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MPLSとは
MPLS (Multiprotocol Label Switching) とは、ルータやスイッチ間のデータ転送を効率化するために開発されたネットワーク技術です。IPベースの転送方法に加え、MPLSは「ラベル」を使用することで、データパケットのルーティングをより迅速に行うことができる仕組みです。
MPLSの主な特徴と仕組み
- ラベルスイッチング:
- 通常のIPネットワークでは、各ルータはパケットを次にどこへ送るべきかを、パケットのIPヘッダを解析して決定しますが、これは処理負荷が大きくなります。MPLSでは、各パケットにラベル（固定長の識別子）が付与され、ルータはこのラベルを基に迅速にパケットを転送します。
- このラベルは、パケットが通過するネットワーク内のルータ（Label Switch Router, LSR）間で確認され、ラベルに基づいた経路決定が行われます。したがって、IPヘッダの複雑な解析を行う必要がなくなります。
- トラフィックエンジニアリング:
- MPLSはトラフィックエンジニアリング（Traffic Engineering, TE）を実現するための優れた手段を提供します。トラフィックエンジニアリングは、ネットワーク上のトラフィックを効率的に管理し、帯域幅の利用を最適化するための技術です。MPLSは、特定の経路を選択することで、混雑の少ない経路を利用したり、サービス品質（Quality of Service, QoS）を向上させたりすることが可能です。
- レイヤー2とレイヤー3の統合:
- MPLSはレイヤー2（データリンク層）とレイヤー3（ネットワーク層）の技術を組み合わせたハイブリッドなプロトコルといえます。これにより、異なるレイヤーのネットワーク上でもシームレスな通信を実現でき、Ethernet、Frame Relay、ATMといった異なるタイプのネットワークでも利用可能です。
- VPN構築に強い:
- MPLSは、MPLSベースのVPN（Virtual Private Network）を構築するための基盤技術として広く利用されています。特に、MPLS L3VPN（Layer 3 VPN）は、企業の拠点間ネットワークを安全かつ効率的に接続する方法として普及しています。これにより、インターネットや専用線に依存せず、高速かつセキュアな仮想プライベートネットワークを構築できます。
- QoS (Quality of Service):
- MPLSは、サービス品質（QoS）の管理に優れており、特定のトラフィック（音声通話やビデオストリーミングなど）に優先順位を与えて帯域を確保することができます。これにより、重要な通信が混雑している際にも遅延が少なく済むように制御できます。
MPLSの構成要素
| 要素 | 内容 |
|---|---|
| Label Edge Router (LER) | MPLSネットワークへの入口と出口を担当するルータです。LERはネットワークの境界に配置され、MPLSラベルを付与したり、MPLSネットワークを出る際にラベルを剥がしたりする役割を持ちます。 |
| Label Switch Router (LSR) | MPLSネットワーク内でパケットを転送する中間のルータです。LSRはラベルに基づいてパケットを転送し、次の転送先に適した新しいラベルに付け替える（スワップする）役割を担います。 |
| Label Distribution Protocol (LDP) | MPLSネットワーク内のルータ間でラベル情報をやり取りするためのプロトコルです。LDPを用いて、隣接するルータ同士がラベルを交換し、ラベルベースのパス（Label Switched Path, LSP）を確立します。 |
| Label-Switched Path (LSP) | MPLSネットワーク内でパケットが通過する決められた経路です。LSPは、パケットがネットワークを通過する際に使用する一連のLSR間の経路を意味します。 |
| Forwarding Equivalence Class (FEC) | MPLSネットワーク内で同一の転送処理が施されるパケットのグループです。異なるパケットでも、同じFECに属する場合は同一のLSPを通過することになります。 |
MPLSの動作の流れ
- パケットにラベルを付与: 最初にデータパケットがネットワークに入る際（例えば、企業のローカルネットワークからインターネットに向かうとき）、最初のラベル付与ルータ（Label Edge Router, LER）でパケットにラベルが付与されます。
- ラベルスイッチング: MPLSネットワーク内では、各ラベルスイッチルータ（LSR）がラベルを基に次の転送先を決定し、パケットを送信します。各ルータは新しいラベルに付け替えながらパケットを転送します。
- ラベルの削除: 最後にパケットがMPLSネットワークを抜ける際に、ラベルが削除され、通常のIPパケットとして送信先に届けられます。
MPLSのメリット
- 高速な転送: パケットの転送がラベルベースで行われるため、従来のIPルーティングよりも高速です。
- 柔軟な経路選択: トラフィックエンジニアリングにより、特定の経路を優先してトラフィックを流すことができ、ネットワークの効率化に寄与します。
- スケーラビリティ: VPN構築や異なるネットワークの統合が簡単で、大規模なネットワークにも適しています。
ラベルスタックとは
ラベルスタック は、MPLSネットワーク内で複数のラベルがパケットに積み重ねられる仕組みです。通常は1つのラベルしか使用しないこともありますが、特定のシナリオでは、パケットに複数のラベルを重ねて（スタックして）転送する必要があります。各ラベルは異なる目的を持っており、転送パスの途中で1つずつラベルを外していきます。
ラベルスタックの用途
ラベルスタックは、以下のようなシナリオでよく使用されます。
a. VPNのルーティング
MPLS VPNでは、顧客のトラフィックがプロバイダーのMPLSバックボーンを通過する際に、通常2つのラベルが使用されます。これにより、異なるVPNに属するトラフィックを適切に転送します。
- 最上位ラベル（Top Label）: パケットをMPLSバックボーン内の目的のPE（Provider Edge）ルーターに送るために使用されるラベル。
- 下位ラベル（Bottom Label）: PEルーターでVPNルーティングを行い、適切なVRF（Virtual Routing and Forwarding）インスタンスにパケットをルーティングするために使用されます。
b. トラフィックエンジニアリング（RSVP-TE）
RSVP-TEを使用するトラフィックエンジニアリングでは、トラフィックが特定のパスを通るように複数のラベルを使用することがあります。この場合、特定のホップごとに異なるラベルを使ってパケットを転送し、パスを制御します。
c. ネストされたLSP
あるLSP（ラベルスイッチパス）が、別のLSPの中に含まれているシナリオで、ラベルスタックが使われます。この場合、最上位のラベルが外されると、次に中のLSPに対応するラベルが使用されます。
ラベルスタックの動作
ラベルスタックの各レイヤーは、以下のように動作します。
- Push（プッシュ）: 新しいラベルを既存のラベルの上に追加します。これは、パケットが新しいLSPに入るときに使用されます。
- Pop（ポップ）: 一番上のラベルを削除します。最終ホップの手前でラベルをポップすることを「PHP（Penultimate Hop Popping）」と呼びます。これにより、最終的な宛先ではラベルを処理せずにIPベースでの転送が可能になります。
- Swap（スワップ）: パケットに付加されたラベルを別のラベルに交換します。通常、LSR間ではラベルのスワッピングが行われます。