Arquitectura y Funcionamiento de MPLS: Conceptos Clave y Nodos de Borde
Introducción a MPLS: Tecnología de Conmutación de Etiquetas
MPLS (Multiprotocol Label Switching) es una tecnología de red orientada a conexión donde a cada paquete se le asigna una etiqueta. Las etiquetas MPLS se intercambian entre los routers para crear un mapeo entre ellas. Estas etiquetas se adjuntan a los paquetes IP, permitiendo a los routers encaminar los paquetes basándose en la etiqueta y no en la dirección IP de destino. Los paquetes se reenvían utilizando conmutación de etiquetas (Label Switching) en lugar de conmutación IP (IP Switching).
Conceptos Fundamentales de MPLS
Forwarding Equivalence Class (FEC)
Partición del conjunto de paquetes que pueden atravesar un router. Desde el punto de vista del router, todos los paquetes con igual FEC se tratan exactamente igual, garantizando un idéntico reenvío y tratamiento QoS (Calidad de Servicio) en la interfaz de salida. Cada FEC tiene asociado un único next-hop.
En un LSR, las etiquetas determinan no solo el puerto de salida de un paquete, sino también las opciones de encolado, lo que permite soportar diferentes clases de servicio.
Etiqueta (Label)
Identificador de tamaño fijo, relativamente corto, asociado al paquete en el que se basa el reenvío. Su significado es normalmente local al conmutador (labelswitch) y carece de estructura interna.
Conmutación de Etiquetas (Label Switching - LS)
La decisión de reenvío se basa exclusivamente en la etiqueta del paquete de entrada y en una Tabla de Reenvío (FIB), siendo de tipo exact match (una única búsqueda o lookup).
Label Swapping
Cambio de etiquetas efectuado por el Label Switch Router (LSR) antes del reenvío del paquete.
LSR (Label-Switching Routers)
Son encaminadores con funciones MPLS. Los LSR participan como cualquier encaminador en los protocolos de encaminamiento estándar. Los protocolos de control IP construyen las Tablas FIB (Forwarding Information Base).
- Con las FIB de nivel 3 se construye una malla de LSPs (Label-Switched Paths).
- Las etiquetas correspondientes se distribuyen mediante un protocolo específico.
- El procedimiento de reenvío utilizado es la Conmutación de Etiquetas (LS).
LSP (Label-Switched Path)
Un camino unidireccional para los paquetes etiquetados de una FEC dentro de la red MPLS. El camino está determinado por la asignación de etiquetas en la red.
Tipos de LSP: Point-to-point o merging.
Estructura de la Cabecera MPLS
La cabecera MPLS incluye los siguientes campos:
- Etiqueta (20 bits).
- Campo “Experimental” (3 bits), utilizado para indicar la clase de servicio (CoS) que debe recibir el paquete.
- S (Bottom of Stack) (1 bit): Indicador de la última cabecera en la pila.
- TTL (Time to Live) (8 bits): Utilizado para detectar caminos con bucles.
Las cabeceras pueden apilarse para crear túneles de un camino etiquetado (LSP) sobre otro. La trama MPLS (paquete original más cabeceras MPLS) se encapsula sobre la trama del nivel 2 que se utilice.
Nodos de Borde MPLS (Edge Nodes)
Los Nodos de Borde MPLS son los routers de frontera de la red MPLS y gestionan la entrada y salida del tráfico etiquetado.
A. MPLS Ingress Node (Nodo de Entrada)
Operación al recibir un paquete sin etiquetar:
- Calcula su FEC y NEXT_HOP.
- Si NEXT_HOP es un LSR: Utiliza el componente LS para reenviarlo (etiquetarlo, etc.).
- Si no: Realiza un reenvío IP normal al NEXT_HOP.
B. MPLS Egress Node (Nodo de Salida)
Operación al recibir un paquete etiquetado:
- Utiliza el componente LS para calcular la FEC y el NEXT_HOP.
- Si NEXT_HOP es un LSR: Utiliza el componente LS para re-etiquetarlo (label swapping).
- Si no: Elimina la etiqueta (el componente LS debe tener la operación POP para esa FEC) y realiza un reenvío IP normal al NEXT_HOP.