MPLS   MultiProtocol Label Switching   다중 프로토콜 레벨 스위칭 방식

(2024-01-01)

1. MPLS (Multi Protocol Label Switching)인터넷백본망 등에서, 대량의 트래픽 처리를 고속으로 처리 및 관리를 하기 위한 방안
     - IETFATM 포럼 등 여러 표준화 기구에서, 여러 방안들이 논의되었는데,
     - 이중에서 IETF에서 추진한 방안이 바로 MPLS 방식 임

  ㅇ 오늘날, 많은 코어 네트워크에 채택되어, 사용되고 있는 패킷 교환기술


2. 기존 라우팅과의 차이

  ㅇ 기존 라우팅  :  3계층(IP계층)에서, Hop by Hop 체계를 기반으로하여, 
     - 매 라우터 마다, 매 패킷 마다, 헤더 검사, 라우팅 테이블 참조를 반복 수행하며, 
     - 비 연결지향적 경로를 설정함에 따라,
     - 라우팅에 따른 자원을 매 라우터 마다 소모하며, 
     - 이에따라 고속화 어려움

  ㅇ MPLS  :  MPLS망에 진입하는 시점에서, 단 한번 만 헤더를 조사
     - MPLS 망의 입구/출구에서, 단 한 번 만 라우팅 수행
        . MPLS 망의 내부에서는, 연결지향적 경로를 설정함
           .. 종단간 형성 가능한 연결지향적 경로 단위로써,
           .. 경로 그 자체가 스위칭(교환)될 수 있음을 의미
     - 짧은 라벨 스위칭 (할당/제거) 만을 수행함으로써, 일반 IP 라우팅 보다 자원 소모 작음
        . 우편번호와 같이 짧은 라벨(Label)을 이용 


3. MPLS 특징

  ㅇ 단순화된 포워딩
     - 짧은 라벨에 의한 고속화된 연결지향적 기술 
        . 우편번호와 같이 짧은 라벨(MPLS 라벨)을 이용한 경로 설정
     - 또한, 고정 크기의 라벨 스와핑 기능에 의해, 고속 패킷 스위칭, 전송 가능
     - 또한, 같은 라벨이 부여된 패킷들은 모두 동일하게 처리 가능
        . 동일 목적지, 동일 QoS 취급 등

  ㅇ 라우팅포워딩의 분리 (Multi Protocol 지원 가능)
     - 2, 3계층을 각각 독립적으로 수행함에 따라, 
        . 다양한 2 또는 3 계층 프로토콜 지원 가능

     * 즉, 프로토콜 중립적 : 복수 프로토콜 환경에서도 동작 가능
        . 3계층에서는, IP, CLNP 등
        . 2계층에서는, Ethernet, ATM, Frame Relay 등이 가능

     * 또한, OSI 계층 모두와 무관하게 동작함
        . 따라서, 독립적으로 동작시킬 수 있음      

  ㅇ 트래픽 엔지니어링(MPLS-TE) 능력
     - 망 트래픽에 대한 `명시적 분류기능 (Explicit Classification)`과,
     - 분류된 트래픽에 대한 `명시적 라우팅 (Explicit Routing)`을 통해,
     - 트래픽 엔지니어링 및 개별적 QoS 지원 가능
        . 트래픽 엔지니어링 : 동적으로 자원의 예약이나 할당을 하는 것
           .. (트래픽 부하의 병렬화 또는 대체 경로 분산 등)

  ㅇ 연결 지향 QoS 지원 및 QoS 설정 가능
     - IP 기반 인터넷에서도 연결 지향 구조 제공
        . (정교하고 신뢰성 있는 QoS 트래픽 계약 가능)
     - QoS 요구에 맞춰, 경로 선택 제어 가능

  ㅇ 실용적인 협력 프로토콜
     - 라벨 배포링크 관리를 위한 단지 2개의 프로토콜 만이 새로이 개발되고,
     - 나머지 대부분은 기존 프로토콜과의 협력을 위주로 함

  ㅇ 가상사설망(IP-VPN) 구축 가능  ☞  MPLS VPN정책(Policy)에 따른 라우팅 선택이 가능 및 확장성 좋음
     - Policy-based Routing


4. MPLS 계층

  ㅇ MPLS는 대략 2.5 계층에 속함  :  3 계층 / 2.5 계층 (Shim 계층, MPLS 계층) / 2 계층
     - 캡슐화데이터 구조로 볼 때,
     - 망계층(계층 3)의 헤더데이타링크 계층(계층 2)의 헤더 간에,
     - "MPLS 헤더"(이를 MPLS Label이라 부름)가 있어, 
     - 이 라벨에 의해, 고속의 하드웨어 스위칭이 가능토록 함
     - 즉, Layer 2 에서 ForwardingLayer 3 에서 Routing을 함

  ㅇ 한편, 계층 3에서 동작하는 라우터들은, 
     - 망계층에서 라우팅 테이블에 의한 소프트웨어적인 라우팅 만을 함


5. MPLS 평면  :  (프로토콜 평면)제어평면 (Control Plane)  : 3계층 라우팅 정보 및 라벨을 교환
     - RIB (Routing Information Base) : 일반 라우팅 프로토콜에 의해 구축된 라우팅 테이블
     - LIB (Label Information Bas) : 라벨 분배 프로토콜에 의해 구축된 테이블

  ㅇ 데이터평면 (Data Plane)   : 라벨에 의해 패킷 스위칭 
     - FIB (Forwarding Information Base) : 일반 IP 패킷을 위한 포워딩 테이블
     - LFIB (Label Forwading Information Base) : MPLS 라벨 패킷을 위한 포워딩 테이블
        . 라벨 교환 및 전달을 수행하기 위해 검색되는 테이블

  ※ 제어평면데이터평면이 서로 분리되어 있게됨
     - 따라서, 데이터 경로의 설정/해제는 데이터평면과 별개의 제어평면 상에서 이루어짐
        . 즉, 입구 노드출구 노드 간에 경로를 제어평면에서 처리됨
  

6. MPLS 라벨IP 라우팅은, IP 주소에 의해 목적지를 향해 라우팅 수행
  ㅇ MPLS 라우팅은, 라벨에 의해, 목적지에 도달시킴
     - 각 라벨은, QoS 정보,출발지 주소 등과도 상응함
 

7. MPLS 라우터MPLS 라벨에 의해, 패킷을 목적지 방향으로 전달
  ㅇ LER (Label Edge Router)   : 비 MPLS 망과의 연동 (종단 LSR)
  ㅇ LSR (Label Switch Router) : MPLS 망 내부에 있는 모든 교환기들 (라벨 교환 수행)


8. MPLS 망 내 유입/유출 처리 순서입구 노드에서, 들어온 패킷은 FIB에 따라 분류되고,
  ㅇ 이 정보에 의해 적당한 라벨이 할당 됨
  ㅇ MPLS 망 내부의 MPLS 교환기에 의해, 패킷은 그 헤더에 있는 라벨에 따라 포워딩 됨
  ㅇ 각 MPLS 교환기에서, 헤더의 라벨을 FIB 항목에서 구한 라벨로 교체함 (라벨 교환)
  ㅇ 출구 노드에서, 라벨이 제거되고, 패킷들은 보통의 IP 패킷 처럼 포워딩9. MPLS 주요 동작

  ㅇ 핵심 동작
     - Label Binding      : Label을 특정 데이터 흐름에 대응시켜 연결지음
     - Label Swapping     : 입력 Label을 출력 Label로 변경 
     - Label Distribution : Label binding을 인접 노드에 전파

  ㅇ 특히, MPLS 망 혼자 만으로 동작 않고, 
     - 기존의 IP 망과 유기적으로 연결되어 동작함


10. MPLS 신호 프로토콜

  ㅇ Label의 할당 및 분배를 위한 프로토콜

  ㅇ 구분
     - CR-LDP (Constraint-based Routing LDP)
       . ATM 기술보유업체 선호
     - RSVP-TE (Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering)
       . 라우터 제작업체 선호

     * 이들에 의해, 트래픽 엔지니어링 (Traffic Engineering) 지원이 가능해짐

  ※ LDP (Label Distribution Protocol)
     - `라벨 분배` 및 `LSP(Label Switched Path) 설정` 을 위한 프로토콜을 말함


11. MPLS 구현 방식

  ㅇ Frame-mode MPLS : 순전히 라우터에 의해 구현
     - Labeled Packet들이 계층 2에서 프레임 상태로 교환됨

  ㅇ Cell-mode MPLS  : ATM 기반의 MPLS 구현 (MPLS over ATM)
     - Labeled Packet들이 ATM Cell 형태로 전송됨
        . ATM 헤더VPI/VCI 정보를 라벨로 사용됨


12. [참고사항]

  ㅇ 관련표준  :  IETF의 MPLS Working Group에서 표준화
  ㅇ 관련용어  :  IPoA, 컷 스루 스위칭 방식
  ㅇ 주요용도  :  트래픽 부하 경감, VPN, 트래픽 엔지니어링 등을 동시에 제공하기 위한 용도로 사용

MPLS
   1. MPLS 이란?   2. GMPLS   3. MPLS-VPN   4. 명시적 라우팅   5. MPLS-TP  


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