MPLS, kurz für Multiprotocol Label Switching, ist ein Verfahren zur Datenweiterleitung, bei dem Datenverkehr über vordefinierte Pfade geleitet wird. Es entstand in den 1990er-Jahren als bessere Alternative zum Netzwerk-Routing. Beim herkömmlichen IP-Protokoll führen Router an jedem Knoten eine IP-Suche durch, was zu Verzögerungen und Zeitverlusten führt. Im Gegensatz dazu verwendet MPLS die Labelvermittlung, bei der die Route des Pakets im Voraus festgelegt wird.
Im MPLS-Netzwerk führt nur der erste Router eine Suche durch. Danach lesen die Router lediglich die Header, ohne die Informationen im Datenpaket durchsuchen zu müssen, um seine IP-Adresse zu prüfen. Das spart Zeit und ermöglicht eine schnellere und effizientere Übertragung von Paketen.
Ein MPLS-Netzwerk ist ein hybrider Dienst, der zwischen Ebene 2 und 3 der OSI-Hierarchie arbeitet. Im OSI-Modell überträgt Ebene 2 (Data Link) Daten zwischen Knoten in einem WAN oder LAN. Ebene 3 (Network) leitet Datenpakete mithilfe von IP-Protokollen weiter. MPLS leitet Pakete zwar mit der Geschwindigkeit von Ebene 2 weiter, bewahrt aber die Skalierbarkeit von Ebene 3.
Siehe auch: Was ist softwaredefiniertes Networking
Wie funktioniert Netzwerk-Routing?
Wenn Informationen über das Internet gesendet werden, werden sie in kleinere Datenblöcke, sogenannte Pakete, aufgeteilt. Jedem Paket wird eine Portnummer und ein angehängter Header zugewiesen, der Informationen über die Quell- und Ziel-IP-Adresse enthält. Damit ein Paket sein endgültiges Ziel erreicht, muss es über mehrere Router weitergeleitet werden, bis es schließlich die Ziel-IP-Adresse erreicht.
Beim herkömmlichen IP-Routing enthalten Datenpakete außer der Zieladresse keine weiteren Informationen. Da diese Pakete keine Informationen über die von ihnen zu nehmende Route enthalten, sind sie für die weiteren Schritte auf die Router angewiesen.
Um daher das nächste Ziel des Pakets zu bestimmen, müssen Router mithilfe einer Routing-Tabelle unabhängig über den nächsten Halt entscheiden. Die individuellen Routing-Entscheidungen jedes Routers können jedoch Verzögerungen verursachen, wodurch sie für latenzempfindliche Anwendungen der Kommunikationstechnologie ungeeignet sind.
Wer nach einer Methode sucht, mit der Daten schneller als über Standard-IP übertragen werden können, für den ist MPLS eine gute Option.
Siehe auch: Schritte zum Aufbau eines Zero-Trust-Netzwerks
Wie funktioniert Routing in MPLS?
Um das Routing in MPLS zu verstehen, müssen wir zunächst klären, was MPLS-Labels und Router sind.
MPLS-Labels
In MPLS werden Datenpakete mit einem oder mehreren Labels versehen. Diese Labels enthalten Informationen darüber, wohin das Paket innerhalb des MPLS-Netzwerks weitergeleitet werden soll.
Ein Label-Stack besteht aus vier Teilen:
- Label: Das Label enthält Informationen darüber, wohin das Paket als Nächstes weitergeleitet werden soll.
- Experimentell (Exp): Die 3 Bits werden zur Angabe von QoS (Quality of Service) verwendet.
- Bottom-of-Stack-Flag (BoS): Ein Netzwerkpaket kann mehrere übereinander gestapelte Labels enthalten. Das BoS-Flag zeigt bei dem Wert 1 das Label am unteren Ende des Stacks an. Andernfalls ist sein Wert auf 0 gesetzt.
- Time-to-Live-Feld (TTL): Das TTL-Feld des Labels gibt die Lebensdauer der Daten oder die maximale Anzahl an Hops an, die sie durchlaufen können, bevor sie verworfen werden. Bei jedem Hop wird sein Wert um eins verringert, bis er null erreicht.
Siehe auch: Die wichtigsten Managed-Service-Provider
MPLS-Router
- Label-Edge-Router: Ein Label-Edge-Router (LER) befindet sich am Ein- und Ausgangspunkt eines MPLS-Netzwerks. Der eingangsseitige LER wird als Ingress-LSR bezeichnet, während der letzte Router als Egress-LSR bekannt ist. Der Ingress-LER weist eingehenden, nicht gelabelten Paketen Datenlabels zu, bevor er sie weiterleitet. Erreicht das Paket den Ausgangspunkt des Netzwerks, entfernt der Egress-LER das Label und ersetzt es durch eine standardmäßige IP-Adresse.
- Label-Switching-Router: Label-Switching-Router (LSR) befinden sich in der Mitte des MPLS-Netzwerks und sind für die Weiterleitung von Paketen innerhalb der MPLS-Domäne zuständig. Sobald ein LSR ein Paket empfängt, fügt er ein Label hinzu oder tauscht es aus und leitet das Paket zum nächsten Hop weiter.
- Label-Switching-Pfad: Label-Switching-Pfade (LSPs) sind vorab festgelegte Pfade, die Pakete im MPLS-Netzwerk nehmen.
Mithilfe von LSPs können wir den von Paketen genommenen Pfad vorab festlegen – anders als beim IP-Forwarding, bei dem ein Paket beliebig viele verschiedene Pfade nehmen kann.
MPLS-Routing
Nachdem wir nun einen guten Überblick über die Architektur eines MPLS-Netzwerks haben, sehen wir uns an, wie es funktioniert:
- Wenn das MPLS-Netzwerk ein Datenpaket empfängt, prüft der erste Router, der als LER- oder Ingress-Router bezeichnet wird, das Ziel und weist dem Datenpaket ein Label zu. Dieses Label bestimmt den Pfad, den das Paket nehmen wird.
- Jedes Paket kann mehr als ein Label enthalten, wobei die Labels nach dem Last-in-first-out-Prinzip gestapelt werden.
- Sobald das Paket gelabelt ist, bewegt es sich durch die LSRs oder „Transitknoten“. LSRs führen keine IP-Suche durch, sondern prüfen lediglich die Labels anhand des obersten Labels und leiten sie an den richtigen LSP weiter.
- Bei einer Suche wird bestimmt, welche Operation am Label ausgeführt werden soll – „Push“, „Swap“ oder „Pop“ – und welcher nächste Hop ausgewählt wird, an den das Paket gesendet werden muss.
- Jeder nachfolgende Router prüft einfach das Label und leitet das Paket an den nächsten Router im Knoten weiter.
- Am „Egress-Knoten“, an dem das Paket das MPLS-Netzwerk verlässt, wird das Label aus dem Datenpaket entfernt und das Paket über reguläres IP-Routing zugestellt.
Siehe auch: Die beste Software und die besten Produkte für Netzwerkvirtualisierung
Hier ist eine tabellarische Übersicht der Unterschiede zwischen IP und MPLS:
| Eigenschaften | MPLS | IP |
|---|---|---|
| Konnektivität | Bereitstellung durch einen einzelnen Netzbetreiber | Mehrere Netzbetreiber |
| Funktionsebene | Funktioniert auf Ebene 2,5 | Funktioniert auf Ebene 3 |
| Preis | Teuer | Günstig |
| Traffic Engineering | Möglich | Nicht verfügbar |
| Skalierbarkeit | Skalierbar, aber weniger als IP | Hochgradig skalierbar |
| Typ | Hardwarebasiert | Hardwareunabhängig |
Vorteile von MPLS
MPLS bietet Unternehmen zahlreiche Vorteile. Dazu gehören:
Protokollunabhängig
MPLS ist protokollunabhängig, da es mit verschiedenen Netzwerkprotokollen wie Frame Relay, Serial, Metro, Ethernet, ATM usw. arbeiten kann. Da MPLS-Router außerdem nur die an den Paketen angebrachten Labels lesen, führen sie nicht mehrere Router-Suchen durch. Dadurch wird Netzwerküberlastung verringert und die Leistung verbessert.
Unterstützt Traffic Engineering
MPLS unterstützt Traffic Engineering (TE), das Datenverkehr umleitet und Netzwerküberlastungen vermeidet. Eine Überlastung tritt auf, wenn nicht genügend Ressourcen zur Verwaltung des Netzwerkverkehrs vorhanden sind. Bei einem überlasteten Pfad leitet TE den Datenverkehr über einen weniger ausgelasteten Pfad, sodass Verzögerungen möglichst gering bleiben. Dies ist für Anwendungen mit hoher Priorität oder geschäftskritische Apps entscheidend, die das Endziel ohne Verzögerung erreichen müssen.
Verringert Ausfallzeiten
Die experimentellen Bits im MPLS-Label geben die Dienstgüte (Quality of Service, QoS) an. QoS ist eine Funktion, die den Datenverkehr priorisiert. Ein MPLS-Netzwerk kann den Datenverkehr somit priorisieren und sicherstellen, dass wichtigere Daten zuerst übertragen werden. Dies ist für Video- und Sprachkommunikation erforderlich, bei der die Latenz null betragen sollte.
Flexibilität
Bei MPLS ist der Pfad bereits vorab festgelegt. Daher ist kein großer zusätzlicher Aufwand erforderlich. Dennoch bieten MPLS-Netzwerke ein hohes Maß an Flexibilität. Mithilfe von Traffic Engineering kann der Netzwerkverkehr über weniger überlastete Pfade geleitet werden, wodurch sich Durchsatz und Kundenzufriedenheit verbessern. Im Grunde bieten MPLS-Netzwerke also das Beste aus beiden Welten.
Siehe auch: Cyberangriffe im IoT eindämmen
Welche Nachteile hat MPLS?
Sicherheit
MPLS bietet im Vergleich zu herkömmlichen Netzwerkanbietern weniger Sicherheitsfunktionen. Vor allem ist es nicht verschlüsselt, wodurch es anfälliger für Cyberangriffe ist. Nutzer können jedoch mit ihren Dienstanbietern zusammenarbeiten, um eine Verschlüsselung einzurichten und ihr Netzwerk vor Cyberkriminellen zu schützen.
Bereitstellung
Die Einrichtung dedizierter Pfade in MPLS nimmt viel Zeit in Anspruch und kann sich manchmal über mehrere Monate hinziehen, wodurch eine schnelle Skalierung für Unternehmen erschwert wird. Zudem eignen sich MPLS-Netzwerke eher für Punkt-zu-Punkt-Konnektivität und sind daher für die Cloud nicht ideal.
Hohe Bandbreitenkosten
Ein Nachteil von MPLS besteht darin, dass die Bandbreitenkosten hoch sind. Da Verbraucher zunehmend bandbreitenintensive Inhalte wie Videos nutzen, kann der hohe Preis pro Megabit ein Nachteil sein.
Siehe auch: Schritte zum Aufbau eines Zero-Trust-Netzwerks
Die Zukunft von MPLS
Obwohl die verschiedenen Vorteile von MPLS es zu einer zuverlässigen Lösung für Unternehmen machen, ist es durch die Verlagerung in die Cloud keine praktikable Option mehr. SD-WAN ist eine der vielen Alternativen zu MPLS, die Unternehmen Agilität und kostengünstige Verbindungen bietet. Das bedeutet jedoch nicht, dass MPLS tot ist – wahrscheinlicher ist, dass Unternehmen eine Kombination aus beidem einsetzen, um ihre Anforderungen an die digitale Transformation zu erfüllen.