MPLS (Multiprotocol Label Switching)
Multiprotocol Label Switching (MPLS) ist eine protokoll-agnostische Routing-Technik zur Beschleunigung und Gestaltung des Verkehrsflusses über Weitverkehrsnetze (WAN) und Netzwerke von Dienstanbietern.
Mit MPLS können die meisten Datenpakete auf der Layer 2 (der Switching-Ebene) des OSI-Modells (Open Systems Interconnection) weitergeleitet werden, anstatt bis zur Layer 3 (der Routing-Ebene) übermittelt werden zu müssen. Aus diesem Grund wird es oft informell als auf Layer 2.5 arbeitend beschrieben.
MPLS wurde in den späten 1990er Jahren als effizientere Alternative zum traditionellen IP-Routing (Internet Protocol) geschaffen, bei dem jeder Router den nächsten Hop eines Pakets unabhängig bestimmen muss, indem er die Ziel-IP-Adresse des Pakets überprüft, bevor er seine eigene Routing-Tabelle konsultiert. Dieser Prozess verbraucht Zeit und Hardwareressourcen, was bei Echtzeitanwendungen wie Sprache und Video zu Leistungseinbußen führen kann.
In einem MPLS-Netzwerk bestimmt der erste Router, der ein Paket empfängt, im Voraus die gesamte Route des Pakets, dessen Identität anhand eines Labels im Paketkopf schnell an nachfolgende Router übermittelt wird.
Obwohl sich die Router-Hardware seit der Entwicklung von MPLS exponentiell verbessert hat – was dessen Bedeutung als effizientere Verkehrsmanagement-Technologie etwas schmälert –, bleibt es aufgrund seiner verschiedenen anderen Vorteile, insbesondere Sicherheit, Flexibilität und MPLS Traffic Engineering, wichtig und beliebt.
Komponenten von MPLS
Eines der bestimmenden Merkmale von MPLS ist die Verwendung von Labels – das L in MPLS. Ein Label, das zwischen den Layern 2 und 3 liegt, ist ein vier Byte langer 32-Bit-Identifikator, der den vorgegebenen Weiterleitungspfad des Pakets in einem MPLS-Netzwerk überträgt. Labels können auch Informationen zur Dienstgüte (QoS) enthalten, die die Prioritätsstufe eines Pakets angeben.
MPLS-Labels bestehen aus vier Teilen:
- Label-Wert: 20 Bit
- Experimentell: 3 Bits
- Stapelende: 1 Bit
- Lebenszeit: 8 Bits
Die Wege, die als Label Switched Path (LSP) bezeichnet werden, ermöglichen es Dienstanbietern, im Voraus zu entscheiden, wie bestimmte Arten von Verkehr innerhalb eines privaten oder öffentlichen Netzes am besten fließen können.
Wie ein MPLS-Netzwerk funktioniert
In einem MPLS-Netz wird jedes Paket beim Eintritt in das Netz des Dienstanbieters durch den Eingangs-Router (Ingress Router), auch als Label Edge Router (LER) bezeichnet, gekennzeichnet. Dies ist auch der Router, der entscheidet, welchen LSP das Paket nimmt, bis es seine Zieladresse erreicht.
Alle nachfolgenden Label Switching Router (LSR) führen die Paketweiterleitung nur auf der Grundlage dieser MPLS-Labels durch – sie schauen nie bis zum IP-Header. Schließlich entfernt der Ausgangs-Router (Egress Router) die Labels und leitet das ursprüngliche IP-Paket zu seinem endgültigen Ziel weiter.
Wenn ein LSR ein Paket empfängt, führt er eine oder mehrere der folgenden Aktionen aus:
- Schieben: Fügt ein Label hinzu. Dies wird normalerweise vom Eingangsrouter erledigt.
- Tauschen: Ersetzt ein Label. Dies wird in der Regel von LSRs zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangsrouter durchgeführt.
- Pop: Entfernt ein Label. Dies wird in den meisten Fällen vom Egress Router vorgenommen.
Abbildung 1 veranschaulicht, wie ein einfaches MPLS-Netzwerk funktioniert.
Vorteile von MPLS
Dienstanbieter und Unternehmen können MPLS zur Implementierung von QoS nutzen, indem sie LSPs definieren, die bestimmte Service-Level-Vereinbarungen (SLA) zu Verkehrslatenz, Jitter, Paketverlust und Ausfallzeiten erfüllen. Beispielsweise könnte ein Netzwerk drei Service-Level haben, die verschiedene Arten von Datenverkehr priorisieren: eine Ebene für Sprachverkehr, eine Ebene für zeitkritischen Datenverkehr und eine Ebene für Datenverkehr mit bestmöglichem Aufwand.
MPLS unterstützt auch die Verkehrstrennung und die Schaffung von virtuellen privaten Netzwerken (VPN), virtuellen privaten LAN-Diensten (VLAN) und virtuellen Mietleitungen.
Einer der bemerkenswertesten Vorteile von MPLS ist, dass es nicht an ein bestimmtes Protokoll oder Transportmedium gebunden ist. Es unterstützt den Transport über IP, Ethernet, asynchronen Übertragungsmodus (ATM) und Frame Relay. Jedes dieser Protokolle kann zur Erstellung eines LSP verwendet werden. Generalized MPLS (GMPLS) erweitert MPLS um Zeitmultiplexing (TDM), Lambda Switching und andere Klassen von Vermittlungstechnologien, die über die Paketvermittlung hinausgehen.
Zu den weiteren Vorteilen von MPLS gehören:
- Es eignet sich gut für Echtzeitanwendungen, die keine Latenzzeiten vertragen, wie Video, Sprache und geschäftskritische Daten.
- Daten- und Sprachanwendungen können alle im selben MPLS-Netzwerk ausgeführt werden.
- Verschiedene Datentypen können mit unterschiedlichen Prioritäten und Dienstklassen vorprogrammiert werden.
- Organisationen können verschiedenen Datentypen unterschiedliche Prozentsätze ihrer Bandbreite
- MPLS-Netzwerke sind skalierbar. Unternehmen müssen nur die Bandbreite provisionieren und bezahlen, die sie benötigen, bis sich ihre Anforderungen ändern.
Die Geschichte von MPLS
1994 bot Toshiba der Internet Engineering Task Force (IETF) einige Ideen an, die die Vorläufer der aktuellen MPLS-Standards waren. 1996 brachte ein Team von Ipsilon Networks eine Technologie namens IP-Switching auf den Markt, die nur für ATM-Netzwerke gedacht war. Im selben Jahr kündigten Cisco, Ipsilon und IBM Pläne zur Verwendung von Label Switching an, was zu einer modernen Implementierung des Protokolls führte. 1997 wurde die erste MPLS-Arbeitsgruppe gebildet, und 1999 wurde der erste Aufbau eines MPLS-Netzes abgeschlossen.
MPLS wurde als effektivere Alternative zum Multilayer-Switching und IP over ATM entwickelt. Mit MPLS müssen Router keine Routen in Routing-Tabellen nachschlagen, wodurch die Geschwindigkeit des Netzwerkverkehrsflusses erhöht wird.
Da MPLS für den Einsatz in einer Multiprotokollumgebung entwickelt wurde, kann es im Kern mit ATM, Frame Relay, Synchronous Optical Networking (Sonet) oder Ethernet arbeiten. MPLS entwickelte sich mit der Evolution der Backbone-Netzwerktechnologien weiter. MPLS spielte auch eine wichtige Rolle bei der Unterstützung älterer Netzwerktechnologien sowie der neueren, auf IP-Netzwerken basierenden Technik. Anfang der 2000er Jahre wurden die MPLS-Verfahren weiterentwickelt, was zur heutigen großen Akzeptanz des Protokolls führte.
MPLS versus SD-WAN
Es gibt eine Reihe von Unterschieden zwischen MPLS und Software-defined Wide Area Network (SD-WAN), darunter die folgenden:
SD-WAN bietet mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen MPLS-Netzwerken. Im Gegensatz zu MPLS gibt es bei SD-WAN keine Bandbreiteneinbußen. Folglich können SD-WAN-Kunden einfach aufrüsten, indem sie lediglich neue Links hinzufügen. Sie müssen keine Änderungen am Netzwerk oder an der Infrastruktur vornehmen.
Früher verbanden viele Unternehmen Einzelhandelsstandorte und Zweigstellen mit den zentralen Rechenzentren über Hub-and-Spoke-WAN-Modelle (Sterntopologie), die von einzelnen MPLS-Verbindungen abhingen. Folglich mussten alle Daten, Arbeitsabläufe und Transaktionen, einschließlich des Zugriffs auf das Internet oder Cloud-Dienste, den Datenverkehr zur Verarbeitung und Neuverteilung in das Rechenzentrum zurücktransportiert werden. Dies ist teurer als der Einsatz von SD-WAN.
SD-WAN senkt die Kosten, indem es eine optimierte Mehrpunkt-Konnektivität über verteilte, private Datenverkehrsaustausch- und Kontrollpunkte bietet. Dadurch erhalten die Benutzer lokalen und sicheren Zugang zu den von ihnen benötigten Diensten aus dem Netzwerk oder der Cloud und sichern gleichzeitig den direkten Zugriff auf Internet- und Cloud-Ressourcen.
Obwohl ein MPLS-Netzwerk in der Regel sicher ist, bietet es selbst keine Verschlüsselung, was es anfällig für Cyberattacken macht.
