ماهي بروتوكولات تسمية التبديل في الشبكات MPLS

تُعد تقنية  “MPLS – Multiprotocol Label Switching” تقنية إعادة توجيه البيانات التي تعمل على زيادة من السرعة والتحكم في تدفق حركة مرور الشبكة، وباستخدام “MPLS” يتم توجيه البيانات عبر مسار عبر الملصقات بدلاً من طلب عمليات بحث معقدة في جدول توجيه في كل محطة، كما تقوم هذه التقنية القابلة للتطوير والمستقلة عن البروتوكول مع بروتوكول الإنترنت “IP” ووضع النقل غير المتزامن “ATM“، كما تم تقديم “MPLS” في 1990م وهي آلية توجيه أكثر كفاءة بديلة لطريقة التوجيه التقليدية القائمة على بروتوكول الإنترنت.

ما هو برتوكول MPLS

بروتوكولات تسمية التبديل “Multiprotocol Label Switching”: هي آلية لتوجيه حركة المرور وله مزايا كبيرة مقارنة بآلية التوجيه التقليدية القائمة على بروتوكول الإنترنت، ويستخدم في شبكات الاتصالات السلكيةواللاسلكية، حيث يشكل نقل حزم البيانات بين العقد.

• “MPLS” هي اختصار لـ “Multiprotocol Label Switching”.

• “IP” هي اختصار لـ “Internet Protocol”.

• “ATM” هي اختصار لـ “Asynchronous Transfer Mode”.

أساسيات برتوكول MPLS

عندما تدخل البيانات إلى شبكة “IP” تقليدية فإنّها تنتقل بين عقد الشبكة بناءً على عناوين الشبكة الطويلة، وباستخدام هذه الطريقة يجب أن يتخذ كل جهاز توجيه تهبط عليه حزمة بيانات قراره الخاص بناءً على جداول التوجيه حول المحطة التالية للحزمة على الشبكة، ومن ناحية أخرى تعمل “MPLS” على تحديد تسمية لكل حزمة لإرسالها على طول مسار محدد مسبقاً.

في التوجيه التقليدي المستند إلى “IP” يتم تحليل حزمة مخطط بيانات “IP” بواسطة جهاز التوجيه ووفقاً لعنوان المصدر والوجهة، والذي يحتوي عليه الحزمة التي تم معالجتها وإعادة توجيهها بواسطة أجهزة التوجيه باستخدام جدول التوجيه لإعادة توجيه الحزمة، كما يتبع مخطط البيانات هذا المسار تم إعداده بواسطة بروتوكول التوجيه مثل “OSPF” و”BGP” و”EGP” وإنجاز المسار المحدد للوصول إلى عقدة الوجهة.

عنوان “IP” هو هوية الشبكة وقناع الشبكة الفرعية وعندما يتم إعادة توجيه الحزمة بواسطة أجهزة التوجيه يتم استعمال جدول التوجيه لتخصيص آلية إعادة التوجيه، ويتم إرسال الحزمة عبر الواجهة المسجلة بمسار يحتوي على أقصر مسار أمثل حتى الوجهة، وإذا لم يتم العثور على مسار للحزمة في جدول التوجيه فسيتم استخدام المسار الافتراضي لإرسال الحزمة إلى الوجهة.

• “BGP” هي اختصار لـ “Border Gateway Protocol”.

• “OSPF” هي اختصار لـ “Open Shortest Path First”.

• “EGP” هي اختصار لـ “Exterior Gateway Protocol”.

مبدأ عمل برتوكول MPLS

في “MPLS” يتطلب كل جهاز توجيه تحديد جهاز التوجيه التالي أو العقدة التالي للحزمة، حيث يلزم نقل مخطط البيانات عن طريق فحص عنوان وجهة الحزمة قبل منح جدول التوجيه الخاص به، وهذه العملية بطيئة ومتدنية من حيث استهلاك الوقت والأداء للسيناريو المباشر، مثل نقل الصوت والفيديو في تطبيقات الوقت الفعلي.

مع توجيه “IP” في شبكة تقليدية بتبديل الحزم تحدد حزم البيانات مسار التوجيه الخاص بها من خلال آمال الشبكة، وهذا يعني أنّ مخططات البيانات لها مسار ديناميكي يتدفق إلى الوجهة التي لا يتم تحديدها مسبقاً ولا يمكن التنبؤ بها، وفي شبكات الاتصالات بتبديل الدارات يتم إنشاء مسار الدائرة المخصص بين المصدر والوجهة تتبع كل حزمة مسار التوجيه المحدد مسبقًا للوصول إلى أمل الوجهة عن طريق المرور عبر عدد مراكز التبديل.

كما يبدأ المرسل والمتلقي الاتصال عن طريق طلب الدائرة القائمة والإقرار بها، ويمكن لهذه الدائرة أن تحمل حركة مرور الشبكة مثل دفق البيانات والصوت والفيديو، لكن هذه مسارات توجيه يمكن التنبؤ بها ومحددة مسبقاً ولكنّها مكلفة للغاية ويصعب توسيع نطاقها إلى الشبكة الكبيرة بسبب الحاجة إلى تطوير البنية التحتية للدائرة.

للتغلب على هذه الصعوبات تم إدخال آلية توجيه “MPLS” والتي تتيح مزيدًا من التحكم في مسار توجيه الشبكة الديناميكي، ومن خلال إنشاء المسارات الديناميكية التي تبدو وكأنها أمل في الاتصال داخل البنية التحتية للشبكة، لكنّ التوجيه الديناميكي باستخدام “MPLS” منطقي وليس مساراً مادياً، كما  أنّ مسارات تبديل التسمية “LSPs” محددة مسبقاً، ومسارات أحادية الاتجاه بين أزواج من أجهزة التوجيه عبر شبكة “MPLS”.

عندما تدخل حزمة إلى الشبكة من خلال عقدة الدخول “Label Edge Router” يتم تعيينها إلى فئة معادلة إعادة التوجيه “FEC” اعتماداً على نوع البيانات ووجهتها المقصودة، كما تستخدم “FECs” لتحديد الحزم ذات الخصائص المتشابهة أو المتطابقة، واستناداً إلى “FEC” ستقوم عقدة الإدخال بوضع ملصق على الحزمة وتغليفها داخل “LSP”.

بينما تتحرك الحزمة عبر “عقد النقل” للشبكة والمعروفة أيضاً باسم أجهزة توجيه تبديل التسميات تستمر أجهزة التوجيه هذه في توجيه البيانات من خلال الإرشادات الموجودة في ملصق الحزمة، كما تعتمد نقاط التوقف هذه على ملصق الحزمة وليس عمليات بحث “IP” الإضافية، وفي “عقدة الخروج” أو جهاز التوجيه النهائي في نهاية “LSP” تتم إزالة التسمية ويتم تسليم الحزمة عبر توجيه “IP” العادي.

• “FEC” هي اختصار لـ “Forward error correction”.

• “LSP” هي اختصار لـ “Layered Service Provider”.

أجزاء مجموعة التسمية في برتوكول MPLS

1- قيمة التسمية

تحتوي على معلومات لأجهزة التوجيه لتحديد المكان الذي يجب أن تذهب الحزمة إليه بعد ذلك.

2- فئة حركة المرور

يحدد أولوية جودة الخدمة وإشعار الازدحام الصريح.

3- أسفل تعريف البروتوكول

يشير إلى التسمية الأخيرة في البروتوكول.

4- حقل مدة البقاء (TTL)

• يحد من العمر الافتراضي للبيانات أو عدد القفزات التي يمكنها إجراؤها قبل التخلص منها.

• يمكن أيضاً تكديس التسميات، حيث يتحكم الملصق العلوي في تسليم الحزم، وعندما تصل إلى وجهتها فإن هذه التسمية تنبثق وتحتل التسمية الموجودة تحتها الاتجاه.

ملاحظة:“TTL” هي اختصار لـ “Time-to-live”.

أين يوجد MPLS ضمن طبقات الشبكة

يُعتبر بروتوكول “MPLS” بروتوكول شبكة من الطبقة “2.5”، حيث تحمل الطبقة 2 حزم “IP” عبر شبكات “LAN” بسيطة أو شبكات “WAN” من نقطة إلى نقطة، بينما تستخدم الطبقة 3 عنونة وتوجيه على مستوى الإنترنت باستخدام بروتوكولات “IP”، كما يقع “MPLS” بينهما مع ميزات إضافية لنقل البيانات عبر الشبكة.

• “WAN” هي اختصار لـ “Wide Area Network”.

• “LAN” هي اختصار لـ “local area network”.

مزايا وعيوب تقنية MPLS

• “PLS” ديناميكي وقابل للتطوير ومتعدد الاستخدامات مع أداء أفضل واستخدام أفضل للنطاق الترددي وتقليل ازدحام حركة مرور الشبكة مقارنة بتوجيه “IP” التقليدي.

• “MPLS” هي شبكة افتراضية خاصة ولا توفر التشفير في حد ذاتها فهي منفصلة عن الإنترنت العام، وهذا هو السبب في أنّ “MPLS” هو أسلوب إرسال آمن كبير لحزم البيانات، وهي ليست عرضة لهجمات “DOS” بسهولة والتي يمكن أن تؤثر على التوجيه المستند إلى “IP”.

• من ناحية أخرى تُعد “MPLS” آلية تحتاج إلى شراء تردد ناقل لاستخدامه في الشبكة وهذا هو السبب في أنّها أكثر تكلفة من الإرسال الذي يمكن تحقيقه من خلال الشبكة العامة.

• طالما أنّ المنظمة توسع بنيتها التحتية فمن الصعب العثور على مزود خدمة “MPLS” لخدمة التغطية العالمية، والتي يمكن أن تكون مكلفة وتستغرق وقتاً طويلاً.

• تم تصميم “MPLS” للاستخدام عندما تتلقى مكاتب فرعية متعددة حركة المرور وترسلها مرة أخرى إلى المقر الرئيسي أو مركز البيانات فهي غير مناسبة، حيث يريد المكتب الفرعي الوصول مباشرة إلى البيانات المتاحة على السحابة.

ملاحظة:“DOS” هي اختصار لـ “disk operating system”.