MPLS

Entstehung und Beteiligte

MPLS entstand in den 1990er-Jahren aus herstellerspezifischen Label-Switching-Ideen wie Ciscos Tag Switching. Die IETF bündelte diese Ansätze; RFC 3031 definierte 2001 die Architektur.

Welches Problem sollte gelöst werden?

Router sollten Verkehrswege, VPNs und Qualitätsklassen kontrollierter behandeln können, ohne an jedem Hop nur den kompletten IP-Header auszuwerten. Provider benötigten skalierbare Kundentrennung und Traffic Engineering.

Technische Hürden und Lösungen

Labels müssen verteilt, gestapelt und an Netzgrenzen korrekt entfernt werden. MPLS besitzt keine eingebaute Verschlüsselung. Steuerung über LDP, RSVP-TE oder BGP und die Kopplung an IGP-Routing machen Fehlersuche komplex.

Standardisierung und Einordnung

Routingverfahren beantworten die Frage, über welchen nächsten Knoten ein Paket sein Ziel erreicht. Ihre Entwicklung ist eng mit dem Wachstum des Internets und großer Unternehmensnetze verbunden. Die schwierigsten Probleme sind Schleifen, langsame Konvergenz, unvollständige Informationen und die Skalierung großer Tabellen. Kein Algorithmus kennt das gesamte reale Netz in Echtzeit; Router arbeiten mit ausgetauschten Zuständen, Regeln und Metriken.

Technik im praktischen Betrieb

Im Betrieb müssen Steuerungsebene und tatsächliche Weiterleitung getrennt geprüft werden. Eine Route kann im Protokoll gelernt, durch eine Richtlinie verworfen oder wegen eines anderen Präfixes nie verwendet werden. Nach Änderungen sind Nachbarschaft, Datenbank, Routingtabelle, Forwarding-Tabelle und Rückweg zu kontrollieren. Schnelle Konvergenz ist nicht automatisch stabil: zu aggressive Timer können kurze Lastspitzen als Leitungsfehler interpretieren. Zusammenfassungen und Filter reduzieren Größe, können aber Detailinformation verbergen.

Warum das Thema heute noch relevant ist

Die Relevanz dieser Verfahren wächst mit der Abhängigkeit von Netzen. Schon eine kleine fehlerhafte Ankündigung kann heute Rechenzentren, Cloudregionen oder Teile des Internets betreffen. Historisch gewachsene Vertrauensmodelle werden deshalb durch Filter, Authentifizierung, RPKI, Telemetrie und Automatisierung ergänzt. Trotzdem bleibt menschliche Kontrolle notwendig: Ein formal gültiger Weg kann geschäftlich oder sicherheitstechnisch falsch sein, und ein schneller Ersatzpfad kann andere Leitungen überlasten.

Daten und Meilensteine

• 2001: RFC 3031 definiert MPLS.
• Labels besitzen 20 Bit.
• Ein Label Stack ermöglicht verschachtelte Dienste.
• MPLS VPN bedeutet logische Trennung, nicht automatisch Verschlüsselung.

Was ist MPLS?

Multiprotocol Label Switching (MPLS) ist eine Weiterleitungstechnik, die zwischen Layer 2 (Ethernet) und Layer 3 (IP) arbeitet — weshalb es manchmal als "Layer 2.5" bezeichnet wird. Statt bei jedem Hop die komplette IP-Routing-Tabelle nachzuschlagen, werden Pakete am Netz-Eingang mit einem kurzen 20-Bit-Label versehen. Alle folgenden Router switchen rein anhand dieses Labels — extrem schnell.

MPLS wurde ursprünglich entwickelt, um IP-Routing so schnell wie ATM-Switching zu machen. Heute ist der Geschwindigkeitsvorteil weniger relevant (ASIC-basiertes IP-Lookup ist heute ebenfalls sehr schnell), aber MPLS wird weiterhin für Traffic Engineering und VPNs in Provider-Netzen genutzt.

Label-Operationen und Komponenten

Das MPLS-Netz besteht aus drei Knotentypen und drei Label-Operationen:

• LER (Label Edge Router): Eingangs-/Ausgangs-Router. Ingress-LER pusht ein Label, Egress-LER poppt es.
• LSR (Label Switching Router): Transit-Router, tauscht Label (Swap) und leitet weiter.
• Push: Neues Label auf den Stack legen (Eingang ins MPLS-Netz)
• Swap: Bestehendes Label durch neues ersetzen (Transit)
• Pop: Label entfernen (Ausgang aus MPLS, auch "PHP" — Penultimate Hop Popping)
• Label-Stack: Mehrere Labels möglich (z.B. Outer = Transport, Inner = VPN-Service)

MPLS-VPN (L3VPN)

Die wichtigste Anwendung von MPLS heute ist L3VPN (RFC 4364). Internet-Provider bieten damit Unternehmenskunden private, isolierte Netzwerke — ohne dedizierte Leitungen. Der Provider-Backbone wird geteilt, aber jeder Kunde hat seine eigene virtuelle Routing-Instanz (VRF).

Zwei Label-Ebenen: Das äußere Label (Transport/LDP) leitet das Paket zum richtigen Egress-PE-Router. Das innere Label (VPN-Label) sagt dem PE, in welches Kunden-VRF das Paket gehört. BGP verteilt die Kunden-Routen zwischen den PE-Routern (MP-BGP mit VPNv4-Address-Family).

Traffic Engineering und Segment Routing

MPLS-TE (Traffic Engineering) mit RSVP-TE erlaubt es, Pakete explizit über vorgegebene Pfade zu leiten — unabhängig vom kürzesten IGP-Pfad. Bandbreite kann reserviert werden. Nützlich für QoS und Lastverteilung.

Segment Routing (SR-MPLS, SRv6) ist der moderne Nachfolger: Statt komplexer RSVP-Signalisierung wird der Pfad direkt im Paket-Header kodiert (Source Routing). Segment Routing ist einfacher zu betreiben und bildet die Basis für SD-WAN und moderne Service-Provider-Netze.