IP-VPN、次世代広域イーサネットを構成する基盤技術
特集:MPLS技術とその最新動向を知る

近藤卓司
ノーテルネットワークス
2002/4/18

Part.2 MPLS通信の仕組み

MPLSの基本用語

 最初に、基本的なMPLSの用語を紹介する。MPLS網はMPLS機能を持ったルータ「LSR(Label Switch Router)」で構成される。MPLS網の入り口、つまりMPLS網のエッジ部分を構成するLSRを、「LER(Label Edge Router)」として区別して呼ぶのが一般的だ(図6)。

図6 MPLS網において、MPLS機能に対応したルータを「LSR」と呼び、ユーザー外部との接続部分にあたるエッジのLSRを「LER」と呼ぶ

 MPLS網内で同じあて先、あるいは同じ扱いをさせたいパケットの集まりが「FECForwarding Equivalence Class:『フェック』と呼ぶ)」だ。例えば、ルーティングで得られた経路情報に基づいてMPLS網内でパケットをフォワーディングさせたい場合、ルーティング・テーブルで見えている1つのあて先IPアドレス(多くの場合はIPサブネットやサマライズされたネットワーク・アドレス)が1つのFECとなる。そして、同じFECであることを区別する目印がラベルである。ラベルが付けられたパケットの道筋を「LSP(Label Switched Path)」と呼ぶ。LSPは、Point-to-Pointで使うこともできるし、あて先が同じであればマージすることもできる(図7)。

図6 ラベルによって示されたパケットの道筋を「LSP」と呼ぶが、LSPには1対1の接続である「ポイント・ツー・ポイントLSP」と、あて先がマージされた「マージLSP」の2種類がある

 ラベルの値は、LSRを経由するたびに違う値に付け替えられる。同一の値を用いる方法では、End-to-Endでラベルの値を確保する必要があり、それを実現する方法が複雑となるためだ。LSPは片方向のパスであるので、通常、両方向のパスとして用いるには、LSPが2本必要になることに注意しなければならない。MPLS網への入口となるLERで、ラベルを付けてフォワーディングする動作を「Push」という。LSRでラベルを付け替えてフォワーディングする動作を「Swap」という。MPLS網の出口となるLERでラベルを外してフォワーディングする動作を「Pop」という。このほかに、LERの1つ前のLSRでラベルを外してフォワードするPHP(Penultimate Hop Popping)と呼ぶ方法もある(図8)。

図8 MPLSの仕組みにおいて、ラベルを付けてフォワードする動作を「Push」、ラベルを付け替えてフォワードする動作を「Swap」、最後にラベルを外してフォワードする動作を「Pop」と呼ぶ

 また、ラベルはスタックして付けることができる。LSRは外側のラベルしか見ないので、このスタックにより階層的なLSPを作ることができる。外側のLSPにより内側のLSPをトンネルさせると言った使い方が可能だ。このスタックラベルはMPLSによるVPNの提供などで多用される(図9)。

図9 フォワーディング動作では外側のラベルが優先され、内側のラベルは無視される


ラベル情報の配布

 パケットにラベルを付ける方法を見てみる。もともと、パケットの中にラベルに相当するものを持っているメディア、例えばATMのVPI/VCIやフレーム・リレーのDLCIは、そこに直接ラベルをマッピングする。ラベルに相当するものを持っていないメディア、例えばPoS(Packet over SONET)やイーサネットは、新たに「シム・ヘッダ」を追加する。このシム・ヘッダの中に、ラベルが含まれている。ラベルは20bitsあるので、1つのラベルで約100万のアドレス・スペースがある(ただし、0〜15番は予約されている)。そのほか、EXP(Experimental)はCoS/QoSの情報を運ぶために用いられる。 S(スタック)ビットは、スタックされたラベルの最後を示す。そして、TTL(Time To Live)が付いている。これらの仕組みにより、MPLSは異なるメディアを介して柔軟に接続すことができる(図10)。

図10 ラベルの挿入される仕組み。もともとラベルのような仕組みを持つATMやフレーム・リレーでは直接マッピングを行い、SONETやイーサネットでは「シム・ヘッダ」という形でラベルの挿入を行う

 どのFECにどのラベルを使うかの情報を配布する手順が「LDP(Label Distribution Protocol)」だ。LDPでラベルを配布する方法は2種類ある。FECがあるあて先IPアドレスを示す経路情報であれば、IGPと同様にあて先IPアドレス、つまりFECを持っているLSRからラベルの値を決めて配布するのが「DU(Downstream Unsolicited)」モードである。このLDP-DUが、IGPの経路情報をそのままラベルとして配布するときに使われる基本的なモードだ(図11)。

図11 DUモードの動作。FECの情報を持つLSRからラベル情報を伝播させていく

 FECに対応するラベルを問い合わせたときにラベルを配布する「DoD(Downstream-on-Demand)」モードもある。次に紹介するRSVP-TEとCR-LDPはこのDoDモードとなる。(図12)

図12 DoDモードの動作。ラベルに関する問い合わせが発生したときに、ラベルの配布が行われる

 以上のMPLSの基本的な部分は、アーキテクチャ全般がRFC3031、ラベルの付け方がRFC3032、LDPがRFC3036として標準化が完了している。

経路の決定と帯域幅の確保

 LDPを用いると、ラベルの配布はできるが、LSPの経路はIGPの最短経路に従う。また、LDPはLSPの帯域幅を確保するという機能も持っていない。このLDPに欠けている機能を実現するのが「RSVP-TE(RSVP Traffic Engineering)」と「CR-LDP(Constraint Routed LDP)」だ。RSVP-TEはIPネットワークで帯域を予約するために作られたRSVPに、ラベルを配布する機能を拡張したものだ。CR-LDPは、逆に普通のLDPに機能を追加している。RSVP-TEがRFC3209、CR-LDPがRFC3212として標準化が完了している。RSVP-TEとCR-LDPは、基本的にPoint-to-PointのLSPをDoDモードで張る機能を持っており、LSPの経路を明示的に指定する「ER(Explicit Route)」と呼ぶ機能を実現する。ERには、すべてのLSRを指定する「Strict ER」と、指定した区間はIGPの最短経路に従う「Loose ER」がある(図13)。

図13 Strict ERとLoose ER。Strict ERではLSRを明示的に指定し、Loose ERはIGPの経路情報に従う

 また、各リンクで帯域幅の予約をすることで、End-to-Endの帯域幅を確保する機能も持っている。RSVP-TEとCR-LDPは細かい違いこそあるものの、提供できる機能は同じである。相互接続する際には、同じプロトコルをサポートしていないとLSPが張れないことに注意が必要だ。

 RSVP-TEやCR-LDPを用いると明示的な経路の指定と帯域幅の予約を行うことができるが、指定した経路に必要な帯域幅がない場合、LSPを張ることができない。とはいえ、IGPに従えば単純な最短経路が選択されるだけである。より簡単に確実に有効な帯域幅を見つける手法として、既存のIGPの経路情報にリンクの帯域幅と「カラー」と呼ばれる所属するグループの情報を持たせる拡張を行った。この拡張されたIGPを用いることで、1つの経路情報を運用者のポリシーに基づきカラーごとの経路情報に分けて使い、さらにその経路情報の中で有効な帯域幅をダイナミックに伝えることが可能となった。

 この拡張は、従来より各ルータ/リンクなどのトポロジー情報を持っているリンクステート型のOSPFとIS-ISに施され、それぞれOSPF-TE、IS-IS-TEと呼ばれる。RIPのようなディスタンス・ベクタ型のIGPは、この機能を追加することができない。RSVP-TEやCR-LDPは、OSPF-TEかIS-IS-TEを合せて用いることで、より簡単に確実に明示的な経路の指定と帯域幅の予約を行えるようになる(図14)。

図14 IGPであるOSPF(OSPF-TE)やIS-IS(IS-IS-TE)と、RSVP-TEやCR-LDPを組み合わせた例


 以上のMPLSの基本を踏まえ、次章ではさらにMPLSを応用したIP-VPNを紹介する。


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Index
特集:MPLS技術とその最新動向を知る
  Part.1 MPLSとは何か?
・MPLSと従来のルーティングとの違い
・MPLSの役割とは?
Part.2 MPLS通信の仕組み
・MPLSの基本用語
・ラベル情報の配布
・経路の決定と帯域幅の確保
  Part.3 MPLSの応用「IP-VPN」
・最もポピュラーなIP-VPN「BGP/MPLS VPN」
・BGP/MPLS VPN以外のVPN実現方式
  Part.4 広域LANサービスを実現するMPLS
・レイヤ2VPNの基本「Martini」
・レイヤ2VPN機能を実現する「Kompella」
  Part.5 これからのMPLS
・MPLSにおけるQoS/信頼性の実現
・MPLSによるネットワーク統合/さらなる応用
 


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