Définition

Multiprotocol Label Switching (MPLS) est une solution proposée pour répondre aux problèmes posés par les réseaux actuels. C'est apparu comme une solution permettant d'organiser la rencontre entre l'administration de bande passante et le besoin de services pour les nouveaux réseaux IP. MPLS propose des solutions liées à la scalabilité (adaptation à l'échelle du réseau) et au routage (basé sur la QoS et les mesures de la QoS). Il peut s'adapter aux réseaux ATM et Frame Relay.

1. Introduction

Au cours de ces dernières années, Internet a évolué et a inspiré le développement de nouvelles variétés d'applications. Ces applications ont des besoins garantissant en terme de bande passante et de sécurité de service au sein des backbones. En plus des données traditionnelles, Internet doit maintenant transporter voix et données multimédia. Les ressources nécessaires pour ces nouveaux services, en terme de débit et de bande passante, à entraîner une transformation de l'infrastructure d'Internet. Cette transformation du réseau, d'une infrastructure par paquets à une infrastructure en cellules, a introduit de l'incertitude dans un réseau jusque-là déterministe.

En plus de ces contraintes sur les ressources, une autre challenge est le transport des données sur le backbone en offrant différentes classes de services aux utilisateurs. La croissance exponentielle du nombre d'utilisateurs et le volume du trafic ajoute une nouvelle dimension au problème. Les classes de services (CoS) et la qualité de service (QoS) doit être pris en compte pour répondre aux différents besoins de chaque utilisateur du réseau.

En résumé, MPLS jouera un rôle important dans le routage, la commutation, et le passage des paquets à travers les réseaux de nouvelle génération pour permettre la rencontre entre les besoins de service et les utilisateurs du réseau.

2. Routage et commutation de paquet traditionnels

Le déploiement initial d'Internet répond au transfert de données sur le réseau. Pour ça, un simple routeur logiciel et des interfaces réseaux suffisaient. Au fur et à mesure que la possibilité de supporter des transmission hauts débits a émergé, des éléments capables de commuter au niveau 2 et au niveau 3 ont du être déployés au niveau matériel (hardware).

Ces solutions répondent aux besoins de transfert rapide de paquets lors de la traversée du réseau, mais ne répondent pas aux besoins en terme de service pour les informations contenues dans les paquets. De plus, la majorité des protocoles de routage actuellement déployé se basent sur des algorithmes permettant d'obtenir le passage le plus rapide sur le réseau, mais ne prennent pas en compte d'autres mesures, comme les délais ou les congestions qui peuvent sérieusement diminuer les performances du réseau. La gestion du trafic est un objectif pour les administrateurs réseaux.

3. MPLS et ses composants

Qu'est-ce que MPLS ?

MPLS est normalisé par l'IETF (Internet Engineering Task Force). Il assure les fonctions suivantes :
- Il spécifie les mécanismes pour administrer les flux de trafic des plusieurs types, comme les flux entre des matériels différents, des machines différentes ou même entre des applications différentes
- Il est indépendant des protocoles des couches 2 et 3.
- Il interagit avec des protocoles de routage existant, comme RSVP (resource reservation protocol) et OSPF (open shortest path first).
- Il supporte les couches de niveau 2 des réseaux IP, ATM, et Frame Relay.

Dans MPLS, la transmission de données se fait sur des label-switched paths (LSP, Chemin à commutation de label). Les LSP sont une séquence de labels (ou étiquettes) à chaque nœud du chemin allant de la source à la destination. Les LSP sont établis en fonction du type de transmission des données (control-driven) ou après détection d'un certain type de données (data-driven). Les labels, qui sont des identifiants spécifiques au protocole des couches basses, sont distribués suivant le protocole LDP (Label Distribution Protocol), RSVP ou parfois par les protocoles de routage comme BGP (Border Gateway Protocol) ou OSPF.
Chaque paquet de données encapsule et transporte les labels pendant leur acheminement. La commutation haut débit est possible puisque les labels de longueur fixe sont insérés au tout début du paquet ou de la cellule et peuvent être utilisés par le hardware pour commuter plous rapidement.

LSR et LER

Les éléments qui participent aux mécanismes du protocole MPLS peuvent être séparés en Label Edge Routers (LER, Routeur d'extrémité supportant les labels ) et Label Switching Routers (LSR, routeur de commutation des labels).

Un LSR est un routeur haut débit au cœur d'un réseau MPLS qui participe à l'établissement des LSP. Un LER est un élément à l'extrémité du réseau d'accès ou du réseau MPLS. Les LER peuvent supporter plusieurs ports connectés à des réseaux différents (ATM, Frame Relay ou Ethernet) et qui fait suivre le trafic sur le réseau MPLS après établissement des LSP. Le LER joue un rôle fondamental dans l'assignation et la suppression des labels, au fur et à mesure que le trafic entre et sort du réseau MPLS.

FEC

La Forward Equivalence Class (FEC) est la représentation d'un groupe de paquet qui ont en commun les mêmes besions quant à leur transport. Tous les paquets d'un tel groupe reçoivent le même traitement au cours de leur acheminement. Contrairement aux transmissions IP classiques, dans MPLS, un paquet est assigné à une FEC une seule fois, lors de son entrée sur le réseau. Les FEC sont basés sur les besoins en terme de service pour certains groupes de paquets, ou même un certain préfixe d'adresses. Chaque LSR se construit une table pour savoir comment un paquet doit être transmis. Cette table est appelée Label Information Base (LIB, Base d'information sur les labels).

Labels et association de labels

Format de base des labels MPLS

Le format générique d'un label est illustré par la figure ci-dessous. Le label peut aussi se situer dans l'entête de la couche 2, ou entre les couches 2 et 3.

Label-Switched Paths (LSP)

Un ensemble d'éléments compatibles avec MPLS représente un domaine MPLS. Au sein d'un domaine MPLS, un chemin est défini pour un paquet donné à partir d'une FEC. MPLS propose les deux solutions suivantes pour implémenter un LSP :

Routage saut-par-saut : chaque LSP choisit indépendamment le saut suivant pour un FEC donné. Cette méthodologie est similaire à celle utilisé dans les réseaux IP courants. Le LSR utilise les protocoles de routage disponibles, comme OSPF, PNNI (ATM Private Network-to-Network Interface),  etc…

Routage explicite : similaire au source routing. Le premier LSR determine la liste des nœuds à suivre. Le chemin spécifié peut être non-optimal. Le long de ce chemin, les ressources peuvent être réservées pour assurer la QoS voulue au trafic.

Un LSP est unidirectionnel et le trafic de retour doit donc prendre un autre LSP.

Label Distribution Protocol (LDP)

LDP est un protocole nouveau permettant d'apporter aux LSR les informations d'association des labels dans un réseau MPLS. Il est utilisé pour associer les labels aux FEC, ce qui crée des LSP. Les sessions LDP sont établies entre deux éléments du réseau MPLS, qui ne sont pas nécessairement adjacents.

Ces éléments échanges les types suivants de messages LDP :
- Messages de découverte : annoncent et maintiennent la présence d'un LSR dans le réseau.
- Messages de session : Etablissent, maintiennent et terminent les sessions LDP.
- Messages d'avertissement : Créent, changent et effacent des associations entre FEC et labels.
- Messages de notification : Permettent d'apporter d'autres informations comme signaler une erreur.