دانلود مقاله در مورد مدلسازی و شبیه سازی سوئیچ MPLS و بررسی مقایسه ای نرم افزارهای موجود فایل ورد (word) دارای 108 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است
فایل ورد دانلود مقاله در مورد مدلسازی و شبیه سازی سوئیچ MPLS و بررسی مقایسه ای نرم افزارهای موجود فایل ورد (word) کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه و مراکز دولتی می باشد.
این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است
توجه : در صورت مشاهده بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی دانلود مقاله در مورد مدلسازی و شبیه سازی سوئیچ MPLS و بررسی مقایسه ای نرم افزارهای موجود فایل ورد (word) ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد
بخشی از متن دانلود مقاله در مورد مدلسازی و شبیه سازی سوئیچ MPLS و بررسی مقایسه ای نرم افزارهای موجود فایل ورد (word) :
فصل اول: کیفیت سرویس و فنآوری های شبکه 1
1-1- مقدمه 1
1-2- کیفیت سرویس در اینترنت 1
1-2-1- پروتکل رزور منابع در اینترنت 3
1-2-2- سرویس های متمایز 4
1-2-3- مهندسی ترافیک 6
1-2-4- سوئیچنگ برحسب چندین پروتکل 9
1-3- مجتمع سازی IP و ATM 9
1-3-1- مسیریابی در IP 12
1-3-2- سوئیچینگ 13
1-3-3- ترکیب مسیریابی و سوئیچینگ 14
1-3-4- MPLS 20
فصل دوم: فنآوریMPLS 23
2-1- مقدمه 23
2-2- اساس کار MPLS 24
2-2-1- پشته برچسب 26
2-2-2- جابجایی برچسب 27
2-2-3- مسیر سوئیچ برچسب (LSR) 27
2-2-4- کنترل LSP 29
2-2-5- مجتمع سازی ترافیک 30
2-2-6- انتخاب مسیر 30
2-2-7- زمان زندگی (TTL) 31
2-2-8- استفاده از سوئیچ های ATM به عنوان LSR 32
2-2-9- ادغام برچسب 32
2-2-10- تونل 33
2-3- پروتکل های توزیع برچسب در MPLS 34
فصل سوم: ساختار سوئیچ های شبکه 35
3-1- مقدمه 35
3-2- ساختار کلی سوئیچ های شبکه 35
3-3- کارت خط 40
3-4- فابریک سوئیچ 42
3-4-1- فابریک سوئیچ با واسطه مشترک 43
3-4-2 فابریک سوئیچ با حافظه مشترک 44
3-4-3- فابریک سوئیچ متقاطع 45
فصل چهارم: مدلسازی و شبیهسازی یک سوئیچ MPLS 50
4-1- مقدمه 50
4-2- روشهای طراحی سیستمهای تک منظوره 50
4-3- مراحل طراحی سیستمهای تک منظوره 52
4-3-1- مشخصه سیستم 53
4-3-2- تایید صحت 53
4-3-3- سنتز 54
4-4 – زبانهای شبیه سازی 54
4-5- زبان شبیه سازی SMPL 56
4-5-1- آماده سازی اولیه مدل 58
4-5-2 تعریف و کنترل وسیله 58
4-5-3 – زمانبندی و ایجاد رخدادها 60
4-6- مدلهای ترافیکی 61
4-6-1- ترافیک برنولی یکنواخت 62
4-6-2- ترافیک زنجیره ای 62
4-6-3- ترافیک آماری 63
4-7- مدلسازی کارت خط در ورودی 64
عنوان صفحه
4-8- مدلسازی فابریک سوئیچ 66
4-8-1- الگوریتم iSLIP 66
4-8-2- الگوریتم iSLIP اولویت دار 71
4-8-3- الگوریتم iSLIP اولویت دار بهینه 76
4-9- مدلسازی کارت خط در خروجی 79
4-9-1 – الگوریتم WRR 80
4-9-2- الگوریتم DWRR 81
4-10- شبیه سازی کل سوئیچ 82
4-11- کنترل جریان 90
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 93
5-1- مقدمه 93
5-2- نتیجه گیری 93
5-3- پیشنهادات 94
مراجع ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;.95
چکیده
امروزه سرعت بیشتر و کیفیت سرویس بهتر مهمترین چالش های دنیای شبکه می باشند. تلاشهای زیادی که در این راستا در حال انجام می باشد، منجر به ارائه فنآوری ها، پروتکل ها و روشهای مختلف مهندسی ترافیک شده است. در این پایان نامه بعد از بررسی آنها به معرفی MPLS که به عنوان یک فنآوری نوین توسط گروه IETF ارائه شده است، خواهیم پرداخت. سپس به بررسی انواع ساختار سوئیچ های شبکه خواهیم پرداخت و قسمتهای مختلف تشکیل دهنده یک
سوئیچ MPLS را تغیین خواهیم کرد. سرانجام با نگاهی به روشهای طراحی و شبیه سازی و نرم افزارهای موجود آن، با انتخاب زبان شبیه سازی SMPL، به شبیه سازی قسمتهای مختلف سوئیچ و بررسی نتایج حاصل می پردازیم. همچنین یک الگوریتم زمانبندی جدید برای فابریک سوئیچ های متقاطع با عنوان iSLIP اولویت دار بهینه معرفی شده است که نسبت به انواع قبلی دارای کارآیی بسیار بهتری می باشد.
Abstract
Nowadays achieving higher speeds and better quality of service are the main subjects of networking. Many attempts are made in this way which have led to introducing various technologies, protocols and traffic engineering methods. In this thesis, after studying the above-mentioned parameters, IETF’s new technology called MPLS will be introduced. Then several different switch architectures are examined and the components of an MPLS switch are selected. Finally after a quick look at design and simulation methods and their available softwares, SMPL is chosen as simulation tool and then switch components are simulated and the results are studied. Also a new scheduling algorithm for crossbar switch fabrics named “The Optimized Prioritized iSLIP” is introduced which has much better performance than its previous versions.
فصل اول
کیفیت سرویس و فنآوری های شبکه
1-1- مقدمه
با گسترش تعداد کاربران اینترنت و نیاز به پهنای باند بیشتر از سوی آنها، تقاضا برای استفاده از سرویسهای اینترنت با سرعت رو به افزایش است و تهیه کننده های سرویس اینترنت برای برآورده سازی این تقاضا ها احتیاج به سوئیچ های با ظرفیت بیشتر دارند ]1[.
در این میان تلاشهای زیادی نیز برای دستیابی به کیفیت سرویس بهتر در حال انجام میباشد. فنآوریATM نیز که به امید حل این مشکل عرضه شد، بعلت گسترش و محبوبیتIP نتوانست جای آن را بگیرد و هم اکنون مساله مجتمع سازی IP و ATM نیز به یکی از موضوعات مطرح در زمینه شبکه تبدیل شده است.
در این فصل به معرفی مسائل و مشکلات مربوط به کیفیت سرویس و مجتمع سازی IP و ATM می پردازیم و راه حلهای ارائه شده از جمله MPLS رابررسی خواهیم نمود.
1-2- کیفیت سرویس در اینترنت
سرویسی که شبکه جهانی اینترنت به کاربران خود ارائه داده است، سرویس بهترین تلاش4 بوده است. یکی از معایب اصلی این سرویس این است که با وجود اینکه مسیریابهای شبکه به خوبی قادر به دریافت و پردازش بسته های ورودی می باشند ولی هیچگونه تضمینی در مورد سالم رسیدن بسته ها به مقصد وجود ندارد. با توجه به رشد روز افزون استفاده از اینترنت و به خصوص با توجه به اشتیاق زیاد به اینترنت به عنوان ابزاری برای گسترش تجارت جهانی، تلاش های زیادی
جهت حفظ کیفیت سرویس (QoS) در اینترنت در حال انجام می باشد. در این راستا در حال حاضر کلاس های سرویس متنوعی مورد بحث و توسعه می باشند. یکی از کلاس های سرویس فوق ، به شرکت ها و مراکز ارائه سرویس های web که نیاز به ارائه سرویس های سریع و مطمئن به کاربران خود دارند، اختصاص دارد.
یکی دیگر از کلاس های سرویس جدید در اینترنت ، به سرویس هایی که نیاز به تاخیر و تغییرات تاخیر کمی دارند، اختصاص دارد. سرویس هایی نظیر تلفن اینترنتی و کنفرانسهای تصویری اینترنتی نمونه ای از سرویس های این کلاس سرویس می باشند.
برای نیل به سرویس های جدید فوق، عده ای براین عقیده هستند که در آینده ای نزدیک تکنولوژی فیبر نوری و WDM آنقدر رشد خواهد کرد که اینترنت به طور کامل بر مبنای آن پیاده سازی خواهد شد و عملا مشکل پهنای باند و همچنین تضمین کیفیت سرویس وجود نخواهد داشت. عقیده دوم که ظاهرا درست تر از عقیده اول می باشد، این است که با وجود گسترش فنآوریهای انتقال و افزایش پهنای باند، هنوز به مکانیسم هایی برای تضمین کیفیت سرویس کاربران نیاز می باشد. در حال حاضر اکثر تولید کنندگان مسیریاب ها و سوئیچ های شبکه اینترنت، در حال بررسی و افزودن مکانیسمهایی برای تضمین کیفیت سرویس در محصولات خود می باشند.
از سوی سازمان جهانی IETF مدل ها و مکانیسم های مختلفی برای تضمین کیفیت سرویس مورد تقاضای کاربران ارائه شده است. برخی از مهمترین این مدل ها عبارتند از:
1- پروتکل رزرو منابع در اینترنت RSVP
2- سرویس های متمایز DS
3- مهندسی ترافیک
4- سوئیچنگ برچسب چندین پروتکل MPLS
در قسمتهای بعدی به طور خلاصه با هر یک از مدل های فوق آشنا می شویم .
1-2-1- پروتکل رزور منابع در اینترنت
پروتکل RSVP به عنوان یک پروتکل سیگنالینگ برای رزرو منابع در اینترنت استفاده می شود. در شکل 1-1 مثالی از عملیات سیگنالینگ RSVP نشان داده شده است. مطابق با شکل فوق، فرستنده ابتدا پیام PATH را ارسال می دارد. در این پیام مشخصات و پارامترهای ترافیکی فرستنده موجود می باشد. هر مسیریاب شبکه با دریافت پیام PATH با کمک جدول مسیریابی خود پیام
را هدایت نموده تا اینکه پیام به مقصد نهایی برسد. گیرنده نهایی بعد از دریافت پیام PATH، پیام RESV را از خود عبور داده و منابع لازم شامل پهنای باند و فضای بافر را به ارتباط جدید اختصاص می دهد. چنانچه یکی از مسیریاب های موجود در مسیر، قادر به قبول پیام RESV نباشد، آنرا رد نموده و پیام خطایی به گیرنده ارسال می نماید و سپس عملیات سیگنالینگ خاتمه می یابد. با
قبول پیام RESVاز جانب هر مسیر یاب موجود در مسیر، اطلاعات وضعیت مربوط به جریان ترافیکی فوق ثبت می شود .
شکل 1-1- مثالی از عملیات سیگنالینگ RSVP
با ورود هر بسته به مسیریاب های شبکه، واحد طبقه بندی کننده، بسته ورودی را به یک کلاس خاص طبقه بندی نموده و سپس بسته ورودی را در یک صف خاص قرار می دهد. عملیات زمانبندی بسته ها در هر صف موجود در مسیریاب، توسط واحد زمان بند بسته طوری انجام می گردد که کیفیت سرویس مورد نظر تامین شود. این سرویس دارای مشکلات زیر می باشد:
1- میزان اطلاعات وضعیت متناسب با تعداد جریان های ترافیکی افزایش می یابد. بنابراین برای نگهداری اطلاعات وضعیت در مسیریاب ها نیاز به حافظه زیادی می باشد. همچنین بالاسری عملیات مسیر یاب ها به شدت افزایش می یابد. لذا قابلیت مقیاس پذیری در ساختار سرویس های مجتمع به هیچ وجه مشاهده نمی گردد .
2- هر مسیر یاب نیاز به پروتکل RSVP، روتین کنترل کننده دسترسی، طبقه بندی کننده جریان ترافیکی و زمان بند بسته دارد . بنابراین می توان گفت که در سرویس های مجتمع وظایف پردازشی مسیریاب ها به شدت زیاد می باشد.
1-2-2- سرویس های متمایز
به خاطر مشکلات پیاده سازی و توسعه سرویس های مجتمع که در بالا به آنها اشاره شد، سرویس های متمایز ارائه گردیدند . همانطور که می دانیم درسر فصل بسته های IPv4 فیلد یک بایتی به نام نوع سرویس (ToS) وجود دارد. در این فیلد سه بیت مختلف وجود دارد که برنامه های کاربردی با استفاده از این سه بیت قادر به تعیین نیازهای خود می باشند. سه بیت فوق عبارتند از:
1- بیت D : نیاز به تاخیر کم
2- بیت R :نیاز به نرخ اتلاف کم (اطمینان بالا)
3- بیت T : نیاز به گذردهی بالا
در سرویس های متمایز، فیلد نوع سرویس به فیلد DS تغییر نام کرده است. با کد گذاری های مختلف فیلد DS و پردازش بسته ها براساس مقدار فیلد فوق، می توان کلاس های سرویس متمایزی را ایجاد نمود.
برای دسترسی به سرویس های متمایز، لازم است که کاربران شبکه به یک توافق سطح سرویس (SLA) با سرویس دهنده های اینترنت ((ISP ، برسند . کلاس های مختلف سرویس و میزان ترافیک هر کلاس در SLA مشخص می شود. SLA می تواند به یکی از دو صورت ثابت و پویا بیان شود. در نوع ثابت توافق ترافیکی بین کاربر و ISP ثابت می باشد، در حالیکه در نوع پویا با استفاده از پروتکل های سیگنالینگ (مثل RSVP ) سرویس مورد نظر کاربر متناسب با تقاضای آن قابل تنظیم می
باشد. براساس SLA توافق شده بین کاربر و شبکه، در مدخل ورودی به شبکه، بستههای ورودی کاربران طبقه بندی، نظارت و در صورت لزوم شکل دهی می گردند. همچنین میزان بافر مورد نیاز جریان ترافیکی کاربر از اطلاعات موجود در SLA استخراج می گردد.
با کمک عملیات طبقه بندی، نظارت، شکل دهی و زمانبندی که در DS اجرا می گردد، می توان به سرویس های متمایز زیر دسترسی پیدا نمود.
1- سرویس های تشویقی : برای کاربردهایی که به تاخیر و تغییرات تاخیر کم نیاز می باشد.
2- سرویس های مطمئن : برای کاربردهایی که به اطمینان بالا نیاز می باشد.
3- سرویس های المپیک : این سرویس ها خود به سه دسته سرویس های طلایی ، نقرهای و
برنزی تقسیم بندی می شوند که به ترتیب کیفیت سرویس کاهش می یابد.
بین استفاده از سرویس های متمایز و RSVP تفاوت های زیر وجود دارد:
از آنجائیکه در سرویس های متمایز تعداد کلاس های سرویس که توسط فیلد DS مشخص می شود بسیار محدود است، بنابراین برخلاف سرویس های مجتمع، میزان اطلاعات وضعیت متناسب با تعداد کلاس های سرویس می باشد نه تعداد جریان های ترافیکی. این امر منجر به قابلیت مقیاس پذیری بالاتر سرویس های متمایز نسبت به سرویس های مجتمع می گردد.
عملیات طبقه بندی، نشانه گذاری، نظارت و شکل دهی فقط در مرز شبکه باید انجام شود. بنابراین پیاده سازی و اعمال سرویس های متمایز ساده تر از سرویس های مجتمع می باشد.
برای پیاده سازی سرویس های مطمئن، ابتدا توسط مسیریاب ورودی شبکه عملیات طبقه بندی و نظارت صورت می گیرد. چنانچه ترافیک ورودی از آنچه که در SLA آمده است، بیشتر باشد در این صورت ترافیک ورودی متخلف می باشد، در غیر این صورت نامتخلف است. تمام بسته های ورودی و خروجی در یک صف قرار می گیرند و برروی آنها مدیریت صف صورت می گیرد .
سرویس های تشویقی برای کاربرانی که ترافیک تولیدی آنها دارای حداکثر نرخ بیت ثابت می باشد، تاخیر و تغییرات تاخیر کمی را تضمین می نماید. هر کاربر دارای یک توافق ترافیکی SLA با سرویس دهنده خود می باشد. در SLA حداکثر نرخ بیت مجاز کاربر قید شده است و کاربر موظف به رعایت آن می باشد. چنانچه نرخ بیت ارسال کاربر از حداکثر مجاز تجاوز نماید، در این صورت ترافیک های اضافی از بین می روند. شبکه نیز متعهد می شود که پهنای باند مورد نیاز کاربر را تامین نماید. در کاربردهایی نظیر تلفن اینترنتی، کنفرانس ویدئوئی، ایجاد خطوط استیجاری و مجازی و VPN از سرویس های تشویقی استفاده می شود.
1-2-3- مهندسی ترافیک
عواملی نظیر کمبود منابع کافی در شبکه و همچنین توزیع نادرست بار ترافیکی در شبکه، باعث ایجاد تراکم در شبکه می گردد. چنانچه منابع کافی در شبکه موجود نباشد در این صورت تمام مسیر یاب های موجود در شبکه دچار تراکم و ازدحام بار می شوند که تنها راه حل مناسب آن، افزودن منابع دیگر به شکبه می باشد. اگر بار ترافیکی به طور مناسب و صحیح در شبکه توزیع نشود در این صورت برخی از مناطق شبکه دچار تراکم می شوند در حالیکه در برخی نقاط دیگر هیچگونه تراکمی مشاهده نمی شود. از آنجاییکه اکثر پروتکل های مسیر یابی دینامیکی از الگوریتم کوتاهترین فاصله استفاده می نمایند، بنابراین امکان ایجاد تراکم در برخی مسیرها و عدم وجود تراکم در مسیرهای دیگر شبکه وجود دارد . البته روش بهبود یافته ECMP به شرط آنکه بیش از یک مسیر به عنوان کوتاهترین مسیرها موجود باشد، تا حدی مشکل فوق را در پروتکل مسیریابی دینامیکی OSPF حل می نماید. همچنین به عنوان یک راه حل دیگر میتوان هزینه هر خط شبکه را به صورت دستی تغییر داد تا عملیات تقسیم بار صورت گیرد اما طبیعی است این راه حل برای
شبکههای وسیع عملی نمیباشد .
با کمک روال هایی که در مهندس ترافیک در نظر گرفته شده است، میتوان تا حد زیادی از ایجاد تراکم در شبکه جلوگیری نمود. مسیر یابی مبتنی بر اضطرار (CBR) یک روش برای مهندسی ترافیک و جلوگیری از تراکم در شبکه است که به شرح آن می پردازیم .
در مسیریابی مبتنی بر اضطرار با استفاده از چندین پارامتر مختلف، مسیرهای موجود بین مبدا
و مقصد محاسبه می شوند. در حقیقت مسیریابی مبتنی بر اضطرار تکمیل یافته مسیریابی مبتنی بر کیفیت سرویس می باشد. در مسیریابی QoS کلیه مسیرهایی که کیفیت سرویس مورد نظر کاربر را برآورده می نماید محاسبه می شوند . در مسیریابی مبتنی بر اضطرار سایر محدودیت های شبکه نظیر نظارت بر ترافیک نیز درنظر گرفته شده است. با استفاده از مسیر یابی مبتنی بر اضطرار، امکان انتخاب مسیرهایی با کیفیت سرویس مورد نظر و همچنین افزایش میزان بهره وری شبکه فراهم می آید. در مسیریابی مبتنی بر اضطرار در هنگام محاسبه مسیرهای موجود نه تنها توپولوژی شبکه بلکه پارامترهای دیگری نظیر نیازهای جریان های ترافیکی، میزان ظرفیت موجود در خط های شبکه و سایر نظارت های لازم که توسط مدیر شبکه تعیین میشود، در نظر گرفته می شوند. بنابراین در وحله اول ممکن است که مسیر محاسبه شده توسط مسیر یابی مبتنی بر اضطرار طولانی تر از مسیرهای دیگر باشد ولی مطمئنا مسیر محاسبه شده دارای سبکترین بار ترافیکی بوده و نیازهای کاربر را به خوبی برآورده می نماید.
همانند پروتکل های مسیریابی دینامیکی، برای محاسبه بهترین مسیر ممکن توسط الگوریتم مبتنی بر اضطرار باید مسیر یاب های شبکه به طور متناوب اطلاعات وضعیت خط را بین یکدیگر مبادله نمایند .
در مسیریابی مبتنی بر اضطرار مشابه سایر روش های مسیریابی، اولین مسئله مهم انتخاب متریک مورد نظر برای مسیرهای موجود در شبکه می باشد. متریک های متداول در مسیر یابی مبتنی بر اضطرار عبارتند از: هزینه تعداد پرش ها ، پهنای باند، اطمینان، تاخیر و تغییرات تاخیر مسیر انتخاب شده. الگوریتم های مسیر یاب، یک یا چند متریک فوق را بهینه می نمایند.
چنانچه از چندین متریک فوق به صورت ترکیبی برای محاسبه مسیر بهینه استفاده شود، در این صورت پیچیدگی عملیات تولید جداول مسیر یابی به شدت زیاد می گردد. اگر از متریک های پهنای باند و یا تعداد پرش در محاسبه مسیر بهینه استفاده شود، در این صورت به خاطر وجود الگوریتم هایی نظیر الگوریتم Dijestra و Bellman-Ford محاسبات مسیریابی نسبتا ساده میباشد. در مسیریابی مبتنی بر اضطرار فرکانس محاسبه مسیرها به مراتب نسبت به سایر روش های دینامیکی بیشتر می باشد. دلیلی که می توان برای این مطلب آورد این است که در مسیر یابی دینامیکی تنها با تغییر توپولوژی شبکه، مسیرهای جدید محاسبه می شوند ولی در مسیر یابی مبتنی بر اضطرار، تغییرات پهنای باند نیز منجر به محاسبه مسیرهای جدیددر جدول مسیریابی می گردد. بنابراین می توان نتیجه گرفت که پیچیدگی روش مسیر یابی مبتنی بر اضطرار به مراتب بیشتر از مسیریابی دینامیکی می باشد. برای محاسبه جداول مسیر یابی و کاهش پیچیدگی مسیریابی مبتنی بر اضطرار، می توان از روش های پیشنهادی زیر استفاده نمود:
1- استفاده از یک تایمر طولانی برای کاهش فرکانس محاسبات.
2- استفاده ازمرتیک های پهنای باند و تعداد جهش .
3- استفاده از سیاست های مدیریت برای حذف برخی از خط هایی که به هر دلیل مورد قبول نمی باشند. مثلا اگر یک ارتباط نیاز به تاخیر کم داشته باشد، قبل از انجام مسیریابی ابتدا تمام خط
هایی که تاخیر بالایی دارند حذف می شوند و سپس مسیریابی انجام می گردد.
ذکر این نکته ضروری می باشد که مسیریابی مبتنی بر اضطرار دارای مشکلات زیادی است که عبارتند از:
1- بالا سری زیاد در محاسبه مسیر.
2- افزایش اندازه جدول مسیریابی.
3- احتمال عدم پایداری.
4- بهینه نبودن مسیر انتخابی از نظر میزان مصرف منابع .
1-2-4- سوئیچنگ برحسب چندین پروتکل
در پروتکل MPLS به بسته های ورودی به شبکه یک برچسب کوتاه الحاق می گردد و سپس با توجه به مقدار برچسب فوق، عملیات مسیریابی در درون شبکه انجام می شود. در بخش های بعدی توضیحات کامل در مورد پروتکل MPLS ارائه خواهد شد.
1-3- مجتمع سازی IP و ATM
با گسترش سریع شبکه های مبتنی بر IP و همچنین با توجه به ویژگیهای منحصر به فرد فنآوری ATM، مدتی است که مبحث پیاده سازی IP بر روی ATM مطرح می باشد و تاکنون پیشنهادهای مختلف و فعالیتهای زیادی در این زمینه صورت گرفته است ]2[.
یکی از اولین و مهمترین مشکلات پیاده سازی IP بروی ATM عملکرد متفاوت این دو فنآوری می باشد. IP یک پروتکل بهترین تلاش و بی اتصال می باشد در حالیکه ATM از نوع اتصال گرا است و کیفیت سرویس اتصال ها را به خوبی تضمین می نماید. در IP داده های ارسالی بصورت بسته می باشد، در حالیکه در ATM داده ها بصورت سلول می باشد. در IP از مسیر یابی لایه سوم استفاده می شود، در حالیکه در ATM از روش رزرو منابع استفاده می شود.
با استفاده از فنآوری ATM، امکان استفاده از سرویس های متنوع صوتی، تصویری و داده ای، فراهم می آید. از طرف دیگر IP، قدمت حدود 30 سال دارد و در این مدت فعالیت ها و نرم افزارهای زیادی بر پایهIP طراحی و پیاده سازی شده است. بنابراین شرکت های مخابراتی و متخصصان شبکه، بهترین راه حل پیاده سازی نسل آینده اینترنت را ارسال ترافیک های IP و ATM می دانند.
همانطور که می دانیم در شبکه های کامپیوتری دو فنآوری مختلف سوئیچینگ بسته ای و سوئیچینگ مداری وجود دارد. میزان بهره وری از منابع شبکه در سوئیچینگ بسته ای به خصوص در حالتیکه ترافیک های ارسالی کاربران از نوع زنجیره ای باشد، به مراتب بالاتر از سوئیچینگ مداری است اما مهمترین برتری سوئیچینگ مداری آن است که امکان تضمین کیفیت سرویس در شبکه های سوئیچینگ مداری وجود دارد. با توجه به اینکه IP و ATM از دو نوع سوئیچینگ مختلف که در بالا به آن اشاره شد، استفاده می نمایند، در ترکیبب و مجتمع سازی این دو نوع فنآوری یکسری مشکلاتی وجود دارد.
برای رفع مشکلات فوق و پیاده سازی IP برروی ATM، تاکنون از سوی IETF، انجمن ATM و سایر شرکتهای مخابراتی، روش های مختلفی مانند مدل سنتیIP بروی ATM ، NHRP ، MPOA و MPLS ارائه شده است .
هر یک ازروش های فوق دارای ویژگی ها و مشخات خاصی می باشند ولی مطمئنا کاملترین روش پیاده سازیIP بروی ATM، پروتکل MPLS است که در این قسمت به بررسی اجمالی آن می
پردازیم.
MPLS در حقیقت ترکیبی از سوئیچینگ لایه دوم (لایه پیونده داده) با مسیریابی لایه سوم (لایه شبکه) می باشد که هدف اصلی آن ایجاد یک فابریک انعطاف پذیرشبکه با کارآیی و مقیاس پذیری بالا می باشد.MPLS وابسته به پروتکل لایه دوم خاصی نمی باشد ولی پیاده سازی های اولیه آن بر روی ATM وFrame Relay صورت گرفته است. در اوایل سال 1997، گروه مطالعاتی MPLS، که در آن ISP های زیاد عضویت دارند، شروع به فعالیت نمود که هدف اصلی آن پاسخگویی و رفع نیاز مشکلات فراوان موجود در اینترنت فعلی می باشد. برخی از مهمترین اهداف MPLS که در شبکه اینترنت فعلی وجود ندارند عبارتند از:
1- ایجاد یک شبکه IP با قابلیت مقایس پذیری برای رفع نیازهای رو به افزون ترافیکهای اینترنت
2- فراهم سازی سرویس های مبتنی بر IP
3- ترکیب ترافیک های مختلف بر روی یک شبکه IP واحد
4- بهبود بازدهی عملیاتی شبکه در یک محیط رقابتی
در ابتدای پیدایش فنآوریATM، تصور همگان براین بود که با توجه به ویژگی های منحصر به فرد ATM در آینده شاهد یک شبکه کاملا مبتنی بر ATM خواهیم بود. اما با گسترش IP و شبکه های مبتنی بر IP، این ایده به تدریج کمرنگ گردید. تصور فعلی براین است که در نسل آینده شبکه ها از مزایای فنآوری های موجود نظیر ATM وIP به نحو احسن استفاده می شود.
فنارآوری سوئیچینگ برحسب نتیجه ترکیب و استفاده توأم از مزایای فناوری های سوئچینگ لایه دوم و مسیریابی لایه سوم می باشد. طبیعی است که این نوع شبکه، به دلیل استفاده همزمان از فنآوریهای سوئیچینگ و مسیریابی، بهترین راه حل برای استفاده همزمان از IP و ATM می باشد.
در حالت کلی، فناوری MPLS فقط به IP و ATM محدود نمیشود، بلکه MPLS نحوه یکپارچه سازی فنآوریهای لایه دوم و لایه سوم را توصیف می نماید. در MPLS یکسری روال ها برای استفاده از قابلیت های سوئچیگ سریع ATM و Frame Relay در شبکههای IP توصیف شده است .
در شبکه های MPLS به هر یک از بسته های IP ورودی توسط مسیر یاب های موجود در لبه شبکه، یک برچسب الحاق می گردد. در درون شبکه MPLS، هدایت بسته ها به مقصد بوسیله پردازش برروی فیلد برچسب انجام می شود. در لبه خروجی شبکهMPLS، برچسب الحاقی به بسته حذف شده و بسته IP تحویل مقصد می گردد.
شکل 1-2 مثالی از یک شبکه MPLS و تجهیزات آن را نشان می دهد. مطابق با شکل فوق مسیریاب هایی که در لبه شبکه قرار گرفته اند و با استفاده از اطلاعات IP، به بسته های ورودی یک برچسب خاص تخصیص می دهند، با نام LER شناخته می شوند . مسیریابهای داخل شبکه MPLS که تنها وظیفه آنها پردازش بسته های IP برچسب زده شده و هدایت آنها به سمت مقصد می باشد، با نام LSR شناخته می شوند. همچنین مطابق با شکل فوق، به مسیری که بسته های IP ازطریق آن مسیر به سمت مقصد ارسال می شوند، اصطلاحا LSP گفته می شود.
شکل 1-2- مثالی از یک شبکه MPLS
1-3-1- مسیریابی در IP
قبل از بررسی پروتکل MPLS، به بررسی اجمالی مسیریابی در IP می پردازیم. در سرفصل بسته های IP، اطلاعات لازم برای مسیر یابی وجود دارد. مسیریابی P ، براساس مسیریابی مبتنی بر مقصد انجام می گیرد. این بدان معنی است که برای هدایت هر بسته IP به مقصد، سرفصل آن
مورد بررسی قرار می گیرد و با توجه به آدرس مقصد و محتوای جدول مسیریابی، پرش بعدی بسته تعیین شده و بسته IP ارسال میگردد. از آنجاییکه هر بسته IP به طور مستقل مسیر یابی می گردد و از یک مسیر از قبل تعیین شده عبور نمی کند بنابراین می توان گفت که شبکه به صورت بی اتصال عمل می نماید. بعد از برقراری ارتباط هسایگی بین مسیریاب های شبکه، جداول مسیریابی بین مسیریاب ها مبادله می گردد. هر مسیر یاب، بعد از دریافت بسته IP باید پرش بعدی بسته را
تعیین کند. با استفاده از پروتکل های مسیریابی دینامیکی نظیر OSPF، هر مسیریاب قادر به فراگیری کل توپولوژی شبکه می باشد. با استفاده از اطلاعات بدست آمده از مسیریاب های مجاور، هر مسیر یاب جداول مسیریابی خود را کامل نموده و بدین ترتیب قادر به تعیین پرش بعدی و هدایت بسته به سمت مقصد می باشد.
در شکل 1-3، جزئیات مربوط به استفاده و نحوه به روز آوری جداول مسیریابی آورده شده است. همانطور که در این شکل دیده می شود، عملیات مسیریابی به صورت نرم افزاری و سخت افزاری قابل پیاده سازی است.
شکل 1-3- نحوه استفاده و ایجاد جداول مسیریابی
1-3-2- سوئیچینگ
با گسترش شبکه های کاملا مبتنی بر IP، سرویس دهنده های شبکه به این نتیجه رسیدند که چنانچه شبکه های آنها کاملا مبتنی بر مسیریاب ها طراحی و توسعه یابد، مشکلات متعددی در شبکه بوجود خواهد آمد. برخی از این مشکلات عبارتند از :
1- مشکلات موجود در قسمت نرم افزاری مسیریاب ها
2- قیمت بالای مسیر یاب های سریع IP
3- مشکل بودن تخمین کارآیی شبکه های وسیع مبتنی بر IP
فناوری های سوئیچینگ سریع در ATM و Frame Relayاز الگوریتم جابجایی برچسب استفاده می نمایند. به خاطر سادگی الگوریتم فوق، امکان پیاده سازی سخت افزاری آن وجود دارد که باعث افزایش سرعت، کاهش قیمت و افزایش کارآیی آن نسبت به مسیر یاب های IP می گردد. فنآوری های ATM و Frame Relay، هر دو به صورت اتصال گرا عمل می نمایند. بنابراین قبل از ارسال هر گونه داده ای، ابتدا یک اتصال اولیه بین مبدا و مقصد بوجود می آید و داده های ارسالی تماما از یک مسیر مشخص ارسال می گردند. بنابراین در شبکه های اتصال گرا، امکان مدیریت و تخمین پارامترها فراهم میآید.
1-3-3- ترکیب مسیریابی و سوئیچینگ
برای استفاده از مزایای سوئیچینگ و رفع مشکلات مربوط به توسعه شبکه های مبتنی برمسیریاب، از ترکیب مسیریاب و سوئیچ در توسعه شبکه های گسترده استفاده می شود. در این ساختار، مطابق با شکل 1-4، مسیریاب ها در لبه های شبکه قرار می گیرند و اتصال بین آنها از طریق سوئیچ های شبکه صورت می گیرد. بنابراین امکان مدیریت و تخمین پارامترها فرآهم می آید. به این نحوه مجتمع سازی IP و ATM مدل Overlay گفته می شود.
شکل 1-4- مدل Overlyبرای مجتمع سازی IP و ATM
همانطور که قبلا نیز اشاره شد، در شبکه های مبتنی بر مسیر یاب، برای تبادل اطلاعات و جداول مسیریابی، لازم است که مسیر یابهای شبکه با یکدیگر ارتباط همسایگی برقرار نمایند . در ساختار شکل 1-4، ازطریق اتصال های بین سوئیچ ها (مثلا VC در ATM)، ارتباط همسایگی برقر
ار می شود. در این حالت برای برقراری کامل اتصال بین مسیریاب ها، نیاز به ایجاد یک حلقه کامل VC می باشد. چنانچه تعداد مسیریاب ها در شبکه n تا باشد، به تعداد n(n-1)/2 اتصال VC برای اتصال مسیریاب های شبکه به یکدیگر نیاز است. طبیعی است که با افزایش n، تعداد اتصال های لازم با توان دوم n افزایش می یابند که این امر باعث پیچیدگی مدیریت شبکه می شود.
به عنوان مثال در شکل 1-5 ، یک شبکه با 4 مسیریاب آورده شده است. در این شکل برای برقراری اتصال بین مسیریاب ها به 6=2/(1-4)×4 اتصال VC نیاز است که این تعداد VC مورد نیاز، با افزایش
با توجه به مطالب فوق دیده می شود که مدل Overlay برای پیاده سازی و ترکیب IP و ATM دارای ضعف زیادی در مقیاس پذیری می باشد.
شکل 1-5- یک شبکه مجتمع شامل چهار مسیریاب IP
برای رفع مشکل فوق، سوئیچینگ چند لایه پیشنهاد شده است. در این راه حل که MPLS هم جزئی از آن می باشد، با ترکیب سوئیچینگ لایه دوم و مسیریابی لایه سوم، یک راه حل جامع برای ترکیب IP و ATM ارائه شده است. تکنیک سوئیچینگ چند لایه دارای دو ویژگی اصلی زیر می باشد:
1- جداسازی واحد کنترل از واحد هدایت به جلو
2- استفاده از الگوریتم جابجایی برچسب برای عملیات هدایت به جلو
مطابق با شکل 1-6، در سوئیچینگ چند لایه، دو واحد اصلی به نام واحد کنترل و واحد هدایت به جلو به طور مجزا وجود دارند. وظیفه اصلی واحد کنترل، تبادل اطلاعات مسیریابی و به روز آوری جداول مسیریابی با استفاده از پروتکل های استاندارد مسیریابی نظیر OSPF و BGP می باشد.
شکل 1-6- واحدهای تشکیل دهنده سوئیچینگ چند لایه
با ورود هر بسته به سوئیچ های چند لایه، واحد هدایت به جلو با استفاده از جداول هدایت به جلو و براساس اطلاعات موجود در سرفصل بسته ورودی، آن را مسیریابی وهدایت می نماید. جدول هدایت به جلو توسط واحد کنترل مدیریت و به روز می گردد.
یکی از مزایای جداسازی واحد کنترل و واحد هدایت به جلو، امکان توسعه و بهینه سازی هر یک از واحدهای فوق به طور مستقل و جداگانه می باشد. واحد هدایت به جلو برای هدایت بسته ها از الگوریتم جابجایی برچسب که مشابه الگوریتم مورد استفاده در ATM و Frame Relay است، استفاده می نماید. در این الگوریتم، سیگنالینگ و توزیع برچسب ها از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.
هر برچسب دارای طول ثابتی می باشد که در سرفصل بسته ها قرار می گیرد و از آن برای مشخص نمودن کلاس معادل هدایت به جلو (FEC) ، استفاده می شود. فیلد برچسب مشابه فیلدهای VPI وVCI در ATM و DLCI درFramy Relay می باشد. هر برچسب دارای اهمیت محلی می باشد و از آن برای نگاشت ترافیک های ورودی به یک کلاس FEC خاص استفاده می شود. هر FEC نشان دهنده مجموعه ای از بسته ها می باشد که از یک مسیر یکسان به سمت مقصد
هدایت می شوند. این احتمال وجود دارد که بسته های متعلق به یک کلاس FEC خاص دارای آدرس های مقصد یکسانی نباشند. به عنوان مثال در یک شبکه IP کلیه بسته هایی که بخش پیشوند آدرس IP مقصد آنها یکسان است، می توانند به یک کلاس FEC خاص تعلق داشته باشند.
در شبکه های سوئیچینگ چند لایه و MPLS، از مسیریاب های موجود در لبه ورودی به شبکه برای تعیین مقدار اولیه برچسب بسته های وردی به شبکه استفاده می شود. در شکل 1-7، مثالی
از نحوه تخصیص برچسب بسته های وردی براساس آدرس مقصد آنها، آورده شده است.
همانطور که قبلا نیز اشاره گردید، در شبکه های سوئیچینگ چند لایه مسیر موجود بین مبدا و مقصد با نام LSP شناخته می شود. درهر LSP، اولین و آخرین سوئیچ برچسبی، به ترتیب با نامهای سوئیچ برچسبی ورودی و سوئیچ برچسبی خروجی شناخته می شوند. سوئیچ های برچسبی موجود در درون شبکه، بدون توجه به محتویات سرفصل بسته ها و فقط براساس مقدار برچ
سب هر بسته و با کمک الگوریتم جابجایی برچسب، اقدام به هدایت بسته ها به سمت مقصد می نمایند.
الگوریتم جابجایی برچسب نسبت به مسیر یابی پرش به پرش لایه شبکه، دارای مزایای زیر میباشد:
1- سوئیچ های برچسبی در تخصیص بسته های ورودی به FEC ها، دارای انعطاف پذیری
شکل 1-7- مثالی از نحوه تخصیص برچسب
بالایی می باشند.
2- امکان تخصیص LSP مطابق با نیازهای لایه کاربرد وجود دارد. مثلا می توان LSP را طوری تعیین کرد که تعداد پرش ها تا مقصد و یا میزان پهنای باند مورد استفاده مینیمم گردد.
3- مهمترین مزیت الگوریتم جابجایی برچسب، تخصیص ترافیک های مختلف به FEC و نگاشت FEC به LSP مناسب و مطابق با نیازهای کاربران، می باشد .
با کمک نرم افزارهای مسیریابی IP، سوئیچ های چند لایه قادر به تبادل اطلاعات جداول مسیریابی بین یکدیگر می باشند. با استفاده از مکانیسم نگاشت برچسب کلیه مسیرهای لایه سوم به برچسب مناسب (مثل VPI/VCI در ATM) نگاشت یافته و اطلاعات بدست آمده فوق، بین تمام سوئیچ های موجود در مسیر LSP مبادله می شود. در سوئیچ های چند لایه، پروتکل مسیریابی در تمام سوئیچ های داخل شبکه اجرا می گردد در حالیکه در مدل Overaly ، این عمل فقط در مسیریاب های موجود در لبه شبکه انجام می شود. بنابراین در سوئیچینگ چند لایه نسبت به مدل Overlay تعداد کانال های مورد نیاز برای اتصال مسیریابهای لبه شبکه به یکدیگر به شدت کاهش می یابد و همچنین پروتکل مسیریابی ساده تر می گردد.
به طور کلی دو روش مختلف برای تخصیص و توزیع برچسب ها در سوئیچینگ چند لایه وجود دارد. در روش اول که راندن داده ای نام دارد، با ورود داده های ترافیکی کاربران، عملیات نگاشت برچسب انجام می گردد. مزیت این روش در آن است که تنها در صورتیکه جریان ترافیکی کاربران برقرار شود، عملیات نگاشت برچسب انجام می شود. اما این روش دارای معایب عمده زیر می باشد:
1- سوئیچ های شبکه باید قادر به تشخیص و جداسازی جریان های ترافیکی مختلف کاربران باشند.
2- تعداد ترافیک های کنترلی برای توزیع برچسب ها به طور مستقیم به تعداد جریان های ترافیکی موجود بستگی دارد که این امر باعث نیاز به حجم حافظه بالا در سوئیچ های شبکه می گردد .
3- این روش قابلیت مقیاس پذیری بالا ندارد.
در روش دوم که راندن کنترلی نام دارد، با ورود اطلاعات کنترلی خاص، عملیات نگاشت برچسب انجام می شود. این روش نسبت به روش قبل دارای مزایای عمده زیر می باشد:
1- قبل از ورود داده های ترافیکی کاربران، عملیات تخصیص و توزیع برچسب ها صورت گرفته است. این مطلب به این معنی است که اگر در جدول مسیریابی IP، مسیری موجود باشد، قبلاً به آن مسیر برچسب تخصیص یافته است و بنابراین ترافیک های ورودی به سوئیچ، سریعاً هدایت می شوند.
2- در این روش تعداد LSP های لازم به تعداد مسیرهای موجود در جدول مسیریابیIP می باشد نه به تعداد جریان های ترافیکی موجود در شبکه. بنابراین در مقایسه با روش قبلی، این روش دارای قابلیت مقیاس پذیری بالاتری می باشد.
3- در حالت پایدار، میزان بالاسری لازم برای تخصیص و توزیع برچسب ها نسبت به روش راندن داده ای کمتر می باشد.
1-3-4- MPLS
به جرات می توان گفت فنآوری MPLS که توسط گروه مطالعاتی IETF ارائه و توسعه یافته است، آخرین تحول در سوئیچینگ چند لایه می باشد. در MPLS که از مدل راندن کنترلی برای تخصیص و توزیع برچشب استفاده می نماید، مسیرهای ارسال اطلاعات (LSP) ذاتا یک طرفه می باشد و برای ارسال ترافیک های دو طرفه باید دو LSP مختلف بین مبدا و مقصد ایجاد گردد.
MPLS از مسیریابی استادندارد IP و همچنین از الگوریتم جابجایی برچسب، برای هدایت بسته ها استفاده می نماید. یکی از ویژگی های بارز MPLS آن است که متکی به پروتکل مشخصی در لایه پیوند داده نمی باشد بلکه بر روی هر فنآوری لایه دومی قابل نصب می باشد.
چنانچه پروتکل لایه دوم دارای فیلد برچسب باشد (مانند فیلدهای VPI/VCI و DLCI در ATM و Frame Relay) از همان فیلد برای تخصیص فیلد برچسب MPLS استفاده میشود و در غیراینصورت از قسمتی از ناحیه سرفصل بسته های MPLS که بین سرفصل های لایه دوم و لایه IP قرار دارد به عنوان فیلد برچسب استفاده می شود که به آن سرفصل Shim می گویند. در شکل 1-8، نحوه کد گذاری سرفصل MPLS نشان داده شده است.
شکل 1-8- ساختار سرفصل بسته های MPLS
همانطور که در شکل 1-8 دیده می شود، در سرفصل MPLS فیلدهای زیر موجود است:
1- فیلد بر چسب به طول 20 بیت که حاوی مقدار واقعی بر چسب MPLS می باشد.
2- فیلد سه بیتی کلاس سرویس، CoS که به کمک آن می توان نحوه صف بندی و حذف بسته ها در هنگام عبور از سوئیچ های شبکه را مشخص نمود.
3- فیلد یک بیتی S که نشان دهنده پایان ناحیه پشته برچسب می باشد. چنانچه این بیت یک باشد به معنی آن است که برچسب جاری، آخرین برچسب ناحیه پشته برچسب می باشد. در مورد پشته برچسب در فصل بعد توضیحات بیشتری خواهیم داد.
4- فیلد هشت بیتی زمان زندگی، ( TTL) که مطابق با فیلد TTL بسته های IP عمل می نماید.
طراحان MPLS، اهداف زیر را در طراحی MPLS مدنظر داشته اند:
1- MPLS باید قادر به پشتیبانی هر نوع فنآوری لایه دوم باشد و فقط منحصر به ATM و Frame Realy نباشد.
2- MPLS باید با پروتکل های مختلف مسیریابی سازگار باشد.
3- در MPLS باید قابلیت مجتمع سازی ترافیک پشتیبانی شود. در اینصورت امکان ارسال ترافیک های متنوع کاربران از طریق یک مسیر واحد فراهم می آید.
4- MPLS باید قابلیت مسیریابی چند مسیره را داشته باشد.
5- سوئیچ های MPLS باید قابلیت برقراری ارتباط و تبادل اطلاعات با سایر سوئیچ های غیر MPLS را داشته باشند.
6- MPLS باید با مدل سرویس های مجتمع IETF شامل RSVP سازگار باشد.
7- MPLS باید قابلیت مقیاس پذیری داشته باشد.
8- MPLS باید امکانات عملیاتی، مدیریتی و نگهداری که در حال حاضر در شبکه های IP وجود دارد را پشتیبانی نماید.
در فصل بعد به توصیف دقیقتر فنآوری MPLS می پردازیم .
فصل دوم
فنآوریMPLS
2-1- مقدمه
همانطور که در فصل قبل اشاره شد، در شبکه های بدون اتصال، هنگامی که بسته های ارسالی از مسیریاب های درون شبکه به سمت مقصد عبور می نمایند، هر مسیریاب براساس اطلاعات موجود در سرفصل بسته ها و با کمک الگوریتم مسیریابی لایه شبکه، بسته ورودی را پردازش نموده و پرش بعدی یا به عبارتی مسیریاب بعدی را که بسته باید به آن ارسال شود، تعیین می نماید. البته اطلاعات موجود در سرفصل بسته ها به مراتب از آنچه که فقط برای مسیریابی لازم است، بیشتر می باشد.
می توان عملیات مسیریابی و تعیین پرش بعدی بسته ها را ترکیبی از دو عملیات مختلف تصور نمود. عملیات اول، دسته بندی بسته های ورودی به یکسری کلاس های معادل هدایت به جلو (FEC) می باشد. دومین عملیات، نگاشت هر FEC به یک پرش بعدی است. طبیعی است که تمامی بسته هایی که به یک FEC یکسان نگاشت می یابند، از یک مسیر واحد عبور کرده تا به مقصد برسند. در الگوریتم های مسیریابی متداول IP، چنانچه دو بسته دارای پیشوند آدرس مقصد یکسان باشند، در این صورت از یک مسیر برای رسیدن به مقصد عبور می نمایند.
در شبکه های MLPS، با کمک مسیریابهای برچسبی موجود در لبه شبکه LER))، بستههای ورودی به یک کلاس FEC خاص نگاشت می یابند و سپس هر FEC به یک مقدار عددی ثابت که آن را برچسب می نامیم، نگاشت می یابد. بعد از اینکه بسته های ورودی به شبکه، توسط LER برچسب زده شدند، بسته های برچسب زده شده وارد شبکه میشوند. مسیریاب های موجود در درون شبکه MLPS که به LSR مشهور می باشند، هیچگونه پردازشی بر روی اطلاعات موجود در سرفصل لایه سوم بسته ها نمی نمایند بلکه فقط با توجه به مقدار برچسب هر بسته و با کمک جدول هدایت به جلو اقدام به تعیین پرش بعدی بسته می نمایند. با توجه به این مطلب، در مقایسه با مسیریابی در سطح لایه شبکه که در شبکه های معمولی استفاده می شود، MLPS دارای مزایای زیر می باشد:
1- می توان با استفاده از سوئیچ هایی که فقط براساس مقدار یک فیلد خاص، عملیات سوئیچینگ را انجام می دهند (مانند سوئیچ های ATM) عملیات ارسال و هدایت بسته ها را در MPLS، انجام داد.
2- از آنجاییکه هر بسته ورودی به شبکه MPLS، به یک کلاس FEC خاص نگاشت مییابد، بنابراین مسیریاب های موجود در لبه شبکه می توانند از هر گونه اطلاعات موجود در مورد بسته های ورودی برای تعیین و تخصیص کلاس FEC یکسان استفاده نمایند.
3- چنانچه یک بسته ورودی واحد را از طریق دو مسیریاب متفاوت وارد شبکه MPLS نماییم، در اینصورت برچسبی را که دو مسیریاب به بسته ورودی تخصیص می دهند متفاوت با یکدیگر خواهد بود که این مطلب در پروتکل های متداول مسیریابی لایه سوم مشاهده نمی شود .
4- هر قدر عملیات تخصیص و نگاشت کلاس های FEC به بسته های ورودی پیچیده باشد، هیچگونه تاثیری بر روی عملکرد مسیریاب های درون شبکه نمی گذارد.
5- مسیریاب های متداول موجود، با دریافت هر بسته ورودی به پردازش اطلاعات موجود در سرفصل آن می پردازند. البته این کار فقط برای تعیین پرش بعدی نمی باشد بلکه از آن برای استخراج سایر اطلاعات مورد نیاز نظیر اولویت و کلاس سرویس بسته استفاده میشود. همانطور که قبلا نیز اشاره شد، در MPLS میتوان اطلاعات اولویت و کلاس سرویس بسته ها را در برچسب بسته قرار داد .
2-2- اساس کار MPLS
همانطور که گفتیم، در MPLS برچسب الحاقی به هر بسته نشان دهنده کلاس FEC است که بسته به آن تعلق دارد ]3[. فرض کنید که R1 و R2 دو LSR داخلی شبکه باشند. بعد از مذاکره و توافق اولیه بین R1 و R2، فرض کنید که R1 تمام بسته هایی را که به کلاس FEC F نگاشت یافته است را با برچسب L به R2 ارسال می دارد. در اینصورت برچسب L برای مسیریاب های R1 و R2 به ترتیب برچسب خروجی و برجسب ورودی نامیده میشود. البته توجه باید نمود که برچسب L ارزش محلی دارد و فقط نشان دهنده بسته های متعلق به کلاس FEC F ارسالی بین R1 و R2 می باشد. به عبارت دیگر اگر در جایی دیگر از شبکه از برچسب L استفاده شود، دیگر الزاما بسته های ارسالی به کلاس FEC F تعلق ندارند.
با توجه به اینکه ترافیک کاربر از R1 به سمت R2 ارسال می شود، اصطلاحاً به مسیریاب R1 و R2 به ترتیب مسیریاب هایUpstreamو Downstream گفته میشود. وظیفه عملیات تخصیص برچسب در MPLS به عهده مسیریاب Downstream می باشد. به عبارت دیگر میتوان گفت که در MPLS عملیات تخصیص برچسب در جهت معکوس و از سمت مسیریاب Downstream به سمت مسیریاب Upstream انجام می شود. با استفاده از پروتکل LDP هر LSR شبکه اقدام به ارسال اطلاعات مربوط به برچسب های تخصیص یافته به کلاس های مختلف FEC به سایر LSR های شبکه می نماید. اصطلاحاً به دو LSR که اطلاعات تخصیص برچسب را به یکدیگر مبادله مینمایند، همتای توزیع برچسب گفته می شود. تاکنون استانداردهای متعددی برای انجام عملیات توزیع برچسب
در MPLS ارائه شده است که از بین آنها می توان به استانداردهای RSVP ،LDP و CR-LDP اشاره نمود.
چنانچه یک LSR شبکه از LSR مجاور خود درخواست ارسال لیستی از برچسب های تخصیص یافته به یک کلاس FEC خاص را بنماید، اصطلاحاً گفته می شود که عملیات توزیع برچسب درخواستی Downstream انجام می شود. البته در MLPS امکان ارسال لیست فوق بدون دریافت درخواست LSR مجاور نیز وجود دارد که به این نوع عملیات توزیع برچسب غیردرخواستی Downstream گفته
می شود. هر شبکه MPLS معمولاً یک و یا هر دو روش توزیع بر چسب فوق را پشتیبانی می نماید.
2-2-1- پشته برچسب
در MPLS، برخی از بسته ها دارای چندین برچسب می باشند که به صورت یک پشته LIFO مدیریت می شوند. در این حالت سوئیچ های میانی شبکه فقط بالاترین برچسب موجود در پشته را بررسی و مورد توجه قرار می دهند و به مقادیر برچسب های قبلی و بعدی توجهی ندارند. چنانچه پشته برچسب ورودی خالی باشد (اصطلاحاً گفته می شود که عمق پشته صفر است)، در این صورت بسته دارای برچسب نمی باشد. در یک پشته برچسب به عمق m، پایین ترین و بالاترین برچسب به ترتیب برچسب سطح 1 و سطح m نامیده می شوند.
هنگام ورود یک بسته به سوئیچ های LSR، واحدی به نامNHLFE وظیفه هدایت بسته ورودی به سمت سوئیچ بعدی را به عهده دارد. در NHLFE اطلاعات زیر موجود است:
1- پرش بعدی بسته.
2- عملیاتی که باید بر پشته برچسب انجام شود. این عملیات یکی از موارد زیر است:
الف- جایگزینی بالاترین برچسب پشته با یک برچسب جدید.
ب- انجام عملیات استخراج ، بر روی پشته برچسب.
