MPLSとは？

MPLS（マルチプロトコルラベルスイッチング）は、あらかじめ定義された経路を使ってトラフィックをルーティングするデータ転送技術です。1990年代に、ネットワークルーティングに代わるより優れた方式として登場しました。 従来のIPプロトコルでは、ルーターが各ノードでIPルックアップを実行するため、遅延やタイムラグが発生します。一方、MPLSではラベルスイッチングを行い、パケットの経路をあらかじめ決定します。

MPLSネットワークでは、ルックアップを実行するのは最初のルーターだけです。その後、ルーターはIPアドレスを確認するためにデータパケットの情報を調べる必要はなく、ヘッダーを読み取るだけです。これにより時間を短縮でき、より高速かつ効率的なパケット転送が可能になります。

MPLSネットワークは、OSI階層のレイヤー2と3の間で動作するハイブリッドサービスです。OSIモデルでは、レイヤー2（データリンク層）がWANまたはLAN内のノード間でデータを転送します。レイヤー3（ネットワーク層）は、IPプロトコルを使ってデータパケットをルーティングします。MPLSはレベル2の速度でパケットをルーティングしながら、レベル3のスケーラビリティを維持します。

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ネットワークルーティングの仕組みとは？

インターネット上で情報を送信すると、情報はパケットと呼ばれる小さなデータのまとまりに分割されます。各パケットにはポート番号が割り当てられ、送信元と宛先のIPアドレスに関する情報を含むヘッダーが付加されます。パケットが最終的な宛先に到達するには、宛先IPアドレスに到達するまで、複数のルーターを経由して転送されなければなりません。

従来のIPルーティングでは、データパケットが持つ情報は宛先アドレスだけです。これらのパケットには通るべき経路に関する情報がないため、その後の処理をルーターに依存します。

そのため、パケットの次の宛先を決定する際、ルーターはルーティングテーブルを参照して次の中継先を個別に判断しなければなりません。しかし、各ルーターが個別にルーティングを判断することで遅延が生じる可能性があり、遅延に敏感な通信技術アプリケーションには適していません。

標準的なIPよりも高速にデータを転送できる方法を探しているなら、MPLSは有力な選択肢です。

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MPLSにおけるルーティングの仕組みとは？

MPLSにおけるルーティングを理解するには、まずMPLSのラベルとルーターについて理解する必要があります。

MPLSのラベル

MPLSでは、データパケットに1つ以上のラベルが付加されます。これらのラベルには、MPLSネットワーク内でパケットが向かうべき場所に関する情報が含まれています。

ラベルスタックは4つの要素で構成されます。

• ラベル：ラベルには、パケットが次に向かうべき場所に関する情報が格納されます。
• 実験用（Exp）：3ビットを使ってQoS（Quality of Service）を指定します。
• スタックの最下位（BoS）フラグ：ネットワークパケットには、複数のラベルを重ねて付加できます。BoSフラグを1に設定すると、スタックの最下位にあるラベルを示します。それ以外の場合、値は0に設定されます。
• Time-to-live（TTL）フィールド：ラベルのTTLフィールドは、データの有効期間、またはパケットが破棄されるまでに通過できる最大ホップ数を表します。 各ホップで値は1ずつ減少し、0に達します。

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MPLSルーター

• ラベルエッジルーター：ラベルエッジルーター（LER）は、MPLSネットワークの入口と出口に配置されます。入口側のLERはイングレスLSR、最後のルーターはイグレスLSRと呼ばれます。イングレスLERは、ラベルの付いていない受信パケットにデータラベルを割り当ててから転送します。パケットがネットワークの出口に到達すると、イグレスLERがラベルを取り除き、標準的なIPアドレスに置き換えます。
• ラベルスイッチングルーター：ラベルスイッチングルーター（LSR）はMPLSネットワークの中間に配置され、MPLSドメイン内でパケットを転送します。LSRはパケットを受信すると、ラベルを追加または交換し、次のホップへ転送します。
• ラベルスイッチングパス：ラベルスイッチングパス（LSP）は、MPLSネットワーク内でパケットが通るあらかじめ定められた経路です。

LSPを使えば、パケットが通る経路をあらかじめ決められます。これは、パケットが複数の経路のいずれかを通る可能性があるIPフォワーディングとは異なります。

MPLSルーティング

MPLSネットワークのアーキテクチャについて一通り理解したところで、その仕組みを見てみましょう。

• MPLSネットワークがデータパケットを受信すると、LER（イングレスルーター）と呼ばれる最初のルーターが宛先を評価し、データパケットにラベルを割り当てます。このラベルによって、パケットが通る経路が決まります。
• 各パケットには複数のラベルを付けることができ、ラベルは後入れ先出しの順序で積み重ねられます。
• ラベルが付けられたパケットは、LSRまたは「トランジットノード」を通過します。LSRはIPルックアップを実行せず、最上位のラベルを基にラベルを読み取り、適切なLSPへ転送するだけです。
• ルックアップでは、ラベルに対して「プッシュ」「スワップ」「ポップ」のどの操作を実行するかを決定し、パケットを送信すべき次のホップを選択します。
• 後続する各ルーターはラベルを確認し、ノード内の次のルーターへパケットを転送するだけです。
• パケットがMPLSネットワークを離れる「イグレスノード」では、データパケットからラベルが取り除かれ、通常のIPルーティングで転送されます。

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ここでは、IPとMPLSの違いを表にまとめます。

MPLSのメリット

MPLSは企業に多くのメリットをもたらします。主なメリットは次のとおりです。

プロトコルに依存しない

MPLSは、Frame Relay、Serial、Metro、Ethernet、ATMなど、さまざまなネットワークプロトコルで動作するため、プロトコルに依存しません。さらに、MPLSルーターはパケットに付加されたラベルだけを読み取るため、複数回のルーター検索を実行しません。その結果、ネットワークの輻輳が軽減され、パフォーマンスが向上します。

トラフィックエンジニアリングをサポート

MPLSは、トラフィックを迂回させてネットワークの輻輳を回避するトラフィックエンジニアリング（TE）をサポートします。ネットワークトラフィックを処理するためのリソースが不足すると、輻輳が発生します。経路が混雑している場合、TEは混雑の少ない経路にトラフィックをルーティングし、滞留を最小限に抑えます。これは、遅延なく最終目的地に到達する必要がある優先度の高いアプリケーションやミッションクリティカルなアプリケーションにとって重要です。

ダウンタイムを削減

MPLSラベルの実験用ビットは、Quality of Service（QoS）を指定します。QoSは、トラフィックフローに優先順位を付ける機能です。そのため、MPLSネットワークではトラフィックに優先順位を付け、より重要なトラフィックを先に通過させることができます。これは、遅延をゼロにする必要があるビデオ・音声通信に不可欠です。

柔軟性

MPLSでは経路がすでに決められているため、大きな負荷はかかりません。それでいて、MPLSネットワークには大きな柔軟性があります。トラフィックエンジニアリングを利用すれば、混雑の少ない経路にネットワークトラフィックをルーティングでき、スループットと顧客満足度を向上させられます。つまりMPLSネットワークでは、両方のメリットを得られます。

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MPLSのデメリットとは？

セキュリティ

MPLSは従来のネットワークプロバイダーと比べて、セキュリティ機能が少なくなっています。とりわけ、暗号化されていないため、サイバー攻撃を受けやすくなります。ただし、ユーザーはサービスプロバイダーと協力して暗号化を設定し、サイバー犯罪者からネットワークを保護できます。

導入

MPLSで専用経路を設定するには長い時間がかかり、数か月に及ぶこともあるため、企業が迅速に規模を拡大するのは困難です。さらに、MPLSネットワークはポイントツーポイント接続に適しているため、クラウドには向いていません。

高額な帯域幅コスト

MPLSのデメリットは、帯域幅のコストが高いことです。消費者が動画など帯域幅を大量に消費するコンテンツをより多く利用するようになる中、メガビット当たりの高い料金は不利になる可能性があります。

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MPLSの未来

MPLSにはさまざまなメリットがあり、企業にとって信頼できるソリューションですが、クラウドへの移行により、実用的な選択肢ではなくなりつつあります。SD-WANはMPLSに代わる数ある選択肢の1つで、組織に俊敏性とコスト効率に優れた接続を提供します。それでも、これはMPLSが終わったことを意味しません。より可能性が高いのは、企業がデジタルトランスフォーメーションのニーズを満たすために、両方を組み合わせて利用するシナリオです。