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Struttura fisica delle reti geografiche
La struttura delle telecomunicazione può essere rappresentata con un diagramma a cipolla. A partire dall'interno:
-WDW (wide length mux). Per ciascuna fibra ottica ci sono più segnali su lunghezze d'onda (frequenza) diverse. Esistono dei metodi per mettere IP su DWDM, grazie all'estrazione/immissione dei canali. E' difficile però perché la commutazione è troppo rapida e per questo si fanno principalmente canali punto a punto.
-SONET/SDH. Viene fatto il time divisioning mux su ogni canale WDW.
-ATM oppure Frame Relay.
-IP.
Questa struttura è troppo complessa, in quanto ci sono troppe tecnologie e quindi risulta essere molto costosa da mantenere.

MPLS
Per cercare di risolvere i problemi portati dalla struttura a cipolla prevede di inserire sopra allo switching in frequenza una struttura basata su IP/MPLS. In questo modo si possono risolvere molti problemi di costi.
In più IP ha il problema della convergenza delle ruote verso un'unica zona della rete verso la stessa destinazione, anche se si parte da mittenti diversi. Questo porta a un sovraccarico di alcune aree della rete.
L'idea su cui si basa MPLS è quella di instradare i pacchetti IP in base ad un label, che rappresenta il nome di un circuito virtuale (commutazione di circuito).
La commutazione di circuito risulta essere molto più veloce della commutazione di pacchetto basata sul longest prefix match dell'IP (può essere gestita in hardware).
Grazie alla commutazione di circuito è anche possibile instradare il pacchetto secondo la politica preferita, in quanto è possibile imporre il percorso.
Per realizzare questa tecnologia sono necessari diversi dispositivi:
-LSR (Label switch router) non hanno collegamenti con dispositivi esterni alla rete MPLS. Essi hanno una tabella (per ogni porta) che indica l'instradamento (data una label x su una porta x1, viene indicato la porta x2 dove smistare il pacchetto e la nuova label y).
-Label edge router, che hanno lo scopo di aggiungere/togliere le label ai pacchetti IP entranti in base a una tabella (per una destinazione d devo mettere una label x).
-Label switched Path (LSP) sono i percorsi virtuali (tunnel) che partono dall'Ingress router verso l'Egress router.
Esistono diverse versioni:
-MPlambaS permette di mettere label in grado di instradare i pacchetti su percorsi a commutazione d'onda.
-G-MPLS permette il packet/cell/circuit/lambda switching. Queste funzionalità aggiuntive sono realizzate configurando i commutatori manualmente.

Funzionalità MPLS
Le principali funzionalità di MPLS sono:
-possibilità di gestire flussi a differenti livelli di granularità (a livello di macchina/sottoreti o di applicazione). Questo significa che si possono prendere percorsi diversi a seconda del tipo di pacchetto (WEB/VOIP) oppure a seconda della destinazione.
-indipendenza dal livello 2/3. Anche se normalmente è usato con IP.
-si interfaccia con protocolli esistenti (RSVP e OSPF).
-è impacchettabile in altri pacchetti MPLS, in modo da garantire circuiti virtuali tra operatori differenti.
-se si usa ATM o frame relay in coppia con MPLS il label è derivato dall'ATM o dal Frame Relay.

Pacchetti MPLS
Ogni pacchetto è formato da:
-20bit di label.
-3bit di classe del servizio (priorità).
-1bit flag indica se è l'ultima intestazione MPLS.
-8 bit TTL indica il time to live.

Funzioni dei router
Le funzioni possibili sono:
-PUSH aggiunge un label (ingress router).
-POP elimina il label più esterna (egress router).
-SWAP cambia un label con un'altra (switch).

FEC (forwarding equivalence class)
I criteri per scegliere un LSP o un altro sono basati sulla scelta della classe. I possibili criteri per attribuire una classe:
-stessa destinazione unicast.
-stessa destinazione multicast.
-ottimizzazione di alcune tipologie di pacchetti (traffic engineering).
-qualità del servizio o classe di servizio (VoIP/Web).
-stesso tunnel VPN.
Il LSP è scelto in base alla label scelta dall'ingress router.
La costruzione delle tabelle è data da messaggi inviati dai router che si trovano più vicini alla destinazione, anche se è possibile stabilire i label staticamente (non scalabile, difficile da implementare, non interoperabile).

Protocolli alternativi e potenzialità di MPLS
Esistono diversi protocolli per mappare le label:
-LDP permette di convertire IP unicast su labels.
-SRVP e CR-LDP permettono di ottimizzare il traffic engineering.
-PIM permette di mappare indirizzi IP multicast su labels.
-BGP è utile per le VPN.
I protocolli di routing utilizzati possono essere:
-OSPF.
-IS-IS adattatabile ad esigenze specifiche.
-BGP-4.
-RIP non è più usato a causa di problemi.
-IGRP è un protocollo di proprietà di CISCO.
-versioni dei protocolli precedenti con in aggiunta della desinenza TE (traffic engineering)
Grazie all'MPLS, è anche possibile definire percorsi alternativi in base a dei vincoli (in modo da usare percorsi alternativi senza avere link e router in comune, in modo da garantire il funzionamento anche in casi estremi). Queste informazioni aggiuntive possono essere:
-capacità del canale.
-utilizzo del canale.
-dipendenze dei link.

MPLS e VPN
Grazie a MPLS è possibile effettuare collegamenti virtuali punto a punto di livello 2 (PWE3).  E' anche possibile creare collegamenti virtuali di tipo peer.
Pseudo wire emulation end to end (PWE3) prevede che diversi dispositivi customer edge (CE)  si colleghino a degli edge router. I vari edge router sono collegati attraverso LSP virtuali tra di loro. I vari LSP sono contrassegnati con gruppi di label differenti. In partenza ad ogni pacchetto IP vengono assegnati due label:
-quello più esterno serve per l'instradamento nella rete MPLS (verrà modificato da ogni erge router che incontra).
-quello più interno permette di capire ad ogni edge router verso quale CE inoltrare i pacchetti.
Questo tipo di collegamenti virtuali sono principalmente gestiti in modo manuale (ci sono dei tool che permettono la semplificazione di questa procedura).
Nel modello peer, invece, è possibile associare reti private tra di loro (ci può essere sovrapposizione parziale degli spazi di indirizzamento). Gli edge router usano una VPN routing and forwarding table (VRF), che associa per ogni rete privata dove si trovano gli indirizzi privati relativi. Per costruire queste tabelle l'edge router guarda i label switch path virtuali che ci sono aperti tra le varie reti. Per comunicare tra loro i vari router usano il BGP, che permette la comunicazione a router non collegati direttamente. Anche in questo caso gli edge router inseriscono due label MPLS (uno per individuare la VPN e l'altro per il percorso). Grazie a questo meccanismo non sono necessari altri dispositivi (VPN gateway, …).
E' possibile anche avere VPN che usano edge router virtuali.

Vantaggi delle VPN basate su MPLS
Usare MPLS porta numerosi vantaggi:
-l'utente ha libertà di scegliere il proprio piano di indirizzamento (a meno che in futuro non si voglia collegare la VPN a internet o ad altre VPN).
-i router CE non scambiano informazioni addizionali (se non quelle che sarebbero necessarie se i router fossero collegati direttamente) tra di loro.
-l'utente non deve gestire la rete MPLS (provider provisioned).
-i provider non devono avere apparecchi specifici per ogni utente.
-le VPN possono estendersi su più provider (se essi si mettono d'accordo sui collegamenti MPLS).
-isolamento del traffico, ma non si ha la cifratura su MPLS (anche se si possono trasmettere pacchetti cifrati di più alto livello).
-è supportata la qualità del servizio (anche se in realtà è poco usata).