【図解】MPLS の仕組みとメリット, フォーマットについて

MPLS とは

MPLS (Multi-Protocol Label Switching)は、様々な L2/L3 プロトコル (IPv4/IPv6/Ethernet/ATM/Frame-Relay 等) にラベルを取り付け、そのラベルに基づいてそのプロトコルを高速に転送するスイッチング方法です。

MPLS による具体的な流れを以下に示します。

MPLS の仕組みとメリット

まずは OSPF 等のルーティングプロトコルによりルート情報を伝搬します。

次に LDP 等のラベル伝搬プロトコルによりそのルート情報に対応するラベル情報を伝搬します。

下図の例にある通り、このラベルは、同じルート情報であっても、ルータ毎に異なっていても構いません。ラベル情報が伝搬したらデータ転送ができる準備が整ったことになります。

すると MPLS によるデータ転送が可能になります。MPLS 網内でラベル (Label) を交換 (Switching) しながら目的地に向かいます。

通常の IP パケットルーティングでは IP ヘッダ (主に 32 bits の宛先 IP アドレスですが、特殊なケースではソースルーティングのようなオプションがあるため可変長) によりルーティングを決定していましたが、MPLS では20 bits の ラベル (固定長) だけで判断できるため、高速転送が可能となる訳です。

しかしこれはルーティングをソフトウェア処理 (CPU 処理) していた時代の話であり、最近はこのメリットはほとんどありません。というのも、最近のルータはルーティングもハードウェア処理 (ASIC 処理) をしているためです。

MPLS はもともとは ATM 上で IP を運ぶ際の高速転送技術として発展してきましたが、現在の活用方法としてはMPLS-VPNという VPN 構築などの多用途で大きなウェイトを占めています。

MPLS にはデータリンクヘッダと IP ヘッダの間にラベルを含む 20 bits の MPLS ヘッダ (Shim ヘッダ) を取り付けるフレームモード (パケットモード)と、 ATM の VPI/VCI や Frame-Relay の DLCI にラベルをマッピングするセルモードの 2 種類がありますが、最近は Ethernet がネットワークの主流となっており、ここではフレームモードをメインに解説します。

MPLS のレイヤー

MPLS の役割は転送です。レイヤー 2.5 だと主張する声もあるようですが、nesuke 的にはMPLS のレイヤーは 3 です。

レイヤー 2 は主にレイヤー 1 に紐付くビット伝送方式が定義されているものです。つまり、光ケーブルなら光ケーブルなりの、メタルケーブルならメタルケーブルなりの、ISDN 回線なら ISDN 回線なりの適したビット伝送方式があるわけで、それを担うのがレイヤー 2 です。

MPLS では特にそのような役割は無く、IP と同じく、宛先情報を見て転送先を決定するだけです。なのでレイヤー 3 と考えられます。

MPLSヘッダ(Shimヘッダ)のフォーマット

Ethernet 上で IPv4 に MPLS ラベルを付ける場合の MPLS ヘッダ (Shim ヘッダ) のフォーマットを以下に示します。