MPLS / Multi Protocol Label Switching

■ MPLS。Multi-Protocol Label Switching。

  IPプロトコルを補完し、
  IP網でコネクション型のサービスを提供するための技術。
  IETFが2001年に標準化、RFC3031〜38が主な仕様である。

  MPLSは、IPヘッダとレイヤ2ヘッダとの間にMPLSヘッダを挿入する。
  するとバックボーン網内のルータはこのヘッダ内のラベルを参照するだけで
  高速にスイッチングできるようになる。
  最後にバックボーン網の出口ルータで、このラベルがはがされる。

  こうしてMPLSは、
  バックボーンの入り口にあるルータと出口にあるルータの間に
  専用のパスを設定し、IPプロトコルを透過させるのである。

  MPLSは、OSI参照モデルでは、レイヤ3とレイヤ2の中間に位置付けられる。
  レイヤ2プロトコルとしては、
  イーサネット、ATM、PPPなど様々なプロトコルに対応しており、
  ネットワーク層もIPに限らない。

  MPLSはもともと、中継ルータの能力不足を解決する技術である。
  MPLSを使えば、バックボーン網内のルータはもはや、
  IPヘッダを読み取る必要がないため、転送を高速化できる。
  また、経路情報を保持する必要も無くなり、ルーティング負荷も軽減する。

  しかし近年では、ルータの処理性能が向上したこともあり、
  むしろ、IP-VPNを実現する技術として注目されている。
  具体的な例としては、日本テレコムの「SOLTERIA」などがある。 

■ MPLSの特長。

  MPLSを利用する場合のメリットについてまとめる。

  (1) コネクション管理の実現。

    IP網でコネクション型のサービスを利用できる。
    高価なATMを使わなくても、ATMのようなコネクション管理機能、
    トラフィック制御機能を使える。

  (2) パス設定の自動化―運用管理の簡素化。

    MPLS機能を搭載したルータは、
    IP層の経路情報を基にして自動的にパスを決定することができる。
    ATMのようにあらかじめパスを設定する必要がない。

  (3) 経路制御の高速化。

    IPヘッダを読み取る必要がないため、転送を高速化できる。
    パケット遅延が片道数十ミリ秒まで短縮できるため、 
    IP電話などで通信品質を確保しやすい。

  (4) ルーティング負荷の軽減。

    バックボーンネットワーク内のコアルータは、
    ラベル情報だけで転送先を決定できるため、
    全世界のインターネット経路情報を持つ必要がなくなる。

  (5) VPNなどの新サービス提供。

    転送経路を決定するための外側ラベルと、
    VPN番号の識別に使う内側ラベルをスタックするなどの方法で、
    企業顧客にVPNサービスを提供できる。

■ MPLSのヘッダフォーマット。

  MPLSでは、PPP、MACなどのL2ヘッダとIPヘッダの間に、
  4バイトのMPLSヘッダ(シムヘッダ)を挿入する。
  このMPLSヘッダは、以下の4つのフィールドから構成される。

  (1) ラベル      コネクションを識別するためのもの。
                  下位層がATMの場合はVPI/VCIを利用する。
  (2) EXPビット   実験用ビット。通常は優先度を表す。
  (3) Sビット     ラベル多重(スタッキング)の有無を表す。
                  S=0ならラベルが多重化されている。
  (4) TTL         

  

■ MPLSの中継機器。

  MPLSを利用するためには、
  バックボーンを構成するIPルータが、MPLSに対応していなければならない。
  このMPLSに対応したルータのことを、LSR(Label Switch Router)という。

  同じLSRでも、
  バックボーン網の端(ユーザ網の近傍)に置かれたルータと、
  バックボーン網の中心(事業者のネットワーク内)に置かれたルータでは、
  次のように担うべき機能が異なる。

  (1) エッジルータ。 Edge Router。

    L2ヘッダとIPヘッダの間にMPLSヘッダを挿入して、バックボーンに送り出す。
    または、バックボーンから送られてきたパケットからMPLSヘッダを取り除き、
    宛先ネットワークにパケットを届ける。

 （2）コアルータ。 Core Router。

    コアルータは受け取ったパケットのMPLSヘッダ(ラベル)を参照して、
    次に転送すべきネットワークを判断し、
    ラベルを書き換えた上で、次のルータに転送する。

■ MPLSのパス設定。

  MPLSでは、2台のエッジルータの間には、
  仮想的な伝送路としてラベルパス(LSP:Label Switching Path)が張られる。
  ラベルパスの設定は、ふつうは自動的に行なわれるが、
  管理者があらかじめ手動で設定することもできる。

  (1) 自動的なパス設定。

    最初に出口エッジルータが、
    ラベル配布プロトコル(LDP:Label Distribution Protocol)を用いて、
    自身のIPアドレス(FEC※)に対応するラベル値を、網側へ通知する。
    この情報はLSRを順々に遡り、
    入口エッジルータに達したとき、網内に1本のパスが完成する。

    ※ FEC。Forwarding Equivalence Class。

      転送等価クラス。フェックと読む。
      MPLS網内で同じ処理が行われ、
      同じ出口ルータに転送されるパケットの集まりのこと。
      または、転送されるべき出口ルータのIPアドレス。

    さらに、運用開始後にネットワーク構成が変更された場合にも、
    IP層の経路情報を参照して、自動的にパスを張り直す機能をもっている。
    この自動パス設定の手順は、次の通りである。    

    �@ 物理的なネットワーク構成が変わる。

    �A MPLS対応ルータ同士が、
       OSPFなどのルーティングプロトコルを使って経路情報をやり取りして、
       IPのルーティングテーブルを更新する。

    �B 各ルータはLDPを使って
       宛先ネットワークに対応するラベルを通知し合い、
       ラベル値専用のルーティングテーブル（ラベルテーブル）を更新する。

    �C 新しいラベルパスが張られる。

  (2) 固定的なパス設定。  

    管理者が明示的にパス設定を行なうこともできる。
    特定のサービスをいつも同じ経路で転送したい場合等に利用する。

■ その他。

  (1) EoMPLS。Ethernet over MPLS。

    MPLSパス網上でイーサネットを展開するための技術。
    具体的には、ユーザのMACフレームの外側にMPLSヘッダを付加して、
    通信事業者のMPLS網を透過させる。
    すなわち、EoMPLSサービスを利用すれば、
    企業は離れた拠点LAN間でMACフレームを透過的に転送できる。

  (2) Generized MPLS。

    MPLSの仕組みで光通信路を設定できるようにする技術。
    MPLSが持つパスを設定する機能を、
    WDM装置や光クロスコネクト装置と連携させて実現する。

以上。

2004/02/26 pm