سوئیچینگ برچسب چند پروتکلی (MPLS) مخفف Multi-Protocol Label Switching یکی از فناوری‌های کاربردی در شبکه‌های کامپیوتری است که برای برقراری ارتباط و ارسال داده‌ها در شبکه‌های آی‌پی‌محور استفاده می‌شود. MPLS اجازه می‌دهد داده‌ها با سرعت بالایی میان گره‌های مبدا و مقصد مبادله شوند. همین مسئله باعث شده تا شبکه‌هایی که از فناوری فوق استفاده می‌کنند به بالاترین سرعت ممکن برسند. همچنین، به کارشناسان شبکه اجازه می‌دهد تا سرویس‌های مبتنی بر پروتکل IP را تعریف کرده و در اختیار کاربران قرار دهند.
اگر می‌خواهید بدانید MPLS چیست؟ چه مزایا و کاربردی دارد؟ چگونه کار می‌کند؟ تا انتهای این مقاله فالنیک همراه ما باشید. در صورت نیاز به خدمات نصب و راه اندازی شبکه یا مشاوره تخصصی می‌توانید از تجربه متخصصان فالنیک از طریق تماس با شماره 02154591924 بهره‌مند شوید.
فهرست محتوا
فناوری MPLS چیست؟
سوئیچینگ برچسب چند پروتکلی یا MPLS یک تکنیک برای سرعت بخشیدن به اتصالات شبکه است که اولین بار در دهه 1990 توسعه پیدا کرد. پروتکلMPLS با ایجاد مسیرهای از پیش تعیین شده برای بسته‌های داده، باعث افزایش سرعت، کیفیت و امنیت شبکه می‌شود. این تکنولوژی به‌ویژه برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده بسیار مفید است.
برچسب‌هایی که در MPLS استفاده می‌شوند، اطلاعاتی در مورد مسیر بسته دارند. این لیبل‌ها توسط روترها خوانده می‌شوند و بسته‌ها بر اساس این برچسب‌ها به سمت مقصد هدایت می‌شوند.
بدون MPLS بسته‌های داده در شبکه باید در هر روتر تصمیم بگیرند که به کدام مسیر بروند؛ این تصمیم‌گیری زمان‌بر است و ممکن است باعث تأخیر در ارسال داده شود. اما با MPLS، مسیرهای از پیش تعیین شده‌ای برای بسته‌های داده ایجاد می‌شود. این مسیرها مانند بزرگراه‌ها هستند و بسته‌ها نیازی به تصمیم‌گیری ندارند. آنها فقط از برچسب‌هایی که روی آنها قرار داده شده، پیروی می‌کنند و به مقصد می‌رسند. MPLS در لایه خاصی از مدل OSI قرار نمی‌گیرد و در یک لایه بین لایه‌های دو (لایه پیونده داده) و لایه سه (لایه شبکه) از مدل OSI کار می‌کند.
روترهای معمولی در شبکه چطور کار می کنند؟
داده‌ها هنگام انتقال از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر در اینترنت، به قطعات کوچکتر به نام بسته تقسیم می‌شود هر بسته دارای یک هدر است که حاوی اطلاعاتی درباره مبدا و مقصد بسته، از جمله آدرس IP مقصد است.
روت‌ها بسته‌ها را از یک شبکه به شبکه دیگر ارسال می‌کنند تا به مقصد نهایی خود برسند. قبل از ارسال بسته، روترها باید تعیین کنند که بسته به کجا باید برود. آنها این کار را با استفاده از یک جدول مسیریابی انجام می‌دهند. جدول مسیریابی به روترها می‌گوید که هر بسته را چگونه ارسال کنند. روترها هدر بسته‌ها را بررسی و بسته را به شبکه بعدی ارسال می‌کنند. این فرآیند تا رسیدن بسته به مقصد تکرار می‌شود.
این روش برای اکثر اهداف خوب کار می‌کند. اما برخی از کاربران یا سازمان‌ها می‌خواهند داده‌های آنها سریع‌تر و در مسیرهایی که آنها می‌توانند کنترل کنند، حرکت کند.
برای آشنایی با تمام پروتکل‌های شبکه، خواندن مقاله پروتکل چیست را از دست ندهید.
پروتکل MPLS چگونه کار می‌کند؟
در روتینگ معمولی اینترنت، هر روتر به‌طور مستقل تصمیم‌گیری می‌کند. حتی اگر دو بسته از یک مکان آمده و به یک مقصد می‌روند، ممکن است مسیرهای شبکه متفاوتی را طی کنند. اما در MPLS، بسته‌ها هر بار مسیر یکسانی را طی می‌کنند. در شبکه‌ای که از MPLS استفاده می‌کند، هر بسته به یک کلاس به نام FEC (Forwarding Equivalence Class) اختصاص داده می‌شود. مسیرهای شبکه‌ای که بسته‌ها می‌توانند طی کنند، LSP (Label-Switched Paths) نامیده می‌شوند. کلاس (FEC) یک بسته تعیین می‌کند که بسته به کدام مسیر (LSP) اختصاص داده می‌شود. بسته‌هایی با همان FEC مسیر LSP یکسانی را دنبال می‌کنند.
عملکرد MPLS را می‌توانیم در سه گام زیر خلاصه کنیم:
مرحله یک، عملکرد MPLS به این صورت است که ابتدا فرآیند برچسب‌گذاری (Labeling) انجام می‌شود. هنگامی که یک بسته داده وارد شبکه MPLS می‌شود، یک برچسب MPLS به آن اختصاص داده می‌شود. این برچسب اطلاعات مربوط به مسیریابی و کیفیت خدمات را در خود ذخیره می‌کند. در ادامه، مسیریاب‌های MPLS تصمیم می‌گیرند که بسته‌ها را به چه مسیری ارسال کنند. این تصمیمات می‌توانند براساس جداول مسیریابی و سیاست‌های تعیین شده توسط مدیر شبکه انجام شوند.
مرحله دو، مرحله بعد نوبت به سوئیچینگ برچسب (Label Switching) می‌رسد. در این مرحله، سوئیچ‌های MPLS براساس برچسب‌ها، بسته‌ها را هدایت می‌کنند. وقتی بسته‌ها وارد سوئیچ‌ها می‌شوند، سوئیچ‌ها، برچسب MPLS را بررسی کرده و براساس آن، بسته‌ها را به سمت مسیریاب صحیح هدایت می‌کنند. این عملیات سریع و ساده است که نقش مهمی در کاهش تاخیر در انتقال داده‌ها دارد.
مرحله سه: در این مرحله نوبت به برچسب‌گذاری مجدد یا تعویض برچسب (Label Swapping) می‌رسد. هر سوئیچی که بسته‌ها را عبور می‌دهد، ممکن است برچسب MPLS را تغییر دهد. این عملیات به عنوان برچسب‌گذاری مجدد یا جابجایی برچسب‌ها شناخته می‌شود. این تغییرات در برچسب‌ها به معنی تغییر مسیر بسته‌ها در شبکه MPLS است. وقتی بسته‌ها به مقصد نهایی (Packet Egress) خود می‌رسند، برچسب MPLS از بسته برداشته می‌شود و بسته براساس آدرس مقصد، به مقصد تحویل داده می‌شود.
آشنایی با معماری پروتکل MPLS
MPLS برای انتقال داده‌ها از برچسب‌ها استفاده می‌کند. برچسب‌هایی به داده‌ها اضافه می‌شوند و براساس آنها، سوئیچ‌ها تصمیم می‌گیرند که چگونه داده‌ها را هدایت کنند. با استفاده از برچسب‌ها، امکان تعریف مسیریابی پیچیده‌تر و قابل تنظیم در شبکه فراهم می‌شود که بهبود عملکرد شبکه را به همراه دارد.
این فناوری قابلیت‌های کاربردی سطح بالایی در اختیار ما قرار می‌دهد که از آن جمله باید به مسیریابی و توزیع بهینه بار، افزایش سرعت انتقال داده‌ها، ایجاد سرویس‌های مبتنی بر کیفیت خدمات (QoS)، امنیت بالا و سهولت در کاربری اشاره کرد.
MPLS از کدام پروتکل‌ها پشتیبانی می‌کند؟
MPLS راه‌حلی‌کارآمد در ارتباط با شبکه‌های ارتباطی بزرگ و همچنین شبکه‌هایی است که ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی از آنها استفاده می‌کنند. یکی از قابلیت‌های کلیدی این فناوری، پشتیبانی از پروتکل‌های مختلف است. از پروتکل‌های مهمی که MPLS برای انجام وظایف از آنها استفاده می‌کند به موارد زیر باید اشاره کرد:
- LDP (Label Distribution Protocol): این پروتکل برای توزیع برچسب‌ها در MPLS استفاده می‌شود. با استفاده از LDP، برچسب‌ها برای سوئیچ‌ها ارسال می‌شوند تا بتوانند به‌درستی داده‌ها را هدایت کنند.
- RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering): این پروتکل برای مدیریت ترافیک و بهینه‌سازی مسیریابی در شبکه MPLS استفاده می‌شود. با استفاده از RSVP-TE، می‌توانید ترافیک را به شکل دقیق‌تری توزیع کنید و عملکرد شبکه را بهبود ببخشید.
- BGP (Border Gateway Protocol): این پروتکل مسیریابی، در MPLS برای تبادل اطلاعات مسیریابی بین شبکه‌ها استفاده می‌شود. با استفاده از BGP، MPLS قادر به مسیریابی بین شبکه‌هاست و قادر است شبکه‌های مختلف را به یکدیگر متصل کند.
- OSPF (Open Shortest Path First): یک پروتکل مسیریابی داخلی است که در MPLS برای محاسبه مسیرها و توزیع برچسب‌ها استفاده می‌شود. OSPF به عنوان یک پروتکل درون شبکه‌ای به MPLS کمک می‌کند تا مسیریابی بهینه را انجام دهد و ترافیک را به‌خوبی مدیریت کند.
MPLS در کجای لایه های شبکه قرار می گیرد؟
معماری MPLS به این صورت است که یک هدر (Header) 32 بیتی میان هدرهای لایه 2 و 3 قرار می‌گیرد که به آن shim header گفته می‌شود. نکته مهمی که باید برای آزمون نتورک‌پلاس به آن توجه داشته باشید این است که افزودن لایه فوق باعث می‌شود تا MPLS به عنوان یک فناوری لایه ½2 در نظر گرفته شود، به این معنی که لایه‌ای میان 2 و 3 قرار دارد که به طور کامل مستقل نیست که یک لایه کامل باشد، اما کوچک هم نیست که بتوان آن را به لایه‌های 2 یا 3 نسبت داد.
هدر 32 بیتی شامل یک برچسب 20 بیتی است که به MPLS در تصمیم‌گیری برای ارسال داده‌ها کمک می‌کند. این فرآیند مسیریابی فریم‌های MPLS تحت عنوان سوئیچینگ برچسب (label switching) معروف است. شکل زیر نمونه‌ای از یک شبکه MPLS را نشان می‌دهد.
اجزای تشکیل دهنده شبکه MPLS چیست؟
در MPLS، داده‌ها با استفاده از فریم‌های خاصی که MPLS frame نام دارند، ارسال می‌شوند. این فریم‌ها ساختار مخصوص به خود را دارند که باید در مورد جزئیات آنها اطلاع داشته باشید. این جزئیات به شرح زیر هستند:
1. Header MPLS
این بخش شامل اطلاعات مربوط به MPLS است و خود شامل فیلدهای lable، Experimental field و Stack Field است:
- Label: یک برچسب بیتی (به طور کلی 20 بیت) است که برای هدایت بسته‌ها در شبکه MPLS استفاده می‌شود. برچسب‌ها به سوییچ‌ها کمک می‌کنند تا فریم‌ها را به مقصد هدایت کنند.
- Experimental (EXP) Field: یک فیلد 3 بیتی با کاربردهای خاص است و بیشتر در ارتباط با کیفیت خدمات (QoS) و اولویت‌بندی ترافیک استفاده شود.
- Stack (S) Field: آخرین برچسب پشته است و اگر یک باشد، نشان می‌دهد که آخرین فریم ارسال شده‌است.
2. بارداده (Payload)
این بخش شامل داده‌ها و اطلاعاتی است که قرار است در شبکه انتقال داده شود.
3. فریم‌های MPLS
فریم‌های MPLS به عنوان بسته‌های داده‌ای در شبکه ارسال می‌شوند و توسط سوئیچ‌ها MPLS در شبکه‌های MPLS بررسی و انتقال پیدا می‌کنند. با استفاده از برچسب‌ها، سوئیچ‌ها می‌توانند مسیریابی پیچیده‌تر و بهتری را در شبکه MPLS انجام دهند و امکاناتی مانند کیفیت خدمات، اولویت‌بندی و مدیریت ترافیک را به شکل بهتری انجام دهند.
فریم MPLS شامل برچسب‌های مختلفی است. LSR یک فریم دریافت می‌کند، برچسب روی فریم را بررسی می‌کند، براساس اطلاعات برچسب تصمیم به ارسال می‌گیرد، یک برچسب جدید روی فریم قرار می‌دهد و فریم را به LSR بعدی ارسال می‌کند. این فرآیند تعویض برچسب، عملکرد بهتری نسبت به مسیریابی مبتنی بر آدرس‌های IP دارد که لایه 3 یا همان لایه شبکه از آن استفاده می‌کند. علاوه بر این، کاربری که از چنین شبکه‌ای استفاده می‌کند در بیشتر موارد اطلاعی در مورد عملیات انجام شده ندارد.
عناصر اصلی تشکیل‌دهنده شبکه MPLS در جدول زیر شرح داده شده‌اند:
| اجزای تشکیل دهنده شبکه MPLS | |
| CPE | به دستگاه مورد استفاده کاربر اشاره دارد که در محل نصب شما می‌شود. به طور مثال، روتر می‌تواند نقش اتصال‌دهنده میان کاربر و ارائه‌دهنده خدمات MPLS را بازی کند. |
| CE | روتر لبه مشتری (customer edge)، دستگاهی است که ارتباط بین شبکه کاربر و شبکه ارائه‌دهنده خدمات را برقرار می‌کند. روترهای لبه از پروتکل‌های مسیریابی ایستا یا پویا استفاده می‌کنند، اما MPLS را اجرا نمی‌کنند، زیرا تمامی فعالیت‌های مرتبط با MPLS در شبکه ارائه‌دهنده خدمات انجام می‌شود. |
| ELSR | یک روتر-سوئیچ برچسب لبه (edge label switch router) است که درست در لبه شبکه ارائه‌دهنده خدمات MPLS قرار می‌گیرد و وظیفه متصل کردن ارائه‌دهنده خدمات به یک یا چند کلاینت را بر عهده دارد. |
| PE | روتر ارائه‌دهنده (provider edge) در مرکز ارائه‌دهنده خدمات MPLS نصب می‌شود و به روتر کلاینت متصل می‌شود. این روتر گاهی اوقات ELSR نامیده می‌شود. |
| LSR | روتر سوئیچ برچسب (label switch router) به عنوان بخشی از شبکه MPLS ارائه‌دهنده خدمات مورد استفاده قرار می‌گیرد و براساس برچسب‌هایی که روی فریم‌ها اعمال می‌شود، تصمیم می‌گیرد که فریم‌ها باید به چه مقصدی ارسال شوند. |
| P | روتر ارائه‌دهنده (Provider) روتر داخلی مورد استفاده توسط ارائه‌دهنده خدمات است که توانایی برقراری ارتباط مستقیم با روترهای کاربران را ندارد و تنها در شبکه ارائه‌دهنده خدمات مورد استفاده قرار می‌گیرد. |
معایب پروتکل MPLS چیست؟
ازمعایب MPLS می‌توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:
هزینه: هزینه استفاده از MPLS نسبت به سرویس اینترنت معمولی گران‌تر است.
زمان طولانی راه‌اندازی: راه‌اندازی مسیرهای اختصاصی پیچیده در یک یا چند شبکه بزرگ زمان‌بر است. LSPها باید توسط فروشنده MPLS یا توسط سازمانی که از MPLS استفاده می‌کند، به‌صورت دستی پیکربندی شوند. این باعث می‌شود که سازمان‌ها نتوانند شبکه‌هایشان را به‌سرعت گسترش دهند.
عدم رمز گذاری: MPLS قابلیت رمزگذاری را به تنهایی ارائه نمی‌دهد و اگر مهاجمی بسته‌ها را در مسیرهای MPLS رهگیری کند، می‌تواند آنها را به صورت متن ساده بخواند. رمزگذاری در MPLS باید به صورت جداگانه تنظیم شود.
چالش‌های ابری: سازمان‌هایی که به سرویس‌های ابری متکی هستند، ممکن است نتوانند اتصالات شبکه مستقیم به سرورهای ابری خود را راه‌اندازی کنند، زیرا به سرورهای خاصی که داده‌ها و برنامه‌های آنها در آن قرار دارند، دسترسی ندارند.
از سوئیچینگ برچسب چند پروتکلی چه زمانی و برای چه مواردی استفاده میکنیم؟
اگر به سرعت، قابلیت اطمینان و کنترل بیشتر روی ترافیک شبکه نیاز دارید، MPLS یا سوئیچینگ برچسب چند پروتکلی انتخاب مناسبی است.
کاربرد MPLS
شبکه‌های خصوصی مجازی (Virtual Private Network):MPLS امکان ایجاد Virtual Private Network های ایمن و قابل اعتماد را فراهم می‌کند که برای اتصال چندین سایت دور از هم استفاده می‌شوند.
خدمات صوتی و تصویری: برای ارائه خدمات صوتی و تصویری با کیفیت بالا مانند VoIP و ویدئو کنفرانس، که به تأخیر کم و پهنای باند ثابت نیاز دارند،MPLS بسیار مناسب است.
شبکه‌های مالی: در صنایع مالی که به امنیت و پایداری شبکه بسیار اهمیت می‌دهند،MPLS برای انتقال ایمن داده‌ها استفاده می‌شود.
شبکه‌های داده‌ای بزرگ: برای مدیریت ترافیک سنگین داده در شبکه‌های بزرگ،MPLS می‌تواند با ایجاد مسیرهای اختصاصی، ترافیک را بهینه کند.
شبکه‌های با اولویت‌بندی ترافیک: در شبکه‌هایی که نیاز به اولویت‌بندی ترافیک دارند، MPLS می‌تواند بسته‌ها را براساس اولویت مشخص شده، هدایت کند.
تفاوت MPLS و SD-WAN چیست؟
MPLS و SD-WAN هر دو فناوری مختلفی برای مدیریت شبکه‌های گسترده هستند. MPLS از برچسب‌ها برای هدایت ترافیک استفاده می‌کند و اغلب برای شبکه‌های پایدار و با کیفیت بالا در سازمان‌های بزرگ به کار می‌رود.
در مقابل، SD-WAN براساس نرم‌افزار مدیریت می‌شود و انعطاف‌پذیری بیشتری در انتخاب مسیرها و ارتباطات فراهم می‌کند. این ویژگی برای شرکت‌هایی که به شبکه‌های توزیع‌شده و انعطاف‌پذیر نیاز دارند، ایده‌آل است. استفاده از SD-WAN همچنین هزینه‌های کمتری دارد و امکان استفاده از ارتباطات اینترنتی ارزان‌تر را فراهم می‌کند.
آنچه در MPLS چیست خواندید
MPLS فناوری است که نقش مهمی در بهبود عملکرد شبکه‌ها و به ویژه شبکه‌های گسترده (WAN) دارد. در شبکه فوق، هر روتر جدولی دارد که نحوه مدیریت بسته‌ها را بر مبنای کلاس FEC مخفف forwarding equivalence class انجام می‌دهد. هنگام ورود بسته به شبکه، روترها نیازی به تجزیه و تحلیل هدر ندارند و بر مبنای برچسب‌های تخصیص داده شده به بسته‌ها، فرآیند مسیریابی و انتقال به هاپ (Hop) بعدی را مشخص می‌کنند. MPLS به طور کامل در هیچ یک از لایه‌های هفت‌گانه OSI قرار نمی‌گیرد و به همین دلیل است که به عنوان لایه 2.5 توصیف می‌شود، زیرا مکانیزم‌های ارسال (forwarding) را از سرویس لینک داده (data-link) تفکیک می‌کند. به طور کلی، روترهای MPLS بر مبنای سنجه‌های موجود در FEC یک مسیر LSP مخفف label-switched path ایجاد می‌کنند، مسیری که فرآیند هدایت ترافیک در شبکه MPLS را مشخص می‌کند.
