สรุปเนื้อหาจากหนังสือ Segment Routing for Service Provider and Enterprise Networks บทที่ 1
MPLS คือเทคโนโลยีเบื้องหลังระบบเครือข่ายของผู้ให้บริการทั่วโลก และยังเป็นรากฐานของการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่อย่าง Segment Routing (SR) ถ้าเข้าใจ MPLS ได้ คุณจะเข้าใจโครงสร้างของเครือข่ายระดับ Service Provider ทั้งหมด
1) MPLS คืออะไร?
MPLS (Multiprotocol Label Switching) คือเทคโนโลยีที่อยู่กึ่งกลางระหว่าง Layer 2 และ Layer 3 ของ OSI Model หน้าที่หลักของมันคือ “เร่งการส่งต่อข้อมูล” ด้วยการใช้ Label (ป้ายกำกับ) แทนการค้นหา IP เดิมในแต่ละ Hop
เมื่อแพ็กเก็ตเข้าสู่เครือข่าย MPLS มันจะถูก “ใส่ Label” เพื่อระบุเส้นทางที่ต้องไปข้างหน้า Router แต่ละตัวจึงไม่ต้องตรวจสอบ IP Address อีก เพียงดู Label แล้วส่งต่อ (Switch) ไปยังปลายทางได้ทันที
ผลลัพธ์คือ: เครือข่ายเร็วขึ้น, ใช้ทรัพยากรน้อยลง, และสามารถสร้างบริการ VPN, QoS, หรือ Traffic Engineering ได้บนโครงสร้างเดียวกัน
2) องค์ประกอบของระบบ MPLS
| ประเภท | หน้าที่หลัก | ||
|---|---|---|---|
| P Router (Provider/Core) |
| ||
| PE Router (Provider Edge) | เป็นจุดเชื่อมระหว่างเครือข่ายของลูกค้ากับระบบ MPLS ทำหน้าที่ push หรือ pop label ให้กับแพ็กเก็ตที่เข้าออกจากเครือข่าย | ||
| RR (Route Reflector) | ทำหน้าที่กระจายข้อมูลเส้นทาง (BGP Route Distribution) ให้กับ PE หลายตัว เพื่อลดความซับซ้อนจากการทำ BGP Full Mesh | ||
| CE Router (Customer Edge) |
|
โดยทั่วไป P Router จะไม่รู้ข้อมูล Routing ของลูกค้า (เรียกว่า BGP-free core) ส่วน PE Router จะเป็นจุดที่เชื่อมระหว่าง “โลกของลูกค้า” และ “โลกของ MPLS”
3) โครงสร้างของ Label MPLS
Label MPLS มีความยาว 32 บิต และวางอยู่ระหว่าง Layer 2 กับ Layer 3 Header
| Field | ขนาด | หน้าที่ |
|---|---|---|
| Label | 20 bits | รหัสหลักระบุเส้นทาง |
| EXP | 3 bits | ใช้ทำ QoS |
| BoS | 1 bit | ระบุว่าป้ายนี้เป็นอันสุดท้ายหรือไม่ |
| TTL | 8 bits | ป้องกัน loop ของแพ็กเก็ต |
แพ็กเก็ตหนึ่งอาจมีหลาย Label ซ้อนกัน (เรียกว่า Label Stack) เช่น Label สำหรับ Transport ชั้นนอก และ Label สำหรับ Service ชั้นใน
4) วิธีการทำงานของ MPLS
ทุกอุปกรณ์ในระบบ MPLS จะประมวลผลแพ็กเก็ตผ่าน 3 ขั้นตอนหลัก ได้แก่:
- PUSH – Ingress PE จะ “แปะ” label ลงบนแพ็กเก็ต เพื่อระบุเส้นทางที่ต้องไปต่อ
- SWAP – P Router ระหว่างทางจะเปลี่ยน label เดิมเป็น label ใหม่ เพื่อชี้เส้นทาง hop ถัดไป
- POP – Egress PE จะ “ถอด” label ออกจากแพ็กเก็ต ก่อนส่งออกไปยังปลายทางจริง
ตัวอย่างการเดินทางของแพ็กเก็ตใน MPLS network:
Client → PE1 (PUSH) → P1 (SWAP) → P2 (SWAP) → PE2 (POP) → Destination
จะเห็นว่า router แต่ละตัวไม่จำเป็นต้องสนใจ IP ของปลายทางอีกต่อไป เพียงแค่อ่าน label แล้วส่งต่อไปตามเส้นทางที่ถูกกำหนดไว้ล่วงหน้า เส้นทางแบบนี้เรียกว่า LSP (Label Switched Path)
5) การแจกจ่าย Label ด้วย LDP
การแจก Label ระหว่าง Router ทำผ่าน LDP (Label Distribution Protocol) ทำงานบน TCP/UDP พอร์ต 646 เพื่อให้ Router ทุกตัวรู้ว่า “Prefix ไหนใช้ Label อะไร”
LDP มี 2 โหมด:
- Unsolicited Downstream: เพื่อนส่ง Label มาให้ล่วงหน้า
- Downstream on Demand: ขอ Label เมื่อจำเป็น
ตัวอย่าง: PE2 สร้าง Label 3 สำหรับ Prefix 10.0.10.1/32 → ส่งให้ P2 → P1 → PE1 กลายเป็น LSP ที่ต่อเนื่องตลอดเส้นทาง
6) บริการที่สร้างได้บน MPLS
MPLS ไม่ได้มีดีแค่ช่วยส่งต่อข้อมูลเร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังเป็นพื้นฐานของบริการเครือข่ายเสมือน (VPN Services) หลากหลายรูปแบบที่ผู้ให้บริการใช้งานจริง เช่น:
| ประเภทบริการ | รายละเอียด |
|---|---|
| L3VPN (RFC 2547) | แยกตาราง Routing ของลูกค้าแต่ละรายด้วย VRF (Virtual Routing and Forwarding) |
| L2VPN (RFC 4664) | เชื่อมหลายไซต์ของลูกค้าเข้าด้วยกัน เหมือนอยู่ใน LAN เดียวกันผ่าน MPLS Backbone |
| mVPN (RFC 6513) | รองรับการส่งข้อมูลแบบ Multicast ผ่านเครือข่าย MPLS |
VRF (Virtual Routing and Forwarding) คือกลไกสำคัญที่ทำให้ลูกค้าหลายรายสามารถใช้ IP ซ้ำกันได้โดยไม่ชนกัน เพราะแต่ละ VRF มี Routing Table แยกของตัวเอง
7) การป้องกันความเสียหายและเส้นทางสำรอง
อีกหนึ่งจุดเด่นของ MPLS คือการรองรับกลไก Fast Reroute (FRR) ซึ่งสามารถสลับเส้นทางใหม่ได้ภายในเวลาไม่ถึง 50 มิลลิวินาที โดยใช้เทคนิค Loop-Free Alternate (LFA) เพื่อป้องกันไม่ให้ทราฟฟิกหยุดชะงักเมื่อเกิดลิงก์หรืออุปกรณ์เสีย
ระบบนี้ถูกออกแบบมาสำหรับงานที่ต้องการความต่อเนื่องสูง เช่น การให้บริการเสียง (VoIP) หรือวิดีโอ (Video Streaming) ซึ่งความล่าช้าเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีอาจทำให้คุณภาพของบริการลดลงได้
8) ข้อจำกัดของ MPLS
แม้ว่า MPLS จะเป็นเทคโนโลยีที่แข็งแกร่งและใช้มานานหลายปี แต่ก็มีข้อจำกัดบางอย่างที่เริ่มเห็นชัดในเครือข่ายยุคใหม่ขนาดใหญ่:
| ปัญหา | ผลกระทบ |
|---|---|
| Label Space จำกัด (~1 ล้าน) | ไม่เพียงพอสำหรับเครือข่ายขนาดใหญ่มาก |
| การเชื่อมต่อข้าม AS (Inter-AS) | ต้องใช้ BGP-LU หรือ Inter-AS Option A/B/C ซึ่งมีความซับซ้อนสูง |
| RSVP-TE มี State เยอะ | ทำให้การขยายระบบ (scaling) ทำได้ยาก และต้องบริหารจัดการมาก |
| LDP/IGP Sync | หาก LDP ยังไม่พร้อม ข้อมูลอาจสูญหายระหว่างการเปลี่ยนเส้นทาง |
| Load Balancing | การทำ hash จาก Label อาจไม่กระจายเท่ากัน ทำให้ทราฟฟิกบางเส้นทางหนาแน่น |
ข้อจำกัดเหล่านี้คือหนึ่งในเหตุผลสำคัญที่ผลักดันให้เกิดเทคโนโลยีใหม่อย่าง Segment Routing (SR) ซึ่งออกแบบมาเพื่อลดความซับซ้อนของ MPLS และเพิ่มความสามารถในการขยายระบบในอนาคต
9) จาก MPLS สู่ยุคใหม่: Segment Routing
เพื่อแก้ข้อจำกัดเหล่านี้ จึงเกิดเทคโนโลยีใหม่ชื่อว่า Segment Routing (SR) ซึ่งใช้แนวคิด Source Routing — ให้ Router ต้นทางกำหนดเส้นทางล่วงหน้าในแพ็กเก็ตเลย ไม่ต้องใช้ LDP หรือ RSVP อีกต่อไป
Segment Routing มี 2 รูปแบบหลัก:
- SR-MPLS – ใช้ Label เหมือนเดิม แต่แทนที่การแจกด้วย LDP ด้วย IGP-SID
- SRv6 – ใช้ IPv6 Address แทน Label ทั้งหมด
ข้อดีของ SR:
- ขยายได้ง่ายกว่า (Scalable)
- ลดการ signaling
- ควบคุมเส้นทางได้ละเอียดกว่า
- พร้อมสำหรับเครือข่ายยุค Cloud และ Data Center
สรุปภาพรวม
| หัวข้อ | สาระสำคัญ |
|---|---|
| MPLS คือ | การส่งต่อข้อมูลด้วย Label แทนการ Lookup IP |
| ข้อดี | เร็ว, แยกลูกค้าได้, รองรับ QoS/TE |
| องค์ประกอบหลัก | PE, P, CE, RR |
| ปัญหา | ขยายยาก, Label จำกัด, ระบบซับซ้อน |
| วิวัฒนาการถัดไป | Segment Routing (SR-MPLS และ SRv6) |
บทส่งท้าย
MPLS เปรียบเหมือน “สะพานเชื่อมระหว่างยุค Routing แบบเดิมกับยุคอัตโนมัติ” มันเป็นรากฐานที่ช่วยให้เครือข่ายสามารถให้บริการที่หลากหลายได้อย่างเสถียรและรวดเร็ว แต่เมื่อความต้องการของระบบโตขึ้นอย่างไม่มีที่สิ้นสุด แนวคิดที่เรียบง่ายกว่าแต่ยืดหยุ่นกว่าก็เกิดขึ้น — นั่นคือ Segment Routing
ในบทต่อไปของซีรีส์นี้: SR-MPLS – วิวัฒนาการจาก MPLS สู่เครือข่ายที่ฉลาดกว่า
ซึ่งจะเห็นภาพว่า SR ช่วยลดความซับซ้อนของ MPLS ได้อย่างไร และเปิดทางสู่ Traffic Engineering แบบใหม่ที่ไม่มี LDP/RSVP อีกต่อไป 🚀
