はじめに
IPネットワークでは、ルーターが宛先IPアドレスとルーティングテーブルを確認し、次にパケットを渡す相手を決めます。大規模な事業者ネットワークなどでは、このIP転送に加えて「ラベル」を使ってパケットを運ぶMPLSが利用されます。
MPLS（Multiprotocol Label Switching）は、パケットを同じ転送方法で扱うグループへ分類し、そのグループに対応する短いラベルを使ってMPLSネットワーク内を転送する仕組みです。この記事では、ラベルがどのように付けられ、交換され、外されるのかという基本の流れを理解します。
この記事で分かること
- MPLSがどのような仕組みか
- FECとラベルが何を表すか
- Push・Swap・Popでパケットが転送される流れ
- LSRとLSPの役割
MPLSとは
MPLSは、パケットへラベルを付け、MPLSに対応したルーターがそのラベルを参照して転送する仕組みです。MPLSに対応したルーターはLSR（Label Switching Router）と呼ばれます。
通常のIP転送では、各ルーターが宛先IPアドレスを基に経路を選びます。一方、MPLSネットワーク内では、入口でパケットを分類してラベルを付けた後、中継するLSRがラベルを使って次の転送処理を決めます。ただし、MPLSがIPルーティングを不要にするわけではありません。どの宛先をどのように転送するかという基礎には、ルーティングによって得られた情報が利用されます。
FECとラベル
MPLSを理解するうえで重要なのがFEC（Forwarding Equivalence Class）です。FECは、同じ方法で転送するパケットをまとめたグループを表します。たとえば、同じ宛先ネットワークへ送り、同じ転送処理を適用するパケットを同じFECとして扱えます。
ラベルは、そのFECに対応する短い固定長の識別子です。MPLSネットワークへ入ったパケットはFECへ分類され、対応するラベルが付けられます。中継するLSRはパケットの先頭にあるラベルを確認し、次のLSRと新しいラベルを決めて転送します。
ラベルは通信経路の最初から最後まで同じ値を使い続けるとは限りません。一般にラベルは各区間で意味を持つため、LSRを通過するときに別のラベルへ交換されます。
MPLSネットワークを通る流れ
MPLSネットワークへ入る入口側のLSRでは、到着したパケットをFECへ分類し、転送に使うラベルを付けます。パケットはそのラベルを持った状態でMPLSネットワーク内へ送られます。
中継するLSRは受信したラベルを参照し、次に送るLSRと送出時のラベルを決めます。LSPの出口へ向かう過程ではラベルを外す処理も行われ、最終的には通常のIPパケットなどとして次のネットワークへ転送されます。
Push・Swap・Pop
MPLSのラベル操作は、Push・Swap・Popという3つの言葉で整理すると分かりやすくなります。
| 操作 | 意味 |
|---|---|
| Push | パケットへ新しいラベルを追加する |
| Swap | 受信したラベルを別のラベルへ交換する |
| Pop | ラベルを取り外す |
図1では、入口側でPushし、中継LSRでSwapし、出口側でPopする単純な例を示します。PopをどのLSRで行うかは構成によって異なります。この動きを追うと、MPLSが「1つの固定ラベルを見て転送する仕組み」ではなく、LSRごとにラベルの対応関係を使いながらパケットを運ぶ仕組みだと分かります。
LSPはラベル付きパケットが通る経路
MPLSで、あるFECに属するパケットがLSRを順番に通って進む経路をLSP（Label Switched Path）と呼びます。LSPは一方向の経路として考えるため、双方向通信ではそれぞれの方向に対応する経路が必要になります。
LSPは、すべてのパケットに毎回同じIP経路計算を行うという意味ではありません。各LSRには、受信したラベルをどのラベルへ交換し、どこへ送るかという転送情報が用意され、それに従ってラベル付きパケットが進みます。
ラベルはスタックできる
MPLSではラベルを1つだけでなく、複数重ねることができます。これをラベルスタックと呼びます。各ラベルスタックエントリは32ビットで、そのうち20ビットがラベル値です。
複数ラベルを使う仕組みはVPNなどの発展的な用途でも利用されますが、基礎記事では「ラベルは1つとは限らず、必要に応じて積み重ねられる」と理解すれば十分です。
MPLSは何に使われるのか
MPLSは、事業者ネットワークなどでパケットの転送方法を柔軟に制御する基盤として利用されます。代表的な応用には、VPNの構築やトラフィックエンジニアリングなどがあります。
ただし、MPLSを使うだけで通信品質や帯域が自動的に保証されるわけではありません。VPN、QoS、トラフィックエンジニアリングなどは、それぞれ追加の仕組みや設計と組み合わせて実現します。MPLSの中心は、まずラベルを使ったパケット転送にあります。
IPルーティングとの関係
IPとは？ネットワーク層の役割やルーティングを初心者向けに分かりやすく解説で説明している通常のIP転送では、宛先IPアドレスを基に次の転送先を判断します。MPLSでは、MPLSネットワーク内へ入った後の転送にラベルを利用します。
また、ルーティングテーブル（経路制御表）とは？宛先IPから経路を選ぶ仕組みを解説で扱うルーティングの情報は、MPLSの転送情報を作るうえでも基礎になります。MPLSはルーティングの代わりではなく、ルーティングと連携してラベル転送を行う技術として整理すると理解しやすくなります。
まとめ
MPLSは、パケットをFECへ分類し、対応するラベルを使ってMPLSネットワーク内を転送する仕組みです。入口でラベルを追加するPush、中継でラベルを交換するSwap、出口側でラベルを外すPopという流れで整理できます。
ラベル付きパケットがLSRを通って進む経路がLSPです。MPLSはIPルーティングを置き換えるものではなく、ルーティングと連携しながらラベルによる転送を実現します。まずこの関係を押さえることが、MPLS VPNやトラフィックエンジニアリングなどの発展知識を理解する土台になります。
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