MPLS(Multi-Protocol Label Switching)

1. 기존의 IP routing 문제점

2, MPLS

3. MPLS 망구성 및 동작절차

 3.1 망구성도

가. Ingress LER(Label Edge Router)

     나. LSR(Label Switch Router)

    다. Egress LER

  3.2 동작절차

  3.3 Label

4. MPLS 특징

5. IP 라우터와 MPLS의 전송 동작

 

 

 

 

1. 기존의 IP routing 문제점

  - 기존의 IP 백본 네트워크(대략, 1996년까지)는 IP 데이터그램 라우터들로 구성(코어와 에지 모두 라우터로 구성)하여 순수 라우터 기반 구조로 이루어져 있었으며, 여기서의 라우팅 구조는 네트워크내의 모든 라우터에서 매 패킷마다 Layer 3 packet forwarding (LPM) 기능을 수행하였다. 기존의 라우터는 소프웨어 기반으로 패킷의 Next-hop을 찾으므로, 네트워크 링크 속도가 증가하면서 이 포워딩 기능이 전체 네트워크의 성능 저하의 주된 요소가 되었다.

  가. IP Header Processing의 복잡성

     - 라우터에서 IP Packet을 다음 hop으로 전송하기 위해서는 TTL, Checksum, Routing Table Lookup 등 IP Header 내의 많은 처리 과정이 필요

 

  나. Logest Prefix Matching 시간 지연

      - IP packet을 전송하기 위해 다음 hop을 찾는 과정에서 Longest Prefix Matching 방식을 사용함으로써 등록된 Routing Table에 따라 Routing Table Lookup 과정이 지연

<참조>

Longest Prefix Matching이란

기존의 라우터에서는 도착 패킷마다 도착 패킷의 Next-hop(근까, 목적지로 가기 위해 경유해야 하는 다음 라우터)를 알아내기 위해, IP address lookup을 수행하는 데, 이 때 각 패킷의 destination address prefix의 길이가 제각각 다르므로(CIDR의 사용으로 인해), 라우팅 테이블의 엔트리중에서 prefix가 가장 길게 매칭되는 엔트리를 찾아야 한다. 이 과정을 Longest Prefix Matching이라고 하며 긴 시간이 소요된다.

 

  다. Hop-by-Hop Forwarding 처리: 모든 홉의 라우팅 처리 필요

     - Data를 전송지부터 목적지까지 전달하기 위해 거쳐야 하는 모든 Hop에서 IP Header 처리 및 Longest Prefix Matching 방식을 이용한 Routing Table Lookup 과정을 수행해야 하기 때문에 고속 Data 전송에 부적합

 

  라. Best Effort Service: 모든 패킷을 라우터에서 동일하게 처리

     - 현재 인터넷 망에서는 모든 패킷을 Routing Protocol이 정한 경로에 따라 라우터에서 동일하게 처리하는 Best Effort Service 만을 제공하기 있기 때문에 전송지연 또는 패킷 손실에 대한 보장 처리를 수행하기 어려움

 

<참조>

코어 IP 네트워크 구성

순수 라우터 기반 구조----->IP over ATM

                                       고속 router

                                       MPLS

 

2, MPLS

  - 기존의 packet header를 이용한 routing은 경로를 찾기 위해 필요 이상으로 많은 정보를 요구하기 때문에 전송 속도를 감소시키는 원인이 됨

  - 이러한 문제점을 해결하기 위해 전송 절차를 간소화시킨 MPLS 방식이 개발됨

  - 전송 방식을 따지지 않고 LAN, WAN 등에서 L3 계층의 IP header를 보지 않고, L2 계층의 Lable만 보고 Switching하는 기술 

  - 기존의 라우팅 방식을 기반으로 ATM 고속 멀티 서비스 교환기능을 결합하여 IP패킷을 전달하는 방식

  - 패킷 전달을 고속화하기 위해 ATM이나 Frame Relay와 같은 Layer 2의 교환기술을 사용하고, 망의 확장성을 제공하기 위해서 Layer 3의 라우팅 기능을 접목

  - 짧고 고정된 길이의 레이블을 기반으로 패킷을 전송하는 레이블 교환방식을 이용

  - 그러므로 IP 패킷을 목적지까지 전송하기 위해 필요한 IP 헤더 처리 과정이 모든 홉에서 수행될 필요없이 MPLS 망에 진입하는 시점에서 단 한 번만 수행

  - Label 스위칭을 통해 고속의 패킷전달, 트래픽 엔지니어링, VPN 서비스 등을 제공할 수 있음

 

 

3. MPLS 망구성 및 동작절차

 3.1 망구성도

     가. Ingress LER(Label Edge Router)

         - MPLS를 지원하지 않는 IP 단말로부터의 패킷들에 대하여 Label을 부착하는 역할을 하는 Router

         - MPLS 네트워크의 에지에 위치하여 Non-MPLS 네트워크와 연동

     나. LSR(Label Switch Router)

         - MPLS 네트워크의 코어에 위치

         - LER로부터 레이블화된 패킷이 들어오면 그 레이블만 검사하여, 레이블값을 바꾸고 정해진 Outgoing Interface로 전달

            (ATM 교환기에서 VPI/VCI 테이블을 검색하여 셀을 교환하는 과정과 동일)

         - LER과 LSR에서 검색 테이블은 LDP(Label Distribution Protocol) 프로토콜이 생성

     다. Egress LER

         - Egress LER에서는 도착한 패킷에서 레이블을 제거하고 그 패킷의 목적지로 패킷을 전달

 

http://www.net130.com/CMS/Pub/network/network_protocal/100211251.htm

 

 

  3.2 동작절차

      - MPLS 도메인 내에서 각 노드(LER, LSR)들은 라우팅 프로토콜(ex:OSPF)을 이용하여 라우팅 테이블을 유지

      - MPLS signaling Protocol의 하나인 LDP(Label Distribution Protocol)는 도메인 내 인접 라우터간에 레이블을 설정하기 위한 정보를 주고 받고, Label간 mapping 정보를 생성, 인접된 라우터간에 공유

      - Ingress LER로 IP패킷이 들어오면 Packet에 Label을 부착하여 전송

      - LSR이 Label swapping을 활용하여 Label을 부착한 패킷을 전달

      - Egress에서 LER이 Label을 제거하고 IP Packet을 전달

 

  3.3 Label

      - 일반 패킷에 덧붙여진 추가 Header

      - Ethernet, PPP(Point to Point Protocol)는 L2/L3 Header 사이에 4Byte 크기로 덧붙는 형태를 띄며, ATM은 VCI와 VPI 필드에 저장됨

 

 

        - Lable의 형식

                             20bit 크기의 Label field

                             3bit 크기의 EXP(EXPerimental) 필드: 패킷의 우선 순위 정보

                             1bit 크기의 BoS(Bottom of Stack) 지시자 필드: 0이면 라벨스위칭의 계속을 의미하고 1이면 패킷라우팅의 시작을 의미

                             8bit 크기의 TTL

 

 

4. MPLS 특징

  - 패킷 포워딩 단순화: 고정길이 Label 사용으로 고속처리 가능함

  - 트래픽 제어: 트래픽 상황에 따라 부하 분산

  - QoS 제공: 별도의 LSP 설정으로 MPLS망 내에서 QoS 제공 가능함

  - VPN 제공: 별도의 Lable을 사용한 VPN 구성 및 VPN 라우팅 분리 가능함

 

MPLS VPN

 

 

5. IP 라우터와 MPLS의 전송 동작

- 기존 라우터의 데이터 전송 동작 과정 

- MPLS 데이터 전송 동작 과정 

http://www.astriz.com/tech/16_MPLS.pdf

 

 

기술비교

 

구분	MPLS	ATM	IP
Traffic 제어	매우 우수	우수	하
VPN/비용	매우 우수/중가	매우 우수/고가	보통/저가
CoS	상	상	중
QoS	중	상	하
고속 포워딩	상	상	하
확장성	우수	보통	우수
구축/유지보수 비용	고가	매우 고가	저가

http://karhem.tistory.com/4

 

GMPLS

 

 

http://blog.pages.kr/673

http://sahngoh.tistory.com/31

http://www.astriz.com/tech/16_MPLS.pdf

http://p2004ir.free.fr/NE520-Networking_And_Internetworking/MPLS/MPLS-VPN-Tutorial%20Dang.pdf

http://sahngoh.tistory.com/32

http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1275867
http://m.blog.daum.net/_blog/_m/articleView.do?blogid=0aREW&articleno=204