az MPLS az IPv6 forgalmat?

Az MPLS alapvetően protokollfüggetlen. Ez azt jelenti, hogy nem érdekli, hogy a mögöttes csomag IPv4 vagy IPv6. Az MPLS hálózaton belül az útválasztás kizárólag a címkék alapján történik, nem az IP-fejléc tartalmát vizsgálva.

Amikor egy IPv6 csomag belép az MPLS tartományba egy LER-en keresztül, az LER ugyanúgy hozzárendel egy címkét a csomaghoz, mint egy IPv4 csomag esetében. A hálózaton belüli LSR-ek ezután a címke alapján továbbítják a csomagot anélkül, hogy tudniuk kellene, hogy az egy IPv4 vagy IPv6 csomag.

Ez az “IPv6 over MPLS” megközelítés számos előnnyel jár:

• Egyszerűsített átállás: A szolgáltatóknak nem kell teljesen átállítaniuk a gerinchálózatukat IPv6-ra ahhoz, hogy IPv6 szolgáltatásokat nyújtsanak. Az MPLS hálózaton belül az IPv6 forgalom “alagútban” haladhat anélkül, hogy minden LSR-nek teljes IPv6 útválasztási képességekkel kellene rendelkeznie.
• Költséghatékonyság: Az MPLS lehetővé teszi az IPv6 szolgáltatások bevezetését anélkül, hogy drága hardverfrissítésekre lenne szükség a hálózaton belül.
• Konzisztens szolgáltatásnyújtás: Az IPv6 forgalom ugyanazokat az MPLS-alapú szolgáltatásokat (VPN, QoS, TE) veheti igénybe, mint az IPv4 forgalom, biztosítva a konzisztens teljesítményt és megbízhatóságot.

MPLS és IPv6 VPN-ek

Az MPLS L3VPN-ek kiválóan alkalmasak IPv6 VPN-ek biztosítására is. A PE routerek VRF-jei képesek IPv6 útvonalakat tárolni, és a BGP kiterjesztéseket (pl. MP-BGP) használják az IPv6 útvonalak cseréjére a szolgáltatói hálózaton belül.

Ez lehetővé teszi, hogy a vállalatok és szolgáltatók IPv6-alapú magánhálózatokat hozzanak létre, kihasználva az IPv6 címzési tér előnyeit, miközben élvezik az MPLS VPN-ek nyújtotta biztonságot és skálázhatóságot.

Az MPLS tehát nem csak egy jelenlegi, hanem egy jövőálló technológia is, amely segít áthidalni az átmenetet az IPv4-ről az IPv6-ra, és biztosítja, hogy a hálózatok képesek legyenek kezelni a jövőbeli kihívásokat és igényeket.

MPLS vs. SD-WAN: Melyiket mikor?

Az utóbbi években egyre nagyobb népszerűségre tett szert az SD-WAN (Software-Defined Wide Area Network) technológia, ami sokakban felveti a kérdést, hogy vajon ez jelenti-e az MPLS végét. A valóság azonban az, hogy a két technológia nem feltétlenül versenytársa, hanem sok esetben kiegészítője egymásnak.

Mi az az SD-WAN?

Az SD-WAN egy szoftver-alapú megközelítés a WAN-hálózatok kezelésére és optimalizálására. Célja, hogy leegyszerűsítse a WAN-hálózatok konfigurálását, kezelését és üzemeltetését, lehetővé téve a vállalatok számára, hogy rugalmasan és költséghatékonyan használják fel a különböző kapcsolati típusokat (pl. MPLS, szélessávú internet, LTE/5G).

Az SD-WAN főbb jellemzői:

• Központosított vezérlés: Egy központosított vezérlőfelületen keresztül lehet konfigurálni és kezelni a WAN-hálózatot.
• Alkalmazás-alapú útválasztás: Az SD-WAN képes azonosítani az alkalmazásokat, és azok igényei (pl. késleltetés, sávszélesség) alapján a legmegfelelőbb kapcsolaton keresztül irányítani a forgalmat.
• Több WAN kapcsolat kihasználása: Képes több aktív WAN kapcsolatot használni egyszerre, intelligensen elosztva a forgalmat közöttük, növelve a megbízhatóságot és a sávszélességet.
• Felhő-optimalizálás: Kifejezetten a felhőalapú alkalmazásokhoz és szolgáltatásokhoz optimalizált kapcsolatokat biztosít.

MPLS vs. SD-WAN: Különbségek és átfedések

Íme egy táblázat, amely összefoglalja a főbb különbségeket:

Mikor melyiket válasszuk, vagy hogyan kombináljuk?

A döntés az MPLS és az SD-WAN között nem feltétlenül vagy-vagy helyzet. Sok esetben a legjobb megoldás egy hibrid megközelítés:

• MPLS a megbízhatóságért és QoS-ért: Az MPLS továbbra is a legmegbízhatóbb és legmagasabb QoS garanciákat nyújtó WAN kapcsolat, ideális a kritikus üzleti alkalmazásokhoz, amelyek valós idejű teljesítményt igényelnek (pl. hang, videó, ERP rendszerek).
• SD-WAN a rugalmasságért és költséghatékonyságért: Az SD-WAN tökéletes kiegészítője lehet az MPLS-nek, lehetővé téve a vállalatok számára, hogy a kevésbé kritikus forgalmat (pl. internet böngészés, felhőalapú alkalmazások) olcsóbb szélessávú internet kapcsolaton keresztül irányítsák.
• SD-WAN mint MPLS kiterjesztés: Az SD-WAN képes az MPLS hálózatot kiegészíteni és kiterjeszteni, például a felhőalapú erőforrásokhoz való közvetlen hozzáférés biztosításával, vagy a fiókirodák és távoli telephelyek rugalmasabb és költséghatékonyabb összekapcsolásával.

A modern hálózatokban mindkét technológiának megvan a maga helye. Az MPLS továbbra is a szolgáltatói gerinchálózatok és a legkritikusabb üzleti alkalmazások alapja marad, míg az SD-WAN rugalmasságot, költséghatékonyságot és egyszerűsített menedzsmentet kínál a szélesebb körű WAN igények kielégítésére. Az okos vállalatok mindkettőt kihasználják, hogy egy optimalizált, hibrid WAN infrastruktúrát hozzanak létre.

Az MPLS jövője: Segment Routing és azon túl

Bár az MPLS már több mint két évtizede létezik, és továbbra is kulcsszerepet játszik a hálózati infrastruktúrákban, a technológia folyamatosan fejlődik. Az egyik legfontosabb fejlesztés, amely az MPLS jövőjét formálja, a Segment Routing (SR).

Segment Routing (SR)

A Segment Routing egy olyan hálózati architektúra, amely egyszerűsíti a hálózati forgalomtervezést és a programozható hálózatok alapját képezi. Célja, hogy a forgalomtervezést a hálózat szélére (ingress router) helyezze át, csökkentve ezzel a hálózati mag routereinek komplexitását.

Az SR alapelvei:

• Forrás útválasztás (Source Routing): Az ingress router határozza meg a teljes útvonalat a hálózaton keresztül, egy szegmensek listájával.
• Szegmens azonosítók (Segment Identifiers – SIDs): A hálózati elemek (routerek, linkek) egyedi szegmens azonosítókat kapnak. Az útvonalat ezeknek a SIDs-nek a listája alkotja.
• MPLS vagy IPv6 adatréteg: Az SR kihasználhatja az MPLS címkék (SR-MPLS) vagy az IPv6 fejléc (SRv6) képességeit az útvonal információk továbbítására.

Az SR-MPLS az MPLS címkéket használja a szegmens azonosítók kódolására. Ez lehetővé teszi a szolgáltatók számára, hogy a meglévő MPLS infrastruktúrájukat használják fel az SR előnyeinek kihasználására, minimális változtatásokkal. Az SR-MPLS jelentősen leegyszerűsíti a forgalomtervezést, csökkenti az állapotinformációk mennyiségét a hálózati magban, és javítja a skálázhatóságot.

Az MPLS jövőbeli szerepe

Az MPLS, különösen az SR-MPLS-sel kombinálva, továbbra is a gerinchálózatok és a szolgáltatói infrastruktúrák kulcsfontosságú eleme marad. Néhány érv, ami alátámasztja ezt:

• Bázis technológia: Az MPLS egy jól bevált, robusztus technológia, amely évtizedes tapasztalaton alapul.
• Legacy kompatibilitás: A szolgáltatók hatalmas beruházásokat eszközöltek MPLS-alapú infrastruktúrákba, és az átállás egy teljesen új technológiára rendkívül költséges és időigényes lenne.
• Integráció az új technológiákkal: Az MPLS képes integrálódni az újabb technológiákkal, mint például az SDN (Software-Defined Networking) és a Network Function Virtualization (NFV), lehetővé téve a rugalmas és programozható hálózatok építését.
• 5G és felhő: Az 5G mobilhálózatok és a felhőalapú szolgáltatások növekedése további igényt támaszt a nagy teljesítményű, alacsony késleltetésű és megbízható hálózatokra, amelyeket az MPLS továbbra is hatékonyan képes biztosítani.

Bár a technológiai táj folyamatosan változik, és új megoldások, mint például az SRv6, megjelennek, az MPLS alapelvei és képességei továbbra is relevánsak maradnak. Az MPLS nem eltűnik, hanem fejlődik, és az SR-MPLS révén egy még hatékonyabb és rugalmasabb formában folytatja útját, mint a modern, gyors és megbízható hálózatok alapja.

A hálózati technológiák folyamatosan fejlődnek, de az MPLS alapvető szerepe a modern, nagy teljesítményű és megbízható hálózatok építésében és üzemeltetésében továbbra is megkérdőjelezhetetlen. Képességei a forgalomtervezés, a QoS és a VPN-ek terén elengedhetetlenné teszik a mai digitális infrastruktúrában.