مقاله در مورد مدلسازی و شبیه سازی سوئیچ MPLS و بررسی مقایسه ای نرم افزارهای موجود

بخشی از مقاله

فصل اول: کيفيت سرويس و فنآوری هاي شبكه 1
1-1- مقدمه 1
1-2- كيفيت سرويس در اينترنت 1
1-2-1- پروتكل رزور منابع در اينترنت 3
1-2-2- سرويس هاي متمایز 4
1-2-3- مهندسي ترافيك 6

1-2-4- سوئيچنگ برحسب چندين پروتكل 9
1-3- مجتمع سازي IP و ATM 9
1-3-1- مسيريابي در IP 12
1-3-2- سوئيچينگ 13
1-3-3- تركيب مسيريابي و سوئيچينگ 14
1-3-4- MPLS 20
فصل دوم: فنآوریMPLS 23
2-1- مقدمه 23
2-2- اساس كار MPLS 24
2-2-1- پشته برچسب 26
2-2-2- جابجايي برچسب 27
2-2-3- مسير سوئيچ برچسب (LSR) 27
2-2-4- كنترل LSP 29
2-2-5- مجتمع سازي ترافيك 30
2-2-6- انتخاب مسير 30
2-2-7- زمان زندگي (TTL) 31
2-2-8- استفاده از سوئيچ هاي ATM به عنوان LSR 32
2-2-9- ادغام برچسب 32
2-2-10- تونل 33

2-3- پروتكل هاي توزيع برچسب در MPLS 34
فصل سوم: ساختار سوئيچ هاي شبكه 35
3-1- مقدمه 35
3-2- ساختار كلي سوئيچ هاي شبكه 35
3-3- كارت خط 40
3-4- فابريك سوئيچ 42
3-4-1- فابريك سوئيچ با واسطه مشترك 43
3-4-2 فابريك سوئيچ با حافظه مشترك 44

3-4-3- فابريك سوئيچ متقاطع 45
فصل چهارم: مدلسازي و شبيه‌سازي يك سوئيچ MPLS 50
4-1- مقدمه 50
4-2- روشهاي طراحي سيستمهاي تك منظوره 50
4-3- مراحل طراحي سيستمهاي تك منظوره 52
4-3-1- مشخصه سيستم 53
4-3-2- تاييد صحت 53
4-3-3- سنتز 54
4-4 – زبانهاي شبيه سازي 54

4-5- زبان شبيه سازي SMPL 56
4-5-1- آماده سازي اوليه مدل 58
4-5-2 تعريف و كنترل وسيله 58
4-5-3 – زمانبندي و ايجاد رخدادها 60
4-6- مدلهاي ترافيكي 61
4-6-1- ترافيك برنولي يكنواخت 62
4-6-2- ترافيك زنجيره اي 62
4-6-3- ترافيك آماري 63
4-7- مدلسازی كارت خط در ورودي 64
عنوان صفحه
4-8- مدلسازی فابريك سوئيچ 66
4-8-1- الگوريتم iSLIP 66
4-8-2- الگوريتم iSLIP اولويت دار 71
4-8-3- الگوريتم iSLIP اولويت دار بهينه 76
4-9- مدلسازی كارت خط در خروجي 79
4-9-1 – الگوريتم WRR 80
4-9-2- الگوريتم DWRR 81
4-10- شبيه سازي كل سوئيچ 82
4-11- كنترل جريان 90
فصل پنجم: نتيجه گيری و پيشنهادات 93
5-1- مقدمه 93
5-2- نتيجه گيری 93
5-3- پيشنهادات 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
كيفيت سرويس و فنآوری هاي شبكه

1-1- مقدمه

با گسترش تعداد كاربران اينترنت و نياز به پهناي باند بيشتر از سوي آنها، تقاضا براي استفاده از سرويسهاي اينترنت با سرعت رو به افزايش است و تهيه كننده هاي سرويس اينترنت براي برآورده سازي اين تقاضا ها احتياج به سوئيچ هاي با ظرفيت بيشتر دارند ]1[.
در اين ميان تلاشهاي زيادي نيز براي دستيابي به كيفيت سرويس بهتر در حال انجام مي‌باشد. فنآوریATM نيز كه به اميد حل اين مشكل عرضه شد، بعلت گسترش و محبوبيتIP نتوانست جاي آن را بگيرد و هم اكنون مساله مجتمع سازي IP و ATM نيز به يكي از موضوعات مطرح در زمينه شبكه تبديل شده است.
در اين فصل به معرفي مسائل و مشكلات مربوط به كيفيت سرويس و مجتمع سازي IP و ATM مي پردازيم و راه حلهاي ارائه شده از جمله MPLS رابررسي خواهيم نمود.

1-2- كيفيت سرويس در اينترنت

سرويسي كه شبكه جهاني اينترنت به كاربران خود ارائه داده است، سرويس بهترين تلاش4 بوده است. يكي از معايب اصلي اين سرويس اين است كه با وجود اينكه مسيرياب‌هاي شبكه به خوبي قادر به دريافت و پردازش بسته هاي ورودي مي باشند ولي هيچگونه تضميني در مورد سالم رسيدن بسته ها به مقصد وجود ندارد. با توجه به رشد روز افزون استفاده از اينترنت و به خصوص با توجه به اشتياق زياد به اينترنت به عنوان ابزاري براي گسترش تجارت جهاني، تلاش هاي زيادي

جهت حفظ كيفيت سرويس (QoS) در اينترنت در حال انجام مي باشد. در اين راستا در حال حاضر كلاس هاي سرويس متنوعي مورد بحث و توسعه مي باشند. يكي از كلاس هاي سرويس فوق ، به شركت ها و مراكز ارائه سرويس هاي web كه نياز به ارائه سرويس هاي سريع و مطمئن به كاربران خود دارند، اختصاص دارد.
يكي ديگر از كلاس هاي سرويس جديد در اينترنت ، به سرويس هايي كه نياز به تاخير و تغييرات تاخير كمي دارند، اختصاص دارد. سرويس هايي نظير تلفن اينترنتي و كنفرانس‌هاي تصويري اينترنتي نمونه اي از سرويس هاي اين كلاس سرويس مي باشند.
براي نيل به سرويس هاي جديد فوق، عده اي براين عقيده هستند كه در آينده اي نزديك تكنولوژي فيبر نوري و WDM آنقدر رشد خواهد كرد كه اينترنت به طور كامل بر مبناي آن پياده سازي خواهد شد و عملا مشكل پهناي باند و همچنين تضمين كيفيت سرويس وجود نخواهد داشت. عقيده دوم كه ظاهرا درست تر از عقيده اول مي باشد، اين است كه با وجود گسترش فنآوریهاي انتقال و افزايش پهناي باند، هنوز به مكانيسم هايي براي تضمين كيفيت سرويس كاربران نياز مي باشد. در حال حاضر اكثر توليد كنندگان مسيرياب ها و سوئيچ هاي شبكه اينترنت، در حال بررسي و افزودن مكانيسم‌هايي براي تضمين كيفيت سرويس در محصولات خود مي باشند.
از سوي سازمان جهاني IETF مدل ها و مكانيسم هاي مختلفي براي تضمين كيفيت سرويس مورد تقاضاي كاربران ارائه شده است. برخي از مهمترين اين مدل ها عبارتند از:
1- پروتكل رزرو منابع در اينترنت RSVP
2- سرويس هاي متمایز DS
3- مهندسي ترافيك
4- سوئيچنگ برچسب چندين پروتكل MPLS
در قسمتهاي بعدي به طور خلاصه با هر يك از مدل هاي فوق آشنا مي شويم .

1-2-1- پروتكل رزور منابع در اينترنت
پروتكل RSVP به عنوان يك پروتكل سيگنالينگ براي رزرو منابع در اينترنت استفاده مي شود. در شكل 1-1 مثالي از عمليات سيگنالينگ RSVP نشان داده شده است. مطابق با شكل فوق، فرستنده ابتدا پيام PATH را ارسال مي دارد. در اين پيام مشخصات و پارامترهاي ترافيكي فرستنده موجود مي باشد. هر مسيرياب شبكه با دريافت پيام PATH با كمك جدول مسيريابي خود پيام

را هدايت نموده تا اينكه پيام به مقصد نهايي برسد. گيرنده نهايي بعد از دريافت پيام PATH، پيام RESV را از خود عبور داده و منابع لازم شامل پهناي باند و فضاي بافر را به ارتباط جديد اختصاص مي دهد. چنانچه يكي از مسيرياب هاي موجود در مسير، قادر به قبول پيام RESV نباشد، آنرا رد نموده و پيام خطايي به گيرنده ارسال مي نمايد و سپس عمليات سيگنالينگ خاتمه مي يابد. با

قبول پيام RESVاز جانب هر مسير ياب موجود در مسير، اطلاعات وضعيت مربوط به جريان ترافيكي فوق ثبت مي شود .

شكل 1-1- مثالي از عمليات سيگنالينگ RSVP

با ورود هر بسته به مسيرياب هاي شبكه، واحد طبقه بندي كننده، بسته ورودي را به يك كلاس خاص طبقه بندي نموده و سپس بسته ورودي را در يك صف خاص قرار مي دهد. عمليات زمانبندي بسته ها در هر صف موجود در مسيرياب، توسط واحد زمان بند بسته طوري انجام مي گردد كه كيفيت سرويس مورد نظر تامين شود. اين سرويس داراي مشكلات زير مي باشد:
1- ميزان اطلاعات وضعيت متناسب با تعداد جريان هاي ترافيكي افزايش مي يابد. بنابراين براي نگهداري اطلاعات وضعيت در مسيرياب ها نياز به حافظه زيادي مي باشد. همچنين بالاسري عمليات مسير ياب ها به شدت افزايش مي يابد. لذا قابليت مقياس پذيري در ساختار سرويس هاي مجتمع به هيچ وجه مشاهده نمي گردد .
2- هر مسير ياب نياز به پروتكل RSVP، روتين كنترل كننده دسترسي، طبقه بندي كننده جريان ترافيكي و زمان بند بسته دارد . بنابراين مي توان گفت كه در سرويس هاي مجتمع وظايف پردازشي مسيرياب ها به شدت زياد مي باشد.

1-2-2- سرويس هاي متمایز
به خاطر مشكلات پياده سازي و توسعه سرويس هاي مجتمع كه در بالا به آنها اشاره شد، سرويس هاي متمایز ارائه گرديدند . همانطور كه مي دانيم درسر فصل بسته هاي IPv4 فيلد يك بايتي به نام نوع سرويس (ToS) وجود دارد. در اين فيلد سه بيت مختلف وجود دارد كه برنامه هاي كاربردي با استفاده از اين سه بيت قادر به تعيين نيازهاي خود مي باشند. سه بيت فوق عبارتند از:
1- بيت D : نياز به تاخير كم
2- بيت R :‌نياز به نرخ اتلاف كم (اطمينان بالا)
3- بيت T : نياز به گذردهي بالا
در سرويس هاي متمایز، فيلد نوع سرويس به فيلد DS تغيير نام كرده است. با كد گذاري هاي مختلف فيلد DS و پردازش بسته ها براساس مقدار فيلد فوق، مي توان كلاس هاي سرويس متمایزي را ايجاد نمود.
براي دسترسي به سرويس هاي متمایز، لازم است كه كاربران شبكه به يك توافق سطح سرويس (SLA) با سرويس دهنده هاي اينترنت ((ISP ، برسند . كلاس هاي مختلف سرويس و ميزان ترافيك هر كلاس در SLA مشخص مي شود. SLA مي تواند به يكي از دو صورت ثابت و پويا بيان شود. در نوع ثابت توافق ترافيكي بين كاربر و ISP ثابت مي باشد، در حاليكه در نوع پويا با استفاده از پروتكل های سيگنالينگ (مثل RSVP ) سرويس مورد نظر كاربر متناسب با تقاضاي آن قابل تنظيم مي

باشد. براساس SLA توافق شده بين كاربر و شبكه، در مدخل ورودي به شبكه،‌ بسته‌هاي ورودي كاربران طبقه بندي، نظارت و در صورت لزوم شكل دهي مي گردند. همچنين ميزان بافر مورد نياز جريان ترافيكي كاربر از اطلاعات موجود در SLA استخراج مي گردد.
با كمك عمليات طبقه بندي، نظارت، ‌شكل دهي و زمانبندي كه در DS اجرا مي گردد، مي توان به سرويس هاي متمایز زير دسترسي پيدا نمود.
1- سرويس هاي تشويقي : براي كاربردهايي كه به تاخير و تغييرات تاخير كم نياز می باشد.
2- سرويس هاي مطمئن : براي كاربردهايي كه به اطمينان بالا نياز مي باشد.
3- سرويس هاي المپيك : اين سرويس ها خود به سه دسته سرويس هاي طلايي ، نقره‌اي و

برنزي تقسيم بندي مي شوند كه به ترتيب كيفيت سرويس كاهش مي يابد.
بين استفاده از سرويس هاي متمایز و RSVP تفاوت هاي زير وجود دارد:
از آنجائيكه در سرويس هاي متمایز تعداد كلاس هاي سرويس كه توسط فيلد DS مشخص مي شود بسيار محدود است، بنابراين برخلاف سرويس هاي مجتمع،‌ ميزان اطلاعات وضعيت متناسب با تعداد كلاس هاي سرويس مي باشد نه تعداد جريان هاي ترافيكي. اين امر منجر به قابليت مقياس پذيري بالاتر سرويس هاي متمایز نسبت به سرويس هاي مجتمع مي گردد.
عمليات طبقه بندي، نشانه گذاري، نظارت و شكل دهي فقط در مرز شبكه بايد انجام شود. بنابراين پياده سازي و اعمال سرويس هاي متمایز ساده تر از سرويس هاي مجتمع مي باشد.
براي پياده سازي سرويس هاي مطمئن، ‌ابتدا توسط مسيرياب ورودي شبكه عمليات طبقه بندي و نظارت صورت مي گيرد. چنانچه ترافيك ورودي از آنچه كه در SLA آمده است، بيشتر باشد در اين صورت ترافيك ورودي متخلف مي باشد، در غير اين صورت نامتخلف است. تمام بسته هاي ورودي و خروجي در يك صف قرار مي گيرند و برروي آنها مديريت صف صورت مي گيرد .
سرويس هاي تشويقي براي كاربراني كه ترافيك توليدي آنها داراي حداكثر نرخ بيت ثابت مي باشد، تاخير و تغييرات تاخير كمي را تضمين مي نمايد. هر كاربر داراي يك توافق ترافيكي SLA با سرويس دهنده خود مي باشد. در SLA حداكثر نرخ بيت مجاز كاربر قيد شده است و كاربر موظف به رعايت آن مي باشد. چنانچه نرخ بيت ارسال كاربر از حداكثر مجاز تجاوز نمايد، ‌در اين صورت ترافيك هاي اضافي از بين مي روند. شبكه نيز متعهد مي شود كه پهناي باند مورد نياز كاربر را تامين نمايد. در كاربردهايي نظير تلفن اينترنتي، كنفرانس ويدئوئي، ايجاد خطوط استيجاري و مجازي و VPN از سرويس هاي تشويقي استفاده مي شود.

1-2-3- مهندسي ترافيك
عواملي نظير كمبود منابع كافي در شبكه و همچنين توزيع نادرست بار ترافيكي در شبكه، باعث ايجاد تراكم در شبكه مي گردد. چنانچه منابع كافي در شبكه موجود نباشد در اين صورت تمام مسير ياب هاي موجود در شبكه دچار تراكم و ازدحام بار مي شوند كه تنها راه حل مناسب آن، افزودن منابع ديگر به شكبه مي باشد. اگر بار ترافيكي به طور مناسب و صحيح در شبكه توزيع نشود در اين صورت برخي از مناطق شبكه دچار تراكم مي شوند در حاليكه در برخي نقاط ديگر هيچگونه تراكمي مشاهده نمي شود. از آنجاييكه اكثر پروتكل هاي مسير يابي ديناميكي از الگوريتم كوتاهترين فاصله استفاده مي نمايند، بنابراين امكان ايجاد تراكم در برخي مسيرها و عدم وجود تراكم در مسيرهاي ديگر شبكه وجود دارد . البته روش بهبود يافته ECMP به شرط آنكه بيش از يك مسير به عنوان كوتاهترين مسيرها موجود باشد، تا حدي مشكل فوق را در پروتكل مسيريابي ديناميكي OSPF حل مي نمايد. همچنين به عنوان يك راه حل ديگر مي‌توان هزينه هر خط شبكه را به صورت دستي تغيير داد تا عمليات تقسيم بار صورت گيرد اما طبيعي است اين راه حل براي

شبكه‌هاي وسيع عملي نمي‌باشد .
با كمك روال هايي كه در مهندس ترافيك در نظر گرفته شده است، ميتوان تا حد زيادي از ايجاد تراكم در شبكه جلوگيري نمود. مسير يابي مبتني بر اضطرار (CBR) يك روش براي مهندسي ترافيك و جلوگيري از تراكم در شبكه است كه به شرح آن مي پردازيم .
در مسيريابي مبتني بر اضطرار با استفاده از چندين پارامتر مختلف، مسيرهاي موجود بين مبدا

و مقصد محاسبه مي شوند. در حقيقت مسيريابي مبتني بر اضطرار تكميل يافته مسيريابي مبتني بر كيفيت سرويس مي باشد. در مسيريابي QoS كليه مسيرهايي كه كيفيت سرويس مورد نظر كاربر را برآورده مي نمايد محاسبه مي شوند . در مسيريابي مبتني بر اضطرار ساير محدوديت هاي شبكه نظير نظارت بر ترافيك نيز درنظر گرفته شده است. با استفاده از مسير يابي مبتني بر اضطرار، امكان انتخاب مسيرهايي با كيفيت سرويس مورد نظر و همچنين افزايش ميزان بهره وري شبكه فراهم مي آيد. در مسيريابي مبتني بر اضطرار در هنگام محاسبه مسيرهاي موجود نه تنها توپولوژي شبكه بلكه پارامترهاي ديگري نظير نيازهاي جريان هاي ترافيكي، ميزان ظرفيت موجود در خط هاي شبكه و ساير نظارت هاي لازم كه توسط مدير شبكه تعيين مي‌شود، در نظر گرفته مي شوند. بنابراين در وحله اول ممكن است كه مسير محاسبه شده توسط مسير يابي مبتني بر اضطرار طولاني تر از مسيرهاي ديگر باشد ولي مطمئنا مسير محاسبه شده داراي سبكترين بار ترافيكي بوده و نيازهاي كاربر را به خوبي برآورده مي نمايد.
همانند پروتكل هاي مسيريابي ديناميكي، براي محاسبه بهترين مسير ممكن توسط الگوريتم مبتني بر اضطرار بايد مسير ياب هاي شبكه به طور متناوب اطلاعات وضعيت خط را بين يكديگر مبادله نمايند .
در مسيريابي مبتني بر اضطرار مشابه ساير روش هاي مسيريابي، اولين مسئله مهم انتخاب متريك مورد نظر براي مسيرهاي موجود در شبكه مي باشد. متريك هاي متداول در مسير يابي مبتني بر اضطرار عبارتند از: هزينه تعداد پرش ها ، پهناي باند، اطمينان، تاخير و تغييرات تاخير مسير انتخاب شده. الگوريتم هاي مسير ياب، يك يا چند متريك فوق را بهينه مي نمايند.
چنانچه از چندين متريك فوق به صورت تركيبي براي محاسبه مسير بهينه استفاده شود، در اين صورت پيچيدگي عمليات توليد جداول مسير يابي به شدت زياد مي گردد. اگر از متريك هاي پهناي باند و يا تعداد پرش در محاسبه مسير بهينه استفاده شود، در اين صورت به خاطر وجود الگوريتم هايي نظير الگوريتم Dijestra و Bellman-Ford محاسبات مسيريابي نسبتا ساده مي‌باشد. در مسيريابي مبتني بر اضطرار فركانس محاسبه مسيرها به مراتب نسبت به ساير روش هاي ديناميكي بيشتر مي باشد. دليلي كه مي توان براي اين مطلب آورد اين است كه در مسير يابي ديناميكي تنها با تغيير توپولوژي شبكه، مسيرهاي جديد محاسبه مي شوند ولي در مسير يابي مبتني بر اضطرار، تغييرات پهناي باند نيز منجر به محاسبه مسيرهاي جديددر جدول مسيريابي مي گردد. بنابراين مي توان نتيجه گرفت كه پيچيدگي روش مسير يابي مبتني بر اضطرار به مراتب بيشتر از مسيريابي ديناميكي مي باشد. براي محاسبه جداول مسير يابي و كاهش پيچيدگي مسيريابي مبتني بر اضطرار، مي توان از روش هاي پيشنهادي زير استفاده نمود:
1- استفاده از يك تايمر طولاني براي كاهش فركانس محاسبات.
2- استفاده ازمرتيك هاي پهناي باند و تعداد جهش .
3- استفاده از سياست هاي مديريت براي حذف برخي از خط هايي كه به هر دليل مورد قبول نمي باشند. مثلا اگر يك ارتباط نياز به تاخير كم داشته باشد، قبل از انجام مسيريابي ابتدا تمام خط

هايي كه تاخير بالايي دارند حذف مي شوند و سپس مسير‌يابي انجام مي گردد.
ذكر اين نكته ضروري مي باشد كه مسيريابي مبتني بر اضطرار داراي مشكلات زيادي است كه عبارتند از:
1- بالا سري زياد در محاسبه مسير.
2- افزايش اندازه جدول مسيريابي.
3- احتمال عدم پايداري.
4- بهينه نبودن مسير انتخابي از نظر ميزان مصرف منابع .

1-2-4- سوئيچنگ برحسب چندين پروتكل

در پروتكل MPLS به بسته هاي ورودي به شبكه يك برچسب كوتاه الحاق مي گردد و سپس با توجه به مقدار برچسب فوق، عمليات مسيريابي در درون شبكه انجام مي شود. در بخش هاي بعدي توضيحات كامل در مورد پروتكل MPLS ارائه خواهد شد.

1-3- مجتمع سازي IP و ATM

با گسترش سريع شبكه هاي مبتني بر IP و همچنين با توجه به ويژگيهاي منحصر به فرد فنآوري ATM، مدتي است كه مبحث پياده سازي IP بر روي ATM مطرح مي باشد و تاكنون پيشنهادهاي مختلف و فعاليتهاي زيادي در اين زمينه صورت گرفته است ]2[.
يكي از اولين و مهمترين مشكلات پياده سازي IP بروي ATM عملكرد متفاوت اين دو فنآوري مي باشد. IP يك پروتكل بهترين تلاش و بي اتصال مي باشد در حاليكه ATM از نوع اتصال گرا است و كيفيت سرويس اتصال ها را به خوبي تضمين مي نمايد. در IP داده هاي ارسالي بصورت بسته مي باشد، در حاليكه در ATM داده ها بصورت سلول مي باشد. در IP از مسير يابي لايه سوم استفاده مي شود، در حاليكه در ATM از روش رزرو منابع استفاده مي شود.
با استفاده از فنآوري ATM، امكان استفاده از سرويس هاي متنوع صوتي، تصويري و داده اي، فراهم مي آيد. از طرف ديگر IP، قدمت حدود 30 سال دارد و در اين مدت فعاليت ها و نرم افزارهاي زيادي بر پايهIP طراحي و پياده سازي شده است. بنابراين شركت هاي مخابراتي و متخصصان شبكه، بهترين راه حل پياده سازي نسل آينده اينترنت را ارسال ترافيك هاي IP و ATM مي دانند.
همانطور كه مي دانيم در شبكه هاي كامپيوتري دو فنآوري مختلف سوئيچينگ بسته اي و سوئيچينگ مداري وجود دارد. میزان بهره وری از منابع شبکه در سوئیچینگ بسته ای به خصوص در حالتيكه ترافيك هاي ارسالي كاربران از نوع زنجيره اي باشد، به مراتب بالاتر از سوئيچينگ مداري است اما مهمترين برتري سوئيچينگ مداري آن است كه امكان تضمين كيفيت سرويس در شبكه هاي سوئيچينگ مداري وجود دارد. با توجه به اينكه IP و ATM از دو نوع سوئيچينگ مختلف كه در بالا به آن اشاره شد، استفاده مي نمايند، ‌در تركيبب و مجتمع سازي اين دو نوع فنآوري يكسري مشكلاتي وجود دارد.
براي رفع مشكلات فوق و پياده سازي IP برروي ATM، تاكنون از سوي IETF، انجمن ATM و ساير شركتهاي مخابراتي، روش هاي مختلفي مانند مدل سنتيIP بروي ATM ، NHRP ، MPOA و MPLS ارائه شده است .
هر يك ازروش هاي فوق داراي ويژگي ها و مشخات خاصي مي باشند ولي مطمئنا كاملترين روش پياده سازيIP بروي ATM، پروتكل MPLS است كه در اين قسمت به بررسي اجمالي آن مي

پردازيم.
MPLS در حقيقت تركيبي از سوئيچينگ لايه دوم (لايه پيونده داده) با مسيريابي لايه سوم (لايه شبكه) مي باشد كه هدف اصلي آن ايجاد يك فابريك انعطاف پذيرشبكه با كارآيي و مقياس پذيري بالا مي باشد.MPLS وابسته به پروتكل لايه دوم خاصي نمي باشد ولي پياده سازي هاي اوليه آن بر روي ATM وFrame Relay صورت گرفته است. در اوايل سال 1997، گروه مطالعاتي MPLS، كه در آن ISP هاي زياد عضويت دارند، ‌شروع به فعاليت نمود كه هدف اصلي آن پاسخگويي و رفع نياز مشكلات فراوان موجود در اينترنت فعلي مي باشد. برخي از مهمترين اهداف MPLS كه در شبكه اينترنت فعلي وجود ندارند عبارتند از:
1- ايجاد يك شبكه IP با قابليت مقايس پذيري براي رفع نيازهاي رو به افزون ترافيك‌هاي اينترنت

2- فراهم سازي سرويس هاي مبتني بر IP
3- تركيب ترافيك هاي مختلف بر روي يك شبكه IP واحد
4- بهبود بازدهي عملياتي شبكه در يك محيط رقابتي
در ابتداي پيدايش فنآوریATM، تصور همگان براين بود كه با توجه به ويژگي هاي منحصر به فرد ATM در آينده شاهد يك شبكه كاملا مبتني بر ATM خواهيم بود. اما با گسترش IP و شبكه هاي مبتني بر IP، اين ايده به تدريج كمرنگ گرديد. تصور فعلي براين است كه در نسل آينده شبكه ها از مزاياي فنآوري هاي موجود نظير ATM وIP به نحو احسن استفاده مي شود.
فنارآوري سوئيچينگ برحسب نتيجه تركيب و استفاده توأم از مزاياي فناوري هاي سوئچينگ لايه دوم و مسيريابي لايه سوم می باشد. طبيعي است كه اين نوع شبكه، به دليل استفاده همزمان از فنآوریهاي سوئيچينگ و مسيریابي، بهترين راه حل براي استفاده همزمان از IP و ATM مي باشد.
در حالت كلي، فناوري MPLS فقط به IP و ATM محدود نمي‌شود، بلكه MPLS نحوه يكپارچه سازي فنآوریهاي لايه دوم و لايه سوم را توصيف مي نمايد. در MPLS يكسري روال ها براي استفاده از قابليت هاي سوئچيگ سريع ATM و Frame Relay در شبكه‌هاي IP توصيف شده است .
در شبكه هاي MPLS به هر يك از بسته هاي IP ورودي توسط مسير ياب هاي موجود در لبه شبكه، يك برچسب الحاق مي گردد. در درون شبكه MPLS، هدايت بسته ها به مقصد بوسيله پردازش برروي فيلد برچسب انجام مي شود. در لبه خروجي شبكهMPLS، برچسب الحاقي به بسته حذف شده و بسته IP تحويل مقصد مي گردد.
شكل 1-2 مثالي از يك شبكه MPLS و تجهيزات آن را نشان مي دهد. مطابق با شكل فوق مسيرياب هايي كه در لبه شبكه قرار گرفته اند و با استفاده از اطلاعات IP، به بسته هاي ورودي يك برچسب خاص تخصيص مي دهند، با نام LER شناخته مي شوند . مسيريابهاي داخل شبكه MPLS كه تنها وظيفه آنها پردازش بسته هاي IP برچسب زده شده و هدايت آنها به سمت مقصد مي باشد، با نام LSR شناخته مي شوند. همچنين مطابق با شكل فوق، به مسيري كه بسته هاي IP ازطريق آن مسير به سمت مقصد ارسال مي شوند، اصطلاحا LSP گفته مي شود.

شكل 1-2- مثالي از يك شبكه MPLS

1-3-1- مسيريابي در IP
قبل از بررسي پروتكل MPLS، به بررسي اجمالي مسيريابي در IP مي پردازيم. در سرفصل بسته هاي IP، اطلاعات لازم براي مسير يابي وجود دارد. مسيريابي P ، براساس مسيريابي مبتني بر مقصد انجام مي گيرد. اين بدان معني است كه براي هدايت هر بسته IP به مقصد، سرفصل آن

مورد بررسي قرار مي گيرد و با توجه به آدرس مقصد و محتواي جدول مسيريابي، پرش بعدي بسته تعيين شده و بسته IP ارسال مي‌گردد. از آنجایيكه هر بسته IP به طور مستقل مسير يابي مي گردد و از يك مسير از قبل تعيين شده عبور نمي كند بنابراين مي توان گفت كه شبكه به صورت بي اتصال عمل مي نمايد. بعد از برقراري ارتباط هسايگي بين مسيرياب هاي شبكه، جداول مسيريابي بين مسيرياب ها مبادله مي گردد. هر مسير ياب، بعد از دريافت بسته IP بايد پرش بعدي بسته را

تعيين كند. با استفاده از پروتكل هاي مسيريابي ديناميكي نظير OSPF، هر مسيرياب قادر به فراگيري كل توپولوژي شبكه مي باشد. با استفاده از اطلاعات بدست آمده از مسيرياب هاي مجاور، هر مسير ياب جداول مسيريابي خود را كامل نموده و بدين ترتيب قادر به تعيين پرش بعدي و هدايت بسته به سمت مقصد مي باشد.
در شكل 1-3، جزئيات مربوط به استفاده و نحوه به روز آوري جداول مسيريابي آورده شده است. همانطور كه در اين شكل ديده مي شود، عمليات مسيريابي به صورت نرم افزاري و سخت افزاري قابل پياده سازي است.

شكل 1-3- نحوه استفاده و ايجاد جداول مسيريابي

1-3-2- سوئيچينگ
با گسترش شبكه هاي كاملا مبتني بر IP، سرويس دهنده هاي شبكه به اين نتيجه رسيدند كه چنانچه شبكه هاي آنها كاملا مبتني بر مسيرياب ها طراحي و توسعه يابد، مشكلات متعددي در شبكه بوجود خواهد آمد. برخي از اين مشكلات عبارتند از :
1- مشكلات موجود در قسمت نرم افزاري مسيرياب ها
2- قيمت بالاي مسير ياب هاي سريع IP
3- مشكل بودن تخمين كارآيي شبكه هاي وسيع مبتني بر IP
فناوري هاي سوئيچينگ سريع در ATM و Frame Relayاز الگوريتم جابجايي برچسب استفاده مي نمايند. به خاطر سادگي الگوريتم فوق، امكان پياده سازي سخت افزاري آن وجود دارد كه باعث افزايش سرعت، كاهش قيمت و افزايش كارآيي آن نسبت به مسير ياب هاي IP مي گردد. فنآوري هاي ATM و Frame Relay، هر دو به صورت اتصال گرا عمل مي نمايند. بنابراين قبل از ارسال هر گونه داده اي، ابتدا يك اتصال اوليه بين مبدا و مقصد بوجود مي آيد و داده هاي ارسالي تماما از يك مسير مشخص ارسال مي گردند. بنابراين در شبكه هاي اتصال گرا، امكان مديريت و تخمين پارامترها فراهم مي‌آيد.

1-3-3- تركيب مسيريابي و سوئيچينگ
براي استفاده از مزاياي سوئيچينگ و رفع مشكلات مربوط به توسعه شبكه هاي مبتني برمسيرياب، از تركيب مسيرياب و سوئيچ در توسعه شبكه هاي گسترده استفاده مي شود. در اين ساختار، مطابق با شكل 1-4، مسيرياب ها در لبه هاي شبكه قرار مي گيرند و اتصال بين آنها از طريق سوئيچ هاي شبكه صورت مي گيرد. بنابراين امكان مديريت و تخمين پارامترها فرآهم مي آيد. به اين نحوه مجتمع سازي IP و ATM مدل Overlay گفته مي شود.

شكل 1-4- مدل Overlyبراي مجتمع سازي IP و ATM

همانطور كه قبلا نيز اشاره شد، در شبكه هاي مبتني بر مسير ياب، براي تبادل اطلاعات و جداول مسيريابي، ‌لازم است كه مسير ياب‌هاي شبكه با يكديگر ارتباط همسايگي برقرار نمايند . در ساختار شكل 1-4، ازطريق اتصال هاي بين سوئيچ ها (مثلا VC در ATM)، ارتباط همسایگي برقر

ار مي شود. در اين حالت براي برقراري كامل اتصال بين مسيرياب ها، نياز به ايجاد يك حلقه كامل VC مي باشد. چنانچه تعداد مسيرياب ها در شبكه n تا باشد، به تعداد n(n-1)/2 اتصال VC براي اتصال مسيرياب هاي شبكه به يكديگر نياز است. طبيعي است كه با افزايش n، تعداد اتصال هاي لازم با توان دوم n افزايش مي يابند كه اين امر باعث پيچيدگي مديريت شبكه مي شود.
به عنوان مثال در شكل 1-5 ، يك شبكه با 4 مسيرياب آورده شده است. در اين شكل براي برقراري اتصال بين مسيرياب ها به 6=2/(1-4)×4 اتصال VC نياز است كه اين تعداد VC مورد نياز، با افزايش
با توجه به مطالب فوق ديده مي شود كه مدل Overlay براي پياده سازي و تركيب IP و ATM داراي ضعف زيادي در مقياس پذيري مي باشد.

شكل 1-5- يك شبكه مجتمع شامل چهار مسيرياب IP

براي رفع مشكل فوق، سوئيچينگ چند لايه پيشنهاد شده است. در اين راه حل كه MPLS هم جزئي از آن مي باشد، با تركيب سوئيچينگ لايه دوم و مسيريابي لايه سوم، يك راه حل جامع براي تركيب IP و ATM ارائه شده است. تكنيك سوئيچينگ چند لايه داراي دو ويژگي اصلي زير مي باشد:
1- جداسازي واحد كنترل از واحد هدايت به جلو
2- استفاده از الگوريتم جابجايي برچسب براي عمليات هدايت به جلو
مطابق با شكل 1-6، در سوئيچينگ چند لايه، دو واحد اصلي به نام واحد كنترل و واحد هدايت به جلو به طور مجزا وجود دارند. وظيفه اصلي واحد كنترل، تبادل اطلاعات مسيريابي و به روز آوري جداول مسيريابي با استفاده از پروتكل هاي استاندارد مسيريابي نظير OSPF و BGP مي باشد.

شكل 1-6- واحدهاي تشكيل دهنده سوئيچينگ چند لايه

با ورود هر بسته به سوئيچ هاي چند لايه، ‌واحد هدايت به جلو با استفاده از جداول هدايت به جلو و براساس اطلاعات موجود در سرفصل بسته ورودي، آن را مسيريابي وهدايت مي نمايد. جدول هدايت به جلو توسط واحد كنترل مديريت و به روز مي گردد.
يكي از مزاياي جداسازي واحد كنترل و واحد هدايت به جلو، امكان توسعه و بهينه سازي هر يك از واحدهاي فوق به طور مستقل و جداگانه مي باشد. واحد هدايت به جلو براي هدايت بسته ها از الگوريتم جابجايي برچسب كه مشابه الگوريتم مورد استفاده در ATM و Frame Relay است، استفاده مي نمايد. در اين الگوريتم، سيگنالينگ و توزيع برچسب ها از اهميت بالايي برخوردار مي باشد.
هر برچسب داراي طول ثابتي مي باشد كه در سرفصل بسته ها قرار مي گيرد و از آن براي مشخص نمودن كلاس معادل هدايت به جلو (FEC) ، استفاده مي شود. فيلد برچسب مشابه فيلدهاي VPI وVCI در ATM و DLCI درFramy Relay مي باشد. هر برچسب داراي اهميت محلي مي باشد و از آن براي نگاشت ترافيك هاي ورودي به يك كلاس FEC خاص استفاده مي شود. هر FEC نشان دهنده مجموعه اي از بسته ها مي باشد كه از يك مسير يكسان به سمت مقصد

هدايت مي شوند. اين احتمال وجود دارد كه بسته هاي متعلق به يك كلاس FEC خاص داراي آدرس هاي مقصد يكساني نباشند. به عنوان مثال در يك شبكه IP كليه بسته هايي كه بخش پيشوند آدرس IP مقصد آنها يكسان است، مي توانند به يك كلاس FEC خاص تعلق داشته باشند.
در شبكه هاي سوئيچينگ چند لايه و MPLS، از مسيرياب هاي موجود در لبه ورودي به شبكه براي تعيين مقدار اوليه برچسب بسته هاي وردي به شبكه استفاده مي شود. در شكل 1-7، مثالي

از نحوه تخصيص برچسب بسته هاي وردي براساس آدرس مقصد آنها، آورده شده است.
همانطور كه قبلا نيز اشاره گرديد، در شبكه هاي سوئيچينگ چند لايه مسير موجود بين مبدا و مقصد با نام LSP شناخته مي شود. درهر LSP، اولين و آخرين سوئيچ برچسبي، به ترتيب با نامهاي سوئيچ برچسبي ورودي و سوئيچ برچسبي خروجي شناخته مي شوند. سوئيچ هاي برچسبي موجود در درون شبكه، بدون توجه به محتويات سرفصل بسته ها و فقط براساس مقدار برچ

سب هر بسته و با كمك الگوريتم جابجايي برچسب، اقدام به هدايت بسته ها به سمت مقصد مي نمايند.
الگوريتم جابجايي برچسب نسبت به مسير يابي پرش به پرش لايه شبكه، داراي مزاياي زير مي‌باشد:
1- سوئيچ هاي برچسبي در تخصيص بسته هاي ورودي به FEC ها، داراي انعطاف‌ پذيري

شكل 1-7- مثالي از نحوه تخصيص برچسب

بالايي مي باشند.
2- امكان تخصيص LSP مطابق با نيازهاي لايه كاربرد وجود دارد. مثلا مي توان LSP را طوري تعيين كرد كه تعداد پرش ها تا مقصد و يا ميزان پهناي باند مورد استفاده مينيمم گردد.
3- مهمترين مزيت الگوريتم جابجايي برچسب، تخصيص ترافيك هاي مختلف به FEC و نگاشت FEC به LSP مناسب و مطابق با نيازهاي كاربران، مي باشد .
با كمك نرم افزارهاي مسيريابي IP، سوئيچ هاي چند لايه قادر به تبادل اطلاعات جداول مسيريابي بين يكديگر مي باشند. با استفاده از مكانيسم نگاشت برچسب كليه مسيرهاي لايه سوم به برچسب مناسب (مثل VPI/VCI در ATM) نگاشت يافته و اطلاعات بدست آمده فوق، بين تمام سوئيچ هاي موجود در مسير LSP مبادله مي شود. در سوئيچ هاي چند لايه، پروتكل مسيريابي در تمام سوئيچ هاي داخل شبكه اجرا مي گردد در حاليكه در مدل Overaly ، اين عمل فقط در مسيرياب هاي موجود در لبه شبكه انجام مي شود. بنابراين در سوئيچينگ چند لايه نسبت به مدل Overlay تعداد كانال هاي مورد نياز براي اتصال مسيرياب‌هاي لبه شبكه به يكديگر به شدت كاهش مي يابد و همچنين پروتكل مسيريابي ساده تر مي گردد.
به طور كلي دو روش مختلف براي تخصيص و توزيع برچسب ها در سوئيچينگ چند لايه وجود دارد. در روش اول كه راندن داده اي نام دارد، با ورود داده هاي ترافيكي كاربران، عمليات نگاشت برچسب انجام مي گردد. مزيت اين روش در آن است كه تنها در صورتيكه جريان ترافيكي كاربران برقرار شود، عمليات نگاشت برچسب انجام مي شود. اما اين روش داراي معايب عمده زير مي باشد:
1- سوئيچ هاي شبكه بايد قادر به تشخيص و جداسازي جريان هاي ترافيكي مختلف كاربران باشند.
2- تعداد ترافيك هاي كنترلي براي توزيع برچسب ها به طور مستقيم به تعداد جريان هاي ترافيكي موجود بستگي دارد كه اين امر باعث نياز به حجم حافظه بالا در سوئيچ هاي شبكه مي گردد .
3- اين روش قابليت مقياس پذيري بالا ندارد.
در روش دوم كه راندن كنترلي نام دارد، با ورود اطلاعات كنترلي خاص، عمليات نگاشت برچسب انجام مي شود. اين روش نسبت به روش قبل داراي مزاياي عمده زير مي باشد:

1- قبل از ورود داده هاي ترافيكي كاربران‌، عمليات تخصيص و توزيع برچسب ها صورت گرفته است. اين مطلب به اين معني است كه اگر در جدول مسيريابي IP، مسيري موجود باشد، قبلاً به آن مسير برچسب تخصيص يافته است و بنابراين ترافيك هاي ورودي به سوئيچ، سريعاً هدايت مي شوند.
2- در اين روش تعداد LSP هاي لازم به تعداد مسيرهاي موجود در جدول مسيريابيIP می باشد نه به تعداد جريان هاي ترافيكي موجود در شبكه. بنابراين در مقايسه با روش قبلي، اين روش داراي قابليت مقياس پذيري بالاتري مي باشد.

3- در حالت پايدار، ميزان بالاسري لازم براي تخصيص و توزيع برچسب ها نسبت به روش راندن داده اي كمتر مي باشد.

1-3-4- MPLS
به جرات مي توان گفت فنآوري MPLS كه توسط گروه مطالعاتي IETF ارائه و توسعه يافته است، آخرين تحول در سوئيچينگ چند لايه مي باشد. در MPLS كه از مدل راندن كنترلي براي تخصيص و توزيع برچشب استفاده مي نمايد، مسيرهاي ارسال اطلاعات (LSP) ذاتا يك طرفه مي باشد و براي ارسال ترافيك هاي دو طرفه بايد دو LSP مختلف بين مبدا و مقصد ايجاد گردد.
MPLS از مسيريابي استادندارد IP و همچنين از الگوريتم جابجايي برچسب، براي هدايت بسته ها استفاده مي نمايد. يكي از ويژگي هاي بارز MPLS آن است كه متكي به پروتكل مشخصي در لايه پيوند داده نمي باشد بلكه بر روي هر فنآوري لايه دومي قابل نصب مي باشد.
چنانچه پروتكل لايه دوم داراي فيلد برچسب باشد (مانند فيلدهاي VPI/VCI و DLCI در ATM و Frame Relay) از همان فيلد براي تخصيص فيلد برچسب MPLS استفاده مي‌شود و در غيراينصورت از قسمتي از ناحيه سرفصل بسته هاي MPLS كه بين سرفصل هاي لايه دوم و لايه IP قرار دارد به عنوان فيلد برچسب استفاده مي شود كه به آن سرفصل Shim مي گويند. در شكل 1-8، نحوه كد گذاري سرفصل MPLS نشان داده شده است.

شكل 1-8- ساختار سرفصل بسته هاي MPLS

همانطور كه در شكل 1-8 ديده مي شود، در سرفصل MPLS فيلدهاي زير موجود است:
1- فيلد بر چسب به طول 20 بيت كه حاوي مقدار واقعي بر چسب MPLS مي باشد.
2- فيلد سه بيتي كلاس سرويس، CoS كه به كمك آن مي توان نحوه صف بندي و حذف بسته ها در هنگام عبور از سوئيچ هاي شبكه را مشخص نمود.
3- فيلد يك بيتي S كه نشان دهنده پايان ناحيه پشته برچسب مي باشد. چنانچه اين بيت يك باشد به معني آن است كه برچسب جاري، آخرين برچسب ناحيه پشته برچسب مي باشد. در مورد پشته برچسب در فصل بعد توضيحات بيشتري خواهيم داد.
4- فيلد هشت بيتي زمان زندگي، ( TTL) كه مطابق با فيلد TTL بسته هاي IP عمل مي نمايد.
طراحان MPLS، اهداف زير را در طراحي MPLS مدنظر داشته اند:
1- MPLS بايد قادر به پشتيباني هر نوع فنآوري لايه دوم باشد و فقط منحصر به ATM و Frame Realy نباشد.
2- MPLS بايد با پروتكل هاي مختلف مسيريابي سازگار باشد.

3- در MPLS بايد قابليت مجتمع سازي ترافيك پشتيباني شود. در اينصورت امكان ارسال ترافيك هاي متنوع كاربران از طريق يك مسير واحد فراهم مي آيد.
4- MPLS بايد قابليت مسيريابي چند مسيره را داشته باشد.
5- سوئيچ هاي MPLS بايد قابليت برقراري ارتباط و تبادل اطلاعات با ساير سوئيچ هاي غير MPLS را داشته باشند.
6- MPLS بايد با مدل سرويس هاي مجتمع IETF شامل RSVP سازگار باشد.
7- MPLS بايد قابليت مقياس پذيري داشته باشد.

8- MPLS بايد امكانات عملياتي، مديريتي و نگهداري كه در حال حاضر در شبكه هاي IP وجود دارد را پشتيباني نمايد.
در فصل بعد به توصيف دقيقتر فنآوري MPLS مي پردازيم .

فصل دوم
فنآوریMPLS

2-1- مقدمه

همانطور كه در فصل قبل اشاره شد، در شبكه هاي بدون اتصال، هنگامي كه بسته هاي ارسالي از مسيرياب هاي درون شبكه به سمت مقصد عبور مي نمايند، هر مسيرياب براساس اطلاعات موجود در سرفصل بسته ها و با كمك الگوريتم مسيريابي لايه شبكه، بسته ورودي را پردازش نموده و پرش بعدي يا به عبارتي مسيرياب بعدي را كه بسته بايد به آن ارسال شود، تعيين مي نمايد. البته اطلاعات موجود در سرفصل بسته ها به مراتب از آنچه كه فقط براي مسيريابي لازم است، بيشتر مي باشد.
مي توان عمليات مسيريابي و تعيين پرش بعدي بسته ها را تركيبي از دو عمليات مختلف تصور نمود. عمليات اول، دسته بندي بسته هاي ورودي به يكسري كلاس هاي معادل هدايت به جلو (FEC) مي باشد. دومين عمليات، نگاشت هر FEC به يك پرش بعدي است. طبيعي است كه تمامي بسته هايي كه به يك FEC يكسان نگاشت مي يابند، از يك مسير واحد عبور كرده تا به مقصد برسند. در الگوريتم هاي مسيريابي متداول IP، چنانچه دو بسته داراي پيشوند آدرس مقصد يكسان باشند، در اين صورت از يك مسير براي رسيدن به مقصد عبور مي نمايند.
در شبكه هاي MLPS، با كمك مسيرياب‌هاي برچسبي موجود در لبه شبكه LER))، بسته‌هاي ورودي به يك كلاس FEC خاص نگاشت مي يابند و سپس هر FEC به يك مقدار عددي ثابت كه آن را برچسب مي ناميم، نگاشت مي يابد. بعد از اينكه بسته هاي ورودي به شبكه، توسط LER برچسب زده شدند، بسته هاي برچسب زده شده وارد شبكه مي‌شوند. مسيرياب هاي موجود در درون شبكه MLPS كه به LSR مشهور مي باشند، هيچگونه پردازشي بر روي اطلاعات موجود در سرفصل لايه سوم بسته ها نمي نمايند بلكه فقط با توجه به مقدار برچسب هر بسته و با كمك جدول هدايت به جلو اقدام به تعيين پرش بعدي بسته مي نمايند. با توجه به اين مطلب، در مقايسه با مسيريابي در سطح لايه شبكه كه در شبكه هاي معمولي استفاده مي شود، MLPS داراي مزاياي زير مي باشد:
1- مي توان با استفاده از سوئيچ هايي كه فقط براساس مقدار يك فيلد خاص، عمليات سوئيچينگ را انجام مي دهند (مانند سوئيچ هاي ATM) عمليات ارسال و هدايت بسته ها را در MPLS، انجام داد.
2- از آنجاييكه هر بسته ورودي به شبكه MPLS، به يك كلاس FEC خاص نگاشت مي‌يابد، بنابراين مسيرياب هاي موجود در لبه شبكه مي توانند از هر گونه اطلاعات موجود در مورد بسته هاي ورودي براي تعيين و تخصيص كلاس FEC يكسان استفاده نمايند.
3- چنانچه يك بسته ورودي واحد را از طريق دو مسيرياب متفاوت وارد شبكه MPLS نماييم، در اينصورت برچسبي را كه دو مسيرياب به بسته ورودي تخصيص مي دهند متفاوت با يكديگر خواهد بود كه اين مطلب در پروتكل هاي متداول مسيريابي لايه سوم مشاهده نمي شود .

4- هر قدر عمليات تخصيص و نگاشت كلاس هاي FEC به بسته هاي ورودي پيچيده باشد، هيچگونه تاثيري بر روي عملكرد مسيرياب هاي درون شبكه نمي گذارد.
5- مسيرياب هاي متداول موجود، با دريافت هر بسته ورودي به پردازش اطلاعات موجود در سرفصل آن مي پردازند. البته اين كار فقط براي تعيين پرش بعدي نمي باشد بلكه از آن براي استخراج ساير اطلاعات مورد نياز نظير اولويت و كلاس سرويس بسته استفاده مي‌شود. همانطور كه قبلا نيز اشاره شد، در MPLS ميتوان اطلاعات اولويت و كلاس سرويس بسته ها را در برچسب بسته قرار داد .

2-2- اساس كار MPLS

همانطور كه گفتيم، در MPLS برچسب الحاقي به هر بسته نشان دهنده كلاس FEC است كه بسته به آن تعلق دارد ]3[. فرض كنيد كه R1 و R2 دو LSR داخلي شبكه باشند. بعد از مذاكره و توافق اوليه بين R1 و R2، فرض كنيد كه R1 تمام بسته هايي را كه به كلاس FEC F نگاشت يافته است را با برچسب L به R2 ارسال مي دارد. در اينصورت برچسب L براي مسيرياب هاي R1 و R2 به ترتيب برچسب خروجي و برجسب ورودي ناميده مي‌‌شود. البته توجه بايد نمود كه برچسب L ارزش محلي دارد و فقط نشان دهنده بسته هاي متعلق به كلاس FEC F ارسالي بين R1 و R2 مي باشد. به عبارت ديگر اگر در جايي ديگر از شبكه از برچسب L استفاده شود، ديگر الزاما بسته هاي ارسالي به كلاس FEC F تعلق ندارند.
با توجه به اينكه ترافيك كاربر از R1 به سمت R2 ارسال مي شود، ‌اصطلاحاً به مسيرياب R1 و R2 به ترتيب مسيرياب هايUpstreamو Downstream گفته مي‌شود. وظيفه عمليات تخصيص برچسب در MPLS به عهده مسيرياب Downstream مي باشد. به عبارت ديگر ميتوان گفت كه در MPLS عمليات تخصيص برچسب در جهت معكوس و از سمت مسيرياب Downstream به سمت مسيرياب Upstream انجام مي شود. با استفاده از پروتكل LDP هر LSR شبكه اقدام به ارسال اطلاعات مربوط به برچسب هاي تخصيص يافته به كلاس ‌هاي مختلف FEC به ساير LSR هاي شبكه مي نمايد. اصطلاحاً به دو LSR كه اطلاعات تخصيص برچسب را به يكديگر مبادله مي‌نمايند، همتاي توزيع برچسب گفته مي شود. تاكنون استانداردهاي متعددي براي انجام عمليات توزيع برچسب

در MPLS ارائه شده است كه از بين آنها مي توان به استانداردهاي RSVP ،‌LDP و CR-LDP اشاره نمود.
چنانچه يك LSR شبكه از LSR مجاور خود درخواست ارسال ليستي از برچسب هاي تخصيص يافته به يك كلاس FEC خاص را بنمايد، اصطلاحاً گفته مي شود كه عمليات توزيع برچسب درخواستي Downstream انجام مي شود. البته در MLPS امكان ارسال ليست فوق بدون دريافت درخواست LSR مجاور نيز وجود دارد كه به اين نوع عمليات توزيع برچسب غيردرخواستي Downstream گفته

مي شود. هر شبكه MPLS معمولاً يك و يا هر دو روش توزيع بر چسب فوق را پشتيباني مي نمايد.

2-2-1- پشته برچسب
در MPLS، برخي از بسته ها داراي چندين برچسب مي باشند كه به صورت يك پشته LIFO مديريت مي شوند. در اين حالت سوئيچ هاي مياني شبكه فقط بالاترين برچسب موجود در پشته را بررسي و مورد توجه قرار مي دهند و به مقادير برچسب هاي قبلي و بعدي توجهي ندارند. چنانچه پشته برچسب ورودي خالي باشد (اصطلاحاً گفته مي شود كه عمق پشته صفر است)، در اين صورت بسته داراي برچسب نمي باشد. در يك پشته برچسب به عمق m، ‌پايين ترين و بالاترين برچسب به ترتيب برچسب سطح 1 و سطح m ناميده مي شوند.
هنگام ورود يك بسته به سوئيچ هاي LSR، واحدي به نامNHLFE وظيفه هدايت بسته ورودي به سمت سوئيچ بعدي را به عهده دارد. در NHLFE اطلاعات زير موجود است:

1- پرش بعدي بسته.
2- عملياتي كه بايد بر پشته برچسب انجام شود. اين عمليات يكي از موارد زير است:
الف- جايگزيني بالاترين برچسب پشته با يك برچسب جديد.
ب- انجام عمليات استخراج ، بر روي پشته برچسب.