همه چیز درباره MPLS: موارد استفاده در شبکه و مزایا

MPLS چیست؟ این سوالی است که در دنیای شبکه‌های کامپیوتری و ارتباطات سازمانی، نقطه شروع درک مفاهیم انتقال داده با سرعت بالا و کیفیت تضمین‌شده است. امروزه سازمان‌ها و ارائه‌دهندگان خدمات اینترنتی (ISPها) به دنبال راه‌هایی هستند تا داده‌ها را با کمترین تأخیر، بیشترین امنیت و بهینه‌ترین مسیر ممکن در سراسر شبکه توزیع کنند. در این میان، پروتکل MPLS به عنوان یک راهکار پیشرو طراحی شده تا شیوه سنتی و کندِ مسیریابی بسته‌های اطلاعاتی را متحول کند. در این مقاله به بررسی عمیق فناوری MPLS در شبکه، نحوه کارکرد ساختاری آن، مزایای برجسته‌اش و مقایسه آن با فناوری‌های جدید خواهیم پرداخت.

MPLS (Multiprotocol Label Switching) چیست؟

واژه MPLS مخفف عبارت Multiprotocol Label Switching و به معنای سوئیچینگ برچسب چند پروتکلی است. MPLS یک فناوری انتقال داده در شبکه‌های مخابراتی و سازمانی است که اطلاعات را به جای تصمیم‌گیری بر اساس آدرس‌های طولانی شبکه (مانند آدرس IP)، بر اساس برچسب‌ها یا لیبل‌های کوتاه هدایت می‌کند.

برای درک بهتر این نام‌گذاری، ویژگی‌های زیر را بررسی می‌کنیم:

پروتکل چندگانه (Multiprotocol): این فناوری مستقل از لایه فیزیکی و لایه شبکه عمل می‌کند. به این معنی که فرقی نمی‌کند ترافیک ورودی شما از نوع IPv4، IPv6، اترنت (Ethernet) یا فناوری‌های قدیمی‌تر مانند ATM و Frame Relay باشد؛ MPLS می‌تواند تمام این پروتکل‌ها را درون قالب خود بسته‌بندی و ارسال کند.

سوئیچینگ برچسب (Label Switching): در این مکانیزم، تصمیم‌گیری برای هدایت بسته داده‌ها صرفاً با بررسی یک شناسه عددی کوتاه به نام Label انجام می‌شود. روترها در این شبکه نیازی به باز کردن و خواندن هدر لایه ۳ (IP Packet Header) ندارند که این امر سرعت فرآیند سوئیچینگ را به شدت افزایش می‌دهد.

MPLS چگونه کار می‌کند؟

در شبکه‌های سنتی مبتنی بر IP (مسیریابی Hop-by-Hop)، هر زمان که یک بسته به روتری می‌رسد، آن روتر باید آدرس IP مقصد بسته را بخواند، جدول مسیریابی (Routing Table) خود را که ممکن است شامل صدها هزار رکورد باشد جستجو کند و سپس بسته را به روتر بعدی تحویل دهد. این کار در تمام ایستگاه‌های مسیر تکرار می‌شود و قدرت پردازشی زیادی از روترها می‌گیرد.

فناوری MPLS در شبکه این فرآیند را از طریق مراحل زیر بهینه‌سازی می‌کند:

ورود به شبکه و برچسب‌گذاری (Ingress Edge Router): وقتی بسته داده معمولی وارد شبکه MPLS می‌شود، اولین روتر که روتر لبه نام دارد (LER – Label Edge Router)، آدرس IP مقصد را بررسی کرده و برچسبی (Label) با طول ۳۲ بیت به هدر بسته متصل می‌کند. این برچسب تعیین می‌کند که بسته باید از چه مسیری عبور کند.

سوئیچینگ در هسته شبکه (Core Routers / LSR): روترهای هسته شبکه که به آن‌ها LSR (Label Switch Router) می‌گویند، کاری به آدرس IP مقصد ندارند. آن‌ها فقط برچسب روی بسته را نگاه می‌کنند، بر اساس جدولِ ساده سوئیچینگ خود، برچسب قدیمی را برداشته و برچسب جدیدی روی آن می‌چسبانند (Label Swapping) و بسته را به سرعت به روتر بعدی هدایت می‌کنند. به این مسیر از پیش تعیین شده، LSP یا Label Switched Path گفته می‌شود.

خروج از شبکه (Egress Edge Router): در نهایت وقتی بسته به آخرین روتر شبکه MPLS می‌رسد، برچسب از روی بسته برداشته می‌شود (Penultimate Hop Popping یا به اختصار PHP) و بسته بدون برچسب به شبکه مقصد تحویل داده می‌شود.

مزایای استفاده از MPLS

استفاده از پروتکل MPLS به جای مسیریابی سنتی، مزایای فنی و اقتصادی فراوانی برای سازمان‌های بزرگ و اپراتورهای شبکه به همراه دارد:

کاهش چشمگیر تأخیر و بار پردازشی (Latency & CPU Load): سوئیچینگ برچسب نسبت به مسیریابی IP به پردازش بسیار کمتری نیاز دارد. این موضوع تاخیر ارسال بسته در طول شبکه (Latency) را به حداقل می‌رساند و کارایی تجهیزات را بالا می‌برد.

تضمین کیفیت سرویس (QoS / CoS): در MPLS می‌توان بسته‌ها را کلاس‌بندی کرد. برای مثال، ترافیک‌های حساس به زمان مانند صوت (VoIP) و ویدیو با اولویت بالا نشانه‌گذاری می‌شوند تا در مسیرهای خلوت‌تر حرکت کنند و دچار قطعی یا نویز نشوند، در حالی که ترافیک‌های عادی مانند ایمیل با اولویت پایین‌تر ارسال می‌شوند.

مهندسی ترافیک پیشرفته (Traffic Engineering): در مسیریابی سنتی، داده‌ها همیشه از کوتاه‌ترین مسیر عبور می‌کنند که این کار موجب شلوغی یک لینک و بلااستفاده ماندن لینک‌های دیگر می‌شود. MPLS به مدیران شبکه اجازه می‌دهد مسیرهای دلخواه (LSP) ایجاد کنند تا بار ترافیکی به صورت متوازن بین تمامی لینک‌های شبکه تقسیم شود.

ایجاد شبکه‌های خصوصی مجزا (MPLS VPN): با استفاده از MPLS، اپراتورها می‌توانند برای مشتریان خود شبکه‌های خصوصی مجازی در لایه ۲ یا لایه ۳ (L2VPN / L3VPN) ایجاد کنند. این کار به سازمان‌ها اجازه می‌دهد بدون نیاز به کابل‌کشی‌های اختصاصی گران‌قیمت، شعب مختلف خود را در سراسر کشور یا دنیا با حفظ محرمانگی کامل به هم متصل کنند.

پایداری بالا با قابلیت عبور سریع از خطا (Fast Reroute): در شبکه‌های حساس، قطعی یک لینک می‌تواند خسارت مالی وارد کند. ویژگی Fast Reroute در MPLS این امکان را فراهم می‌آورد که در صورت قطع شدن یک مسیر، ترافیک شبکه در کمتر از ۵۰ میلی‌ثانیه به طور خودکار به مسیر پشتیبان منتقل شود، بدون اینکه کاربران متوجه این اختلال شوند.

آیا MPLS هنوز کاربرد دارد؟

با رشد فناوری‌های نوینی مانند SD-WAN (شبکه‌های گسترده نرم‌افزار محور)، بسیاری تصور می‌کنند که دوران استفاده از MPLS به سر آمده است. با این حال، حقیقت متفاوت است.

اگرچه SD-WAN هزینه‌های پهنای باند را با استفاده از اینترنت عمومی (مانند کابل، DSL و فیبرهای تجاری ارزان‌تر) کاهش می‌دهد، اما فاقد تضمین کیفیت سرویس فیزیکی (QoS) و ضمانت تأخیر ثابت (SLA) است که MPLS ارائه می‌دهد. در بستر اینترنت عمومی، پکت‌لاست (Packet Loss) و نوسان تأخیر (Jitter) همواره وجود دارد.

امروزه سازمان‌های حساس نظیر بانک‌ها، موسسات دولتی و سیستم‌های پرداخت ترجیح می‌دهند از معماری ترکیبی (Hybrid WAN) استفاده کنند. در این مدل، داده‌های حیاتی و حساس به تأخیر (مانند تراکنش‌های بانکی یا ارتباطات صوتی زنده) روی بستر ایمن و تضمین‌شده MPLS باقی می‌مانند و داده‌های غیرحساس و عمومی‌تر (مانند وب‌گردی کارکنان یا آپدیت نرم‌افزارها) از طریق کانال‌های SD-WAN منتقل می‌شوند. بنابراین، MPLS همچنان به عنوان هسته محکم و قابل‌اعتماد شبکه‌های بزرگ کاربرد وسیعی دارد.

جمع بندی

در این مقاله به این موضوع پرداختیم که MPLS چیست و چگونه با بهره‌گیری از مکانیزم سوئیچینگ برچسب به جای مسیریابی سنتی IP، کیفیت، سرعت و انعطاف‌پذیری ارتباطات سازمانی را ارتقا می‌دهد. اگرچه بازار شبکه‌های کامپیوتری به سمت مدل‌های نرم‌افزار‌محور در حال حرکت است، اما ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد پروتکل MPLS مانند مهندسی ترافیک، بازیابی سریع خطا و تضمین کیفیت سرویس (SLA)، تضمین می‌کند که فناوری MPLS در شبکه برای سال‌های آینده نیز به عنوان یکی از ستون‌های کلیدی ارتباطاتِ باکیفیت باقی بماند.

سوالات متداول