Definition Was ist MPLS?

MPLS steht für Multiprotocol Label Switching – ein Verfahren, das Daten verbindungsorientiert in verbindungslosen Netzen überträgt. Mit MPLS-TP existiert überdies eine Weiterentwicklung für Metro-, Aggregation- oder Access-Netze.

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MPLS signalisiert einen Pfad in verbindungslosen Netzen, über den Daten übertragen werden. Damit ist bereits vor Beginn des eigentlichen Transfers klar, welchen Weg Datenpakete durch ein Netz nehmen – anders als beim klassischen IP-Netzen muss damit nicht mehr jeder einzelne Router eine Weiterleitungsentscheidung anhand der Zieladresse treffen. MPLS-fähige Label Switched Routers (LSR) treffen die Weiterleitungsentscheidung stattdessen anhand eines Labels – das ist Teil des vier Byte langen MPLS-Headers das (beispielsweise) IP-Paketen vorangestellt wird.

Im OSI-Modell lässt sich MPLS zwischen den Layern 2 und 3 verorten und wird damit auch als Layer 2.5-Protokoll beschrieben. Weil das Verfahren Pakete über mehrere Hops übermittelt, kann MPLS einerseits kein Layer-2-Protokoll im Sinne eines einzelnen Links sein. Andererseits ist MPLS auf weitere Protokolle wie IP angewiesen, um Label-Pfade einzurichten.

MPLS ist dabei nicht auf IP festgelegt, sondern kann auch weitere Protokolle (auch unterhalb Layer 3) übertragen, beispielsweise Ethernet-Frames. Entsprechende Ansätze werden auch als Any Transport over MPLS (AToM) bezeichnet.

Grundkonzepte und Terminologie

In einer MPLS-fähigen Infrastruktur (MPLS Domain) werden Daten über einen unidirektionalen Label Switched Path (LSP) übertragen. Down- und Upstream können damit unterschiedliche Pfade nehmen.

MPLS-fähige Systeme heißen MPLS Node; wenn sie nativ auch Layer-3-Pakete übertragen können spricht man von einem Label Switched Router (LSR). Systeme an den Rändern der MPLS Domain werden als Label Edge Router (LER) respektive MPLS Egde Node bezeichnet – und stellen eine Verbindungen zu Systemen außerhalb der eigenen MPLS Domain her; entweder weil es sich dabei um eine andere Domäne oder um eine nicht MPLS-fähige Infrastruktur handelt.

Die Edge-Systeme lassen sich weiter unterscheiden. MPLS Ingress Nodes verarbeiten von außerhalb der Domäne eingehende Pakete oder Frames und ergänzen diese um das für MPLS nötige Label (Push); analog entfernen MPLS Egress Nodes das Label wieder, bevor Daten die MPLS-Domäne verlassen (Pop). Die zwischen Ingress und Egress liegenden Systeme werden als Intermediate Node/LSR oder Core Node/LSR bezeichnet

Einzelne Labels besitzen lediglich lokale Relevanz. Als Index einer Tabelle bestimmt das Label, an welche Verbindung Nodes Daten weiterreichen. Um Verwechslungen zu vermeiden, ersetzt jeder Core Node das eingehende Label durch ein davon verschiedenes anderes (Label Swapping). Als Sonderfall können auch verschiedene ankommende Labels durch ein einziges ausgehendes Label einer Forwarding Equivalence Class ersetzt werden (Label Merging).

Überdies können Pakete auch mit Stapeln mehrerer Labels versehen werden. Das ist dann sinnvoll, wenn sich verschiedene virtuelle Verbindungen einen Teilpfad innerhalb der MPLS-Domäne teilen sollen.

MPLS-Header als „Shim“

Das Label ist Teil des vier Byte langen MPLS-Headers. Dieser wird im Falle von IP/MPLS vor dem IP-Header angehängt. Damit liegt der MPLS-Header zwischen den Headern für PPP sowie IP – und wird daher auch bildlich als „Shim“ im Sinne eines Zwischenlegerings bezeichnet.

20 Bit des MPLS-Headers sind für das Label vorgesehen. Ein anschließendes, drei Bit langes QoS-Feld definiert die Dienstgüte. Ein weiteres Bit zeigt an, ob das Label Teil eines Stacks ist – das Flag ist lediglich beim untersten Label gesetzt. Acht Bits sind schließlich für das TtL-Feld vorgesehen. Das gibt an wie oft das jeweilige Paket noch weitergeleitet werden darf. Jeder Router subtrahiert 1 vom TtL-Feld; erreicht es Null, wird das Paket verworfen.

Vorteile von MPLS

Für MPLS sprechen verschiedene Vorteile. Dank einer vergleichsweise einfachen Adressierung per Label können MPLS-Router Pakete schneller weiterleiten als beispielsweise IP-Systeme, die auf dem „Longest Matching Prefix“-Algorithmus basieren. In der Praxis reduziert MPLS somit Latenzen – wenngleich der Geschwindigkeitsvorteil mittlerweile durch leistungsfähige ASICs (Application Specific Integrated Circuit) relativiert wird.

Überdies ist MPLS eine Möglichkeit, um Datenflüsse in Rechnernetzen zu optimieren (Traffic Engineering). Als weitere Anwendung gelten MPLS VPNs, also Virtual Private Networks. So können Provider beispielsweise problemlos und über eine MPLS-Domäne Standorte unterschiedlicher Kunden verbinden, die ihrerseits einen identischen privaten Adressraum nutzen.

Dank des im MPLS-Header vorgesehenen QoS-Feldes können schließlich Dienstgüten definiert werden. Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn das per MPLS gekapselte Protokoll selbst keine entsprechenden Funktionen anbietet – beispielsweise beim Transport von Ethernet-Frames (AToM).

Standardisierung und Ableger: MPLS-TP

Das zunächst als proprietäre Technik und unter Bezeichnungen wie „tag switching“ entwickelte MPLS wurde mittlerweile von der Internet Engineering Task Force (IETF) standardisiert und beispielsweise in RFC 3031 „Multiprotocol Label Switching Architecture“ beschrieben.

Gemeinsam mit der Internationalen Fernmeldeunion (International Telecommunication Union, ITU) hat die IETF zudem das MPLS-TP (Transport Profile) ins Leben gerufen, das insbesondere für Metro-, Aggregation- und Access-Netze optimiert wurde. Die Ziele dabei: Vergleichbare Funktionalitäten wie TDM-basierte (Time Division Multiplexing) Technologien bereitstellen zu können und die Unterstützung von Point-to-Point- und Any-to-Any-Verbindungen mit einem ähnlich hohen Grad an Berechenbarkeit, Zuverlässigkeit und OAM-Funktionalitäten (Operations-, Administration-and-Management), wie sie die langjährig bewährten TDM-Netze bieten.

MPLS-TP ist kompatibel mit MPLS, jedoch keine Untermenge davon. So verbietet MPLS-TP beispielsweise unidirektionale Pfade und verzichtet auf Label Merging. Andererseits bietet MPLS-TP eine Vielzahl zusätzlicher OAM-Funktionen (Operations-, Administration-and-Management).

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