MPLS

• MPLS는 기존 IP 라우팅의 단점을 보완해 더 빠르고 유연한 전송 경로 선택을 가능하게 하는 방식이다.
• 기존의 IP 네트워크는 패킷 전송 시 목적지 IP 주소에 대한 최장 접두어 매칭(longest prefix match)을 통해 다음 홉을 결정한다. 하지만 이 방식은 라우터마다 문제가 있다.
  • 복잡한 테이블 탐색 과정으로 속도가 저하된다. 또한 경로 제어가 제한돼 유연하지 못하다
  • 그래서 MPLS가 등장했다.
• MPLS의 목표
  • IP 주소 대신 고정 길이 라벨(label)을 사용하여 빠르게 포워딩
  • VC (Virtual Circuit)의 개념을 일부 도입해 라우팅 대신 라벨 기반 스위칭
  • IP 기반 패킷(IP 주소 포함)은 기존 구조와 호환 가능
• MPLS는 IP 헤더와 데이터 사이에 MPLS 라벨 헤더를 삽입함

• Label-Switched Router (LSR)는 IP 주소를 보지 않고, MPLS 라벨 값만 보고 패킷을 포워딩한다.
• 패킷이 들어오면, 해당 라벨을 참조해 어떤 인터페이스로 보낼지 결정하고 어떤 라벨로 바꿔서(next hop용) 보낼지도 정한다.
  • 이 과정을 IP 포워딩 테이블과는 별개의 ‘MPLS 포워딩 테이블’을 통해 수행한다.
• 유연성

1. 트래픽 엔지니어링 (Traffic Engineering)

• 같은 목적지 IP 주소라도, 출발지나 흐름(flow)의 특성에 따라 다른 경로로 보낼 수 있다.

• 예: 뉴욕에서 오는 트래픽은 동쪽 백본 경로로, 샌프란시스코에서 오는 트래픽은 서쪽 경로로

• IP 라우팅은 단순히 “최단 경로” 기반으로 동작하지만,

  MPLS는 라벨을 기반으로 정책 기반 경로 설정이 가능하다.

2. 장애 회복 (Fast Re-Routing)

• 특정 링크가 장애 날 경우, 사전에 계산된 예비 경로(pre-computed backup path)로

  즉시 전환할 수 있다.

• 이 기능은 IP 네트워크보다 훨씬 빠르게 복구할 수 있도록 해주며,

  고가용성(HA, High Availability) 요구가 있는 환경에 매우 유리하다.

기존 IP 라우팅 방식

• 전통적인 IP 라우팅은 오직 목적지 IP 주소만을 기반으로 경로를 선택한다.
• 즉, 어디서 오는지에 상관없이, 같은 목적지 IP 주소라면 항상 같은 경로를 사용하게 된다.

예:

• 모든 패킷이 A → D로 갈 때, 항상 A → R2 → R5 → D 경로로만 전달됨

MPLS 라우팅 방식

• MPLS에서는 경로 선택 시 라벨(label)을 사용하며, 이 라벨은 다양한 기준으로 붙여질 수 있다.
• 특히 다음과 같은 조건에 따라 서로 다른 경로를 설정할 수 있다:
  • 출발지 IP 주소
  • QoS 수준, 애플리케이션 타입, 포트 번호 등 기타 헤더 정보

예:

• A → D 패킷은 R4 → R3 → R6 → D
• B → D 패킷은 R4 → R2 → R5 → D
• → 같은 목적지라도 서로 다른 경로로 전달 가능

• MPLS 포워딩 경로를 사전에 구성해야 라벨 기반 포워딩이 가능하다.
• 이를 위해 두 가지 주요 기술이 동원된다.
  • 링크 상태 라우팅 프로토콜 확장
    • MPLS는 기존 IP 네트워크에서 사용되는 링크 상태 라우팅 프로토콜, 즉 OSPF(Open Shortest Path First) 또는 IS-IS를 기반으로 동작하지만 MPLS 경로 설정을 위해 추가적인 정보를 이들 프로토콜에 실어 전파한다.
    • 이 정보를 각 MPLS 라우터가 link-state flooding(링크 상태 광고)을 통해 공유한다.
  • RSVP-TE (Resource Reservation Protocol - Traffic Engineering) 시그널링 프로토콜
    • MPLS 네트워크에서 입구 라우터(entry LSR)는 RSVP-TE라는 시그널링 프로토콜을 사용하여 경로 설정과 자원 예약을 요청한다.
    • 동작 예시
      • Entry router (ex, R1)는 목적지 D로 가는 경로를 설정하고 싶음
      • R1은 RSVP-TE PATH 메시지를 R2 → R3 → R5 … 순서로 전파하고 각 라우터에 라벨과 경로 정보를 전달
      • 최종 목적지(D)에 도달하면, RESV 메시지가 반대 방향으로 돌아오며 각 라우터에 실제 라벨 할당 및 경로 고정 설정 수행
      • 이 과정을 통해 Label-Switched Path (LSP)가 설정된다.

• R4는 MPLS 네트워크에 처음 진입하는 entry router로, IP 목적지 주소에 따라 라벨을 새로 붙이는 역할을 한다 (label push).

  • 목적지가 A → 라벨 10 또는 8을 붙임 (인터페이스에 따라)

  • 목적지가 D → 라벨 12를 붙임

    목적지	라벨	인터페이스
    A	10	0 → R3
    A	8	1 → R2
    D	12	0 → R3

• 분기 경로 1: R4 → R3 → R1 → A

  • R4가 A로 가는 프레임에 라벨 10을 붙이고 R3으로 보냄
  • R3은 in-label 10을 보고 라벨 6으로 바꾸고(R1용) 인터페이스 1로 전송
  • R1은 라벨 6을 보고 라벨 제거(pop)하고 A로 전송
  • 결과: R4 → (10) → R3 → (6) → R1 → A

• 분기 경로 2: R4 → R3 → D

  • R4가 D로 가는 프레임에 라벨 12를 붙이고 R3으로 보냄
  • R3은 in-label 12를 보고 라벨 9로 바꾸고 인터페이스 0 (D 방향)으로 전송
  • 결과: R4 → (12) → R3 → (9) → D

• 분기 경로 3: R4 → R2 → R1 → A

  • R4가 A로 가는 프레임에 라벨 8을 붙이고 R2로 보냄
  • R2는 in-label 8을 보고 라벨 6으로 바꾸고 R1으로 전송
  • R1은 라벨 6을 보고 라벨 제거 후 A로 전달
  • 결과: R4 → (8) → R2 → (6) → R1 → A

• 라우터별 테이블

  • R4는 MPLS에 진입해 라벨 부여
  • R3, R2는 중간 라우터로서 라벨 교체
  • R1은 종단 라우터로서 라벨을 제거하고 최종 목적지로 전송