เอ็มพีแอลเอส

เอ็มพีแอลเอส (อังกฤษ: Multiprotocol Label Switching: MPLS) เป็นกลไกในเครือข่ายโทรคมนาคมประสิทธิภาพสูงที่ส่งข้อมูลจากโหนดหนึ่งไปยังโหนดต่อไปโดยใช้ป้ายบอกเส้นทางสั้นๆแทนที่จะเป็นเนทเวิร์คแอดเดรสยาวๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการค้นหาที่ซับซ้อนในตารางเส้นทาง ป้ายจะระบุจุดเชื่อมต่อหรือเส้นทางเสมือนระหว่างโหนดไกลๆมากกว่าจะบอก endpoints. MPLS สามารถ encapsulate แพ็กเกตของโปรโตคอลเครือข่ายต่างๆได้ MPLS สนับสนุนเทคโนโลยีการเข้าถึงเช่น T1/E1, ATM, Frame Relay และ DSL

บทนำ

MPLS เป็นโปรโตคอลที่สามารถปรับขนาดได้และเป็นอิสระ. ในเครือข่าย MPLS, แพ็กเกตข้อมูลจะถูกกำหนดเป็นป้ายข้อความ การตัดสินใจในการส่งต่อแพ็กเกตจะขึ้นอยู่กับข้อความบนป้ายนี้แต่เพียงอย่างเดียว, โดยไม่จำเป็นต้องตรวจสอบแพ็กเกตของตัวมันเอง วิธีการนี้ช่วยให้สามารถสร้างวงจรแบบ end-to-end ข้ามทุกประเภทของสื่อกลางการขนส่ง ที่กำลังใช้โปรโตคอลใดๆอยู่ก็ได้ ประโยชน์ขั้นต้นก็คือการกำจัดการพึ่งพาเทคโนโลยีของ OSI ในชั้น data link เช่น ATM (Asynchronous Transfer Mode), Frame Relay, Synchronous Optical Networking (SONET) หรืออีเธอร์เน็ตและขจัดความจำเป็นสำหรับเครือข่ายที่หลากหลายในชั้น 2 เพื่อตอบสนองชนิดที่แตกต่างของการจราจร MPLS เป็นครอบครัวเดียวกับเครือข่ายแพ็กเกตสวิตชิง
MPLS ทำงานที่ชั้นระหว่างชั้น 2 (data link layer) และชั้น 3 (network layer) และจึงมักจะถูกเรียกว่าเป็นโปรโตคอล "ชั้น 2.5" มันถูกออกแบบมาเพื่อให้บริการข้อมูลแบบครบวงจรสำหรับลูกค้าทั้ง circuit-based clients และ packet-switching clients ซึ่งให้บริการแบบดาต้าแกรม มันสามารถใช้ในการดำเนินการในการจราจรที่่มีหลายชนิดแตกต่างกัน รวมทั้ง IP แพ็กเกต, native ATM, SONET และอีเธอร์เน็ตเฟรม
เทคโนโลยีที่แตกต่างกันก่อนหน้านี้ถูกนำไปใช้กับเป้าหมายที่เหมือนกันเป็นหลักเช่น Frame Relay และ ATM. เทคโนโลยี MPLS มีการพัฒนาที่จุดแข็งและจุดอ่อนของ ATM. วิศวกรเครือข่ายหลายแห่งยอมรับว่า ATM ควรถูกแทนที่ด้วยโปรโตคอลที่มีโอเวอร์เฮดน้อยลงในขณะที่ให้บริการแบบ connection-oriented สำหรับ variable-length frames. MPLS ในปัจจุบันคือการแทนที่บางส่วนของเทคโนโลยีเหล่านี้ในตลาด มันเป็นไปได้สูงที่ MPLS จะแทนที่เทคโนโลยีเหล่านี้อย่างสมบูรณ์ในอนาคต ซึ่งจะทำให้มีเทคโนโลยีที่สอดคล้องกับความต้องการในปัจจุบันและอนาคต
ที่สำคัญ MPLS ไม่ใช้ cell-switching และ signaling-protocol baggage ของ ATM. MPLS ตระหนักดีว่าเซลล์เอทีเอ็มขนาดเล็กไม่จำเป็นต้องอยู่ใน core network ที่ทันสมัย​​, เนื่องจากเครือข่ายออปติคอลที่ทันสมัย​​ (ณ ปี 2008) มีความเร็วสูง (ที่ 40 Gbit/s และมากกว่า) ถึงแม้ว่าแพ็กเกตจะมีความยาวเต็ม 1,500 ไบต์ก็ไม่ได้มีความหมายอย่างมีนัยสำคัญกับเวลาจริงที่ต้องเสียไปกับความล่าช้าของการเข้าคิว (ความจำเป็นที่จะต้องลดความล่าช้าดังกล่าว - เช่นเพื่อรองรับการจราจรเสียง - เป็นแรงจูงใจสำหรับลักษณะเซลล์ของ ATM)
ในเวลาเดียวกัน, MPLS พยายามที่จะรักษาวิศวกรรมจราจรและการควบคุมแบบ out-of-band ที่ทำให้ Frame Relay และ ATM เป็นที่น่าสนใจสำหรับการนำไปติดตั้งในเครือข่ายขนาดใหญ่
ในขณะที่การจัดการจราจรได้รับประโยชน์เมื่อทำการไมเกรทไป MPLS (ความน่าเชื่อถือที่ดีขึ้น, เพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน), มีการสูญเสียอย่างมีนัยสำคัญของความสามารถในการมองภาพและการเข้าถึง MPLS cloud สำหรับแผนกไอที.

ประวัติ

ในปี ค.ศ. 1996 กลุ่มหนึ่งในเครือข่าย Ipsilon เสนอ "flow management protocol". เทคโนโลยี "IP Switching" ของพวกเขา, ซึ่งได้รับการกำหนดไว้เพียงเพื่อ work over ATM, ไม่ประสบความสำเร็จ ระบบซิสโก้นำเสนอส่วนที่เกี่ยวข้องซึ่งไม่ได้จำกัดแค่การส่ง ATM เท่านั้น, เรียกว่า "Tag Switching". ซึ่งเป็นกรรมสิทธิ์ของซิสโก้และได้เปลี่ยนชื่อเป็น "Label Switching" มันถูกส่งไปยัง Internet Engineering Task Force (IETF) เพื่อให้เป็นมาตรฐานเปิด. งานของ IETF จะเกี่ยวข้องกับข้อเสนอจากผู้ผลิตรายอื่นในการพัฒนาโปรโตคอลที่มีความสามารถในการรวบรวมคุณสมบัติการทำงานของผู้ขายรายอื่นๆได้อย่างเป็นเอกฉันท์.
หนึ่งแรงจูงใจเดิมก็คือการที่จะอนุญาตให้มีการสร้างสวิทช์ความเร็วสูงที่เรียบง่าย, เนื่องจากระยะเวลาในการส่งผ่านข้อมูลที่ยาวอย่างมีนัยสำคัญ มันเป็นไปไม่ได้ที่จะส่งต่อแพ็กเกตด้วยฮาร์ดแวร์อย่างเดียว อย่างไรก็ตามความก้าวหน้าใน VLSI ได้ทำให้อุปกรณ์ดังกล่าวเป็นไปได้ เพราะฉะนั้นข้อได้เปรียบของ MPLS คือการพัฒนาเบื้องต้นอยู่รอบๆความสามารถในการสนับสนุนรูปแบบบริการหลายรายและการบริหารจัดการการจราจร. MPLS ยังจัดให้มีกรอบการฟื้นตัวที่แข็งแกร่งที่ไปไกลกว่าการป้องกันวงแหวนที่เรียบง่ายของ SONET/SDH

Multicast

Multicast เป็นหลักใหญ่ในการคิดออกแบบ MPLS, ถูกแนะนำให้รู้จักโดย point-to-multipoint RSVP-TE. เกิดจากแรงผลักดันของผู้ให้บริการที่ต้องการขนส่งวิดีโอบรอดแบนด์ผ่าน MPLS. นับจากจุดเริ่มต้นของ RFC 4875 ได้มีการเพิ่มขึ้นอย่างมากในความสนใจและการนำไปใช้งานของ MPLS multicast และนี้ได้นำไปสู่​​การพัฒนาใหม่ที่หลากหลายทั้งใน IETF และในการจัดส่งผลิตภัณฑ์

MPLS และ IP

MPLS ทำงานร่วมกับ IP และ routing protocols ของ IP เช่น Interior Gateway Protocol (IGP). LSPs ของ MPLS จัดหาเครือข่ายเสมือนให้แบบไดนามิกและโปร่งใส ด้วยการให้ความสนับสนุนต่อวิศวกรรมจราจรและความสามารถในการขนส่ง VPNs ชั้น 3 (IP) ด้วย overlapping address spaces และสนับสนุน pseudowires ชั้น 2 โดยการใช้ Emulation Pseudowire Edge-to-Edge (PWE3) ที่มีความสามารถในการลำเลียงความหลากหลายของ payload ขนส่ง (IPv4, IPv6, ATM, Frame Relay ฯลฯ ) อุปกรณ์ที่สามารถทำ MPLS ได้จะเรียกว่า LSRs เส้นทางที่ LSR รู้สามารถกำหนดได้โดยใช้การ config แบบ hop-by-hop ที่ชัดเจนหรือเป็นเส้นทางแบบไดนามิกโดยอัลกอริทึม constrained shortest path first (CSPF) หรือมีการกำหนดค่าเป็นเส้นทางหลวมที่หลีกเลี่ยงที่อยู่ IP เฉพาะหรือเป็นแบบบางส่วนชัดเจนบางส่วนไดนามิก
ในเครือข่าย IP บริสุทธิ์, เส้นทางที่สั้นที่สุดไปยังปลายทางจะถูกเลือกแม้ว่าเส้นทางนั้นจะแออัด ในขณะเดียวกันในเครือข่าย IP ที่ใช้การหาเส้นทางแบบวิศวกรรมจราจร CSPF ของ MPLS, ข้อจำกัดเช่น แบนด์วิดธ์ RSVP ของการเชื่อมโยงที่ตัดผ่านยังสามารถถูกนำมาพิจารณา ว่าเส้นทางที่สั้นที่สุดและมีแบนด์วิธเพียงพอจะได้รับเลือก วิศวกรรมจราจร MPLS ต้องอาศัยการใช้งานของส่วนขยาย TE ที่เรียกว่าเส้นทางเปิดที่สั้นที่สุดอันแรก (Open Shortest Path First, OSPF) หรือ Intermediate System To Intermediate System (IS-IS) และ RSVP นอกเหนือไปจากข้อจำกัดของแบนด์วิดธ์ของ RSVP, ผู้ใช้ยังสามารถกำหนดข้อจำกัดของตัวเองโดยการระบุ link attributes และความต้องการพิเศษสำหรับอุโมงค์เพื่อ route (หรือไม่ route) ไปตามลิงค์ที่มี attribute บางอย่าง.
สำหรับ end-users การใช้ MPLS ไม่สามารถมองเห็นได้โดยตรง แต่สามารถสันนิษฐานได้เมื่อทำ traceroute: โหนดที่ทำ IP routing เต็มรูปแบบเท่านั้นที่จะถูกแสดงเป็น hop ในเส้นทาง, จึงไม่ใช่โหนด MPLS ที่ใช้ในท่อนกลาง เพราะฉะนั้นเมื่อคุณเห็นว่าแพ็คเก็ต hops ระหว่างสองโหนดที่อยู่ห่างไกลมากและแทบจะไม่ได้เห็น 'hop' อื่นในเครือข่ายผู้ให้บริการ(หรือ AS)เลย มันเป็นไปได้มากว่าเครือข่ายนั้นใช้ MPLS

การป้องกันท้องถิ่นของ MPLS (reroute อย่างรวดเร็ว)

ในกรณีที่มีความล้มเหลวของ network element เมื่อกลไกการกู้คืนถูกนำมาใช้ที่ชั้น IP, การฟื้นฟูอาจใช้เวลาหลายวินาทีซึ่งอาจยอมรับไม่ได้สำหรับงานแบบ real-time เช่น VoIP. ในทางตรงกันข้าม การป้องกันท้องถิ่นของ MPLS ตรงตามความต้องการของการใช้งานในเวลาจริงโดยใช้เวลาการกู้คืนเทียบได้กับวงแหวน SONET ที่น้อยกว่า 50 ms.

กับ Frame Relay

Frame Relay มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ทรัพยากรทางกายภาพที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น, ซึ่งอนุญาตให้มีการจัดหาต่ำกว่ามาตรฐานของการบริการข้อมูลโดยบริษัทโทรคมนาคม(telcos) ให้กับลูกค้าของพวกเขา เพราะลูกค้าไม่น่าที่จะใช้บริการรับส่งข้อมูล 100 เปอร์เซ็นต์ของเวลา. ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา Frame Relay ได้รับชื่อเสียงที่ไม่ดีในบางตลาดเนื่องจากการจองเกินแบนด์วิดท์ที่มากเกินไปโดย telcos เหล่านี้
Telcos มักจะขาย Frame Relay ให้กับธุรกิจที่มองหาทางเลือกที่ถูกกว่าเส้นทางจริง. การใช้ในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ที่แตกต่างกันอย่างมากจะขึ้นอยู่กับนโยบายของรัฐบาลและ บริษัท โทรคมนาคม
ลูกค้าหลายคนมีแนวโน้มที่จะไมเกรทจาก Frame Relay ไปใช้ MPLS over IP หรืออีเธอร์เน็ตภายในสองปีข้างหน้า ซึ่งในหลายกรณีจะช่วยลดต้นทุนและปรับปรุงการจัดการและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครือข่ายบริเวณกว้างของพวกเขา.

กับ ATM

ในขณะที่พื้นฐานของโปรโตคอลและของเทคโนโลยีมีความแตกต่างกัน, ทั้ง MPLS และ ATM ให้บริการเชื่อมต่อแบบ connection-oriented เพื่อส่งข้อมูลผ่านเครือข่ายคอมพิวเตอร์. ในเทคโนโลยีทั้งสอง การเชื่อมต่อมีการนัดแนะระหว่าง endpoints, สถานะการเชื่อมต่อจะถูกเก็บไว้ที่แต่ละโหนดในเส้นทางและเทคนิคการ encapsulate จะใช้ในการแบกข้อมูลข้ามการเชื่อมต่อ. ไม่รวมความแตกต่างในโปรโตคอลของการส่งสัญญาณ (RSVP / LDP สำหรับ MPLS และ PNNI: Private Network-to-Network Interface for ATM) ยังคงมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในการทำงานของเทคโนโลยี
ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดคือวิธีการในการขนส่งและการ encapsulation. MPLS สามารถทำงานร่วมกับแพ็กเกตความยาวแปร ในขณะที่ ATM ลำเลียงเซลล์ความยาวคงที่ (53 ไบต์), แพ็กเกตจะต้องแบ่งเป็นเซกเมนต์, ถูกขนส่งและประกอบขึ้นใหม่โดยใช้ชั้นการปรับตัว, ซึ่งจะเพิ่มความซับซ้อนและค่าใช้จ่ายให้กับกระแสข้อมูลอย่างมีนัยสำคัญ MPLS, ตรงกันข้าม, เพียงแค่เพิ่มป้ายที่หัวของแต่ละแพ็กเกตและส่งมันลงบนเครือข่าย
ความแตกต่างยังมีอยู่ในธรรมชาติของการเชื่อมต่อ การเชื่อมต่อ MPLS (LSP) เป็นทิศทางเดียว-ช่วยให้ข้อมูลไหลในทิศทางเดียวระหว่างสอง endpoints การสร้างการสื่อสารสองทางระหว่างจุดสิ้นสุดต้องใช้ LSP สองคู่ คือคู่ไปและคู่กลับ ในทางตรงกันข้ามกับ ATM การเชื่อมต่อจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง (วงจรเสมือน) เป็นแบบสองทิศทางที่ช่วยให้ข้อมูลไหลไปกลับได้ในเส้นทางเดียวกัน (การเชื่อมต่อ ATM ทั้ง SVC และ PVC เป็นแบบสองทิศทาง. ตรวจสอบมาตรฐาน ITU-T I.150 3.1 3.1)
ทั้ง ATM และ MPLS สนับสนุนการ tunneling ของ'การเชื่อมต่อภายในการเชื่อมต่อ' MPLS ใช้ป้ายซ้อนเพื่อให้บรรลุการ tunneling นี้ในขณะที่ ATM ใช้เส้นทางเสมือน MPLS สามารถ stack หลายๆป้ายที่จะสร้างอุโมงค์ภายในอุโมงค์ ตัวบ่งชี้เส้นทาง ATM เสมือน (virtual path indicator, VPI) และตัวบ่งชี้วงจรเสมือน (virtual circuit indicator, VCI) ทั้งสองตัวถูกใส่ไว้ด้วยกันในส่วนหัวของเซลล์ ซึ่งจำกัด ATM ให้ทำ tunneling ได้ระดับเดียว
ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดที่ MPLS เหนือกว่า ATM ก็คือมันได้รับการออกแบบจากจุดเริ่มต้นที่จะเสริมกับ IP เราต์เตอร์ที่ทันสมัย​​สามารถที่จะรองรับได้ทั้ง MPLS และ IP ด้วย common interface ที่จะช่วยให้ผู้ประกอบการเครือข่ายมีความยืดหยุ่นในการออกแบบเครือข่ายและการดำเนินงาน ความไม่สามารถใช้ร่วมกันได้ระหว่าง ATM กับ IP จำเป็นต้องมีการปรับตัวที่ซับซ้อน ,ทำให้มันเมื่อเปรียบเทียบแล้วมีความเหมาะสมน้อยสำหรับเครือข่ายไอพีที่ครอบงำตลาดส่วนใหญ่ของวันนี้

การนำไปใช้งาน

MPLS ในขณะนี้ (ณ มีนาคม 2012) ถูกใช้งานในเครือข่าย IP-เท่านั้นและอยูในมาตรฐานของ IETF ใน RFC 3031 มันถูกใช้ในการเชื่อมต่อน้อยมากแค่สองจุดจนถึงการใช้งานขนาดใหญ่มาก ตัวอย่างเช่นในภาคการค้าปลีก, มันก็ไม่แปลกที่จะเห็นการใช้งานของ 2000-5000 สาขาในการสื่อสารข้อมูลทำธุรกรรมกับสำนักงานใหญ่ของศูนย์ข้อมูล.
ในทางปฏิบัติ MPLS ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อส่งต่อดาต้าแกรม IP และการจราจรอีเธอร์เน็ต การใช้งานที่สำคัญของ MPLS เป็นวิศวกรรมจราจรสื่อสารโทรคมนาคม และ MPLS VPN

วิวัฒนาการ

MPLS แต่เดิมมีวัตถุประสงค์เพื่อช่วยให้การจราจรการส่งต่อและวิศวกรรมการจราจรในเครือข่าย IP ให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น อย่างไรก็ตามมันมีวิวัฒนาการใน General MPLS (GMPLS) เพื่อให้ทำการสร้างเส้นทางเปลี่ยนป้าย (label-switched path, LSPs) ในเครือข่ายที่ไม่ใช่ native IP ได้ด้วยเช่นเครือข่าย SONET/SDH และเครือข่ายออปติคอลความยาวคลื่นเปลี่ยน (wavelength switched optical network)

คู่แข่ง

MPLS สามารถอยู่ในสิ่งแวดล้อมทั้ง IPv4 และ IPv6 (โดยใช้โปรโตคอลเส้นทางที่เหมาะสม) เป้าหมายที่สำคัญของการพัฒนา MPLS ในอดีตก็คือเพื่อเพิ่มความเร็วในการกำหนดเส้นทาง เป้าหมายนี้จะไม่เกี่ยวข้องอีกต่อไปเพราะการใช้งานของวิธีสวิตช์แบบใหม่เช่น ASIC, TCAM และ CAM-based switching เพราะฉะนั้นในตอนนี้การประยุกต์ใช้หลักของ MPLS คือการใช้วิศวกรรมจราจรที่จำกัด และ เครือข่าย VPNs over IPv4 ในเลเยอร์ 2/3
นอกจาก GMPLS แล้ว, คู่แข่งหลักของ MPLS คือเส้นทางที่สั้นที่สุด Bridging (Shortest Path Bridging, SPB), สะพานกระดูกสันหลัง (Provider Backbone Bridges, PBB) และ MPLS- TP โพรโทคอลเหล่านี้ยังให้บริการเช่นผู้ให้บริการ VPNs เลเยอร์ 2 และเลเยอร์ 3. L2TPv3 ได้รับการแนะนำว่าเป็นคู่แข่งตัวหนึ่ง แต่ยังไปไม่ถึงความสำเร็จในวงกว้าง. บางผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ต จะนำเสนอบริการที่แตกต่างให้กับลูกค้าพร้อมกับ MPLS บริการเหล่านี้ส่วนใหญ่รวมถึงวงจรเช่าส่วนตัวแห่งชาติ (NPLC), ILL, IPLC ฯลฯ ตัวอย่างของ NPLC โดยพิจารณาเมือง A และเมือง B องค์กรหนึ่งมีสำนักงานในแต่ละเมือง องค์กรนี้ต้องมีการเชื่อมต่อระหว่างทั้งสองสำนักงาน ผู้ให้บริการอินเทอร์เน็ตจะสามารถเข้าถึง PoP ในแต่ละเมืองและมีการเชื่อมโยงระหว่าง PoPs. เพื่อเชื่อมสำนักงานไปยัง PoPs, การเชื่อมต่อผ่านสายเคเบิ้ลท้องถิ่นจะได้รับการคอมมิชชั่นนิงให้แต่ละสำนักงาน ด้วยวิธีนี้ NPLC จะได้รับบริการ
IEEE 1355 และ Spacewire เป็นครอบครัวของมาตรฐานของ physical-layer ที่เรียบง่ายคล้ายกันมากในการทำงานในระดับฮาร์ดแวร์กับ MPLS