Метки и механизмы MPLS

Таблицы пересылки

Ранее отмечалось, что когда пакет MPLS попадает в маршрутизатор коммутации по меткам LSR, этот маршрутизатор просматривает имеющуюся у него таблицу с так называемой информационной базой меток LIB (Label Information Base) для того, чтобы принять решение о дальнейшей обработке пакета. Эту информационную базу иногда называют также Next Hop Label Forwarding Entry (NHLFE), и, согласно RFC 3031, в нее обычно входит следующая информация:

• операция, которую надо произвести со стеком меток пакета (заменить верхнюю метку стека, удалить верхнюю метку, поместить поверх стека новую метку);
• следующий маршрутизатор в LSP, причем "следующим" может быть тот же самый LSR;
• используемая при передаче пакета инкапсуляция на уровне звена данных;
• способ кодирования стека меток при передаче пакета;
• другая информация, относящаяся к пересылке пакета.

Содержащая эту информацию таблица пересылки, которую ведет каждый LSR, как, впрочем, и любые другие таблицы, представляет собой последовательность записей. Каждая запись таблицы пересылки LSR состоит из входящей метки и одной или более подзаписей, причем каждая подзапись содержит значение исходящей метки, идентификатор выходного интерфейса и адрес следующего маршрутизатора в LSP. Пример простой таблицы пересылки LIB представлен в таблице 10.1.

Разные подзаписи внутри одной записи могут иметь либо одинаковые, либо разные значения исходящих меток. Более одной подзаписи бывает нужно для поддержки многоадресной рассылки пакета, когда пакет, который поступил к одному входящему интерфейсу, должен затем рассылаться через несколько исходящих интерфейсов. Обращение к таблице записей производится по значению входящей метки, т.е. по входящей метке к происходит обращение к к-й записи в таблице.

Запись в таблице может также содержать информацию, указывающую, какие ресурсы имеет возможность использовать пакет, например, определенную выходную очередь.

LSR может поддерживать либо одну общую таблицу, либо отдельные таблицы для каждого из своих интерфейсов. В первом варианте обработка пакета определяется исключительно меткой, переносимой в пакете. Во втором варианте обработка пакета определяется не только меткой, но и интерфейсом, к которому поступил пакет. LSR может использовать либо первый вариант, либо второй, либо их сочетание.

Привязка "метка-FEC"

Каждая запись в таблице пересылки, которую ведет LSR, содержит одну входящую метку и одну или более исходящих меток. В соответствии с этими двумя типами меток обеспечивается два типа привязки меток к FEC:

• первый тип – метка для привязки выбирается и назначается в LSR локально. Такая привязка называется локальной;
• второй тип – LSR получает от некоторого другого LSR информацию о привязке метки, которая соответствует привязке, созданной на этом другом LSR. Такая привязка называется удаленной.

Средства управления коммутацией по меткам используют для заполнения таблиц пересылки как локальную, так и удаленную привязку меток к FEC. Это может делаться в двух вариантах: upstream и downstream. Первый: когда метки на локальной привязке используются как входящие метки, а метки из удаленной привязки — как исходящие. Второй вариант – прямо противоположный, т.е. метки из локальной привязки используются как исходящие метки, а метки из удаленной привязки – как входящие. Рассмотрим каждый из этих вариантов.

Первый вариант называется привязкой метки к FEC "снизу" (downstream label binding), потому что в этом случае привязка переносимой пакетом метки к тому FEC, которому принадлежит этот пакет, создается нижестоящим LSR, т.е. LSR, расположенным ближе к адресату пакета, чем LSR, который помещает метку в пакет. При привязке "снизу" пакеты, которые переносят определенную метку, передаются в направлении, противоположном направлению передачи информации о привязке этой метки к FEC.

Второй вариант называется привязкой метки к FEC "сверху" (upstream label binding), потому что в этом случае привязка переносимой пакетом метки к тому FEC, которому принадлежит этот пакет, создается тем же LSR, который помещает метку в пакет; т.е. создатель привязки расположен "выше" (ближе к отправителю пакета), чем LSR, к которому пересылается этот пакет. При привязке "сверху" пакеты, которые переносят определенную метку, передаются в том же направлении, что и информация о привязке этой метки к FEC.

LSR обслуживает также пул "свободных" меток (т.е. меток без привязки). При начальной установке LSR пул содержит все метки, которые может использовать LSR для их локальной привязки к FEC. Именно емкость этого пула и определяет, в конечном счете, сколько пар "метка- FEC " может одновременно поддерживать LSR. Когда маршрутизатор создает новую локальную привязку, он берет метку из пула; когда маршрутизатор уничтожает ранее созданную привязку, он возвращает метку, связанную с этой привязкой, обратно в пул.

Вспомним, что LSR может вести либо одну общую таблицу пересылки, либо несколько таблиц – по одной на каждый интерфейс. Когда маршрутизатор ведет общую таблицу пересылки, он имеет один пул меток. Когда LSR ведет несколько таблиц, он имеет отдельный пул меток для каждого интерфейса.

LSR создает или уничтожает привязку метки к FEC вследствие определенного события. Такое событие может инициироваться либо пакетами данных, которые должны пересылаться маршрутизатором LSR, либо управляющей (маршрутной) информацией, которая должна обрабатываться LSR. Когда создание или уничтожение привязки инициируется пакетами данных, эта привязка называется привязкой под воздействием данных (data-driven). Когда создание или уничтожение привязки инициируется управляющей информацией, данная привязка называется привязкой под воздействием управляющей информации (control-driven).

Привязка под воздействием данных предполагает, что LSR поддерживает как функции пересылки при коммутации по меткам, так и функции пересылки при традиционной маршрутизации. Поддержка функций пересылки при традиционной маршрутизации необходима потому, что привязка метки представляет собой эффект, сопутствующий традиционной маршрутизации пакета.

Важной проблемой качества функционирования, возникающей при использовании схем привязки под воздействием данных (и, в меньшей степени, – схем привязки под воздействием управляющей информации), является производительность. Каждый раз, когда LSR решает, что поток должен коммутироваться по меткам, ему необходимо обмениваться информацией о привязке меток со смежными LSR, и ему может также потребоваться внести некоторые изменения в привязке меток к FEC. Все эти процедуры требуют передачи трафика, управляющего раздачей информации о привязке, и, следовательно, потребляют ресурсы средств управления коммутацией по меткам. Более того, эти процедуры потребляют тем больше ресурсов средств управления, чем больше доля потоков, выбранных для коммутации по меткам. Трудно количественно оценить, насколько дорогой является процедура назначения и распределения меток, но не подлежит сомнению, что производительность схем, работающих под воздействием данных, чувствительна к этому фактору. Если LSR не может назначать и распределять метки со скоростью, требуемой алгоритмом обнаружения потоков, то коммутироваться по меткам будет меньший процент потоков, и от этого будет страдать общая производительность.

В меньшей степени это относится к схемам, работающим под воздействием управляющей информации. Пока топология остается стабильной, весь трафик, который поступает в непограничный маршрутизатор LSR, может коммутироваться по меткам без обработки пакетов управляющим процессором. Схемы, работающие под воздействием управляющей информации, могли получить информацию о привязке маршрутов от соседних LSR, которые не являлись следующими участками этих маршрутов. Когда топология изменится так, что эти "соседи" станут следующими участками маршрутов, коммутация по меткам будет продолжаться без прерывания. Но на производительность схем, работающих под воздействием данных, изменение топологии влияет. Если изменяется маршрут прохождения потока, новые LSR на этом маршруте воспринимают это так, как если бы был создан новый поток. Любой такой новый поток должен вначале пересылаться традиционно. Таким образом, изменение топологии может налагать очень тяжелое бремя на LSR, который только что стал новым следующим маршрутизатором для некоторого другого LSR. Во-первых, он внезапно получает большое число потоков, которые ранее шли по другому маршруту. Кроме того, не прекращается поступление новых потоков от вновь запущенных приложений. Все эти потоки должны пересылаться и анализироваться алгоритмами обнаружения потоков. Это в свою очередь создает дополнительную нагрузку как на средства пересылки при традиционной маршрутизации, так и на средства управления коммутацией по меткам. Во время таких переходных процессов производительность средств пересылки LSR может приблизиться к производительности его средств пересылки при традиционной маршрутизации, т.е. стать примерно на порядок ниже, чем максимальная производительность LSR.