仮想プライベートLANサービス

仮想プライベート LAN サービス( VPLS ) は、IPまたはMPLSネットワーク上でイーサネットベースのマルチポイントツーマルチポイント通信を提供する方法です。VPLS では、疑似回線を介してサイトを接続することにより、地理的に分散したサイトがイーサネットブロードキャスト ドメインを共有できます。サイトという用語には、サーバーとクライアントの両方の多重性が含まれます。疑似回線として使用できるテクノロジには、Ethernet over MPLS、L2TPv3 、 GREなどがあります。VPLSの確立については、 IETF標準化トラックRFC (RFC 4761 ^[1]と RFC 4762) ^[2]が 2 つあります。

VPLS は仮想プライベート ネットワーク(VPN) テクノロジです。ポイントツーポイントのレイヤー 2 トンネルのみを許可する L2TPv3 とは対照的に、VPLS は any-to-any (マルチポイント) 接続を許可します。

VPLS では、各サイトのローカル エリア ネットワーク(LAN) がプロバイダー ネットワークのエッジまで拡張されます。プロバイダー ネットワークはスイッチまたはブリッジをエミュレートして、すべての顧客 LAN を接続し、単一のブリッジ LAN を作成します。

VPLS は、マルチポイントまたはブロードキャスト アクセスを必要とするアプリケーション向けに設計されています。

VPLS は LAN をエミュレートするため、フル メッシュ接続が必要です。VPLS のフル メッシュを確立するには、Border Gateway Protocol (BGP) を使用する方法とLabel Distribution Protocol (LDP) を使用する方法の 2 つがあります。「コントロール プレーン」は、プロバイダー エッジ (PE) ルータが自動検出とシグナリングのために通信する手段です。自動検出とは、同じ VPN または VPLS に参加している他の PE ルータを見つけるプロセスを指します。シグナリングとは、疑似回線 (PW) を確立するプロセスです。PW は「データ プレーン」を構成し、PE は顧客の VPN/VPLS トラフィックを他の PE に送信します。

BGP は自動検出とシグナリングの両方を提供します。使用されるメカニズムは、レイヤー 3 MPLS VPN を確立する際に使用されるものと非常に似ています。各 PE は、特定の VPLS に参加するように設定されます。PE は、BGP を使用して、同じ VPLS 内の他のすべての PE を同時に検出し、それらの PE への疑似回線のフル メッシュを確立します。

LDP では、各 PE ルータは特定の VPLS に参加するように設定され、さらに同じ VPLS に参加している他の PE のアドレスも付与される必要があります。その後、これらの PE 間で LDP セッションのフル メッシュが確立されます。次に、LDP を使用して、これらの PE 間で同等の PW メッシュを作成します。

データ プレーンの基盤技術として PW を使用する利点は、障害が発生した場合に、トラフィックがサービス プロバイダーのネットワーク内の利用可能なバックアップ パスに沿って自動的にルーティングされることです。フェイルオーバーは、たとえばスパニング ツリー プロトコル(STP) で実現できるよりもはるかに高速です。したがって、VPLS は、両方の場所にあるイーサネット スイッチにWANリンクを単に接続するよりも、異なる場所にあるイーサネットネットワークをリンクするためのより信頼性の高いソリューションです。

VPLS は、サービス プロバイダーと顧客の両方にとって大きな利点があります。サービス プロバイダーは、柔軟な帯域幅と高度なサービス レベル契約 (SLA) を備えた新しいイーサネット サービスを提供することで、追加の収益を生み出すことができるという利点があります。VPLS は、従来のサービスよりも運用が簡単でコスト効率に優れています。顧客は、すべてのサイトを、安全で高速かつ均一なネットワークを提供するイーサネットVPNに接続できるという利点があります。さらに、VPLS は、10 Mbit/s の共有 LAN プロトコルからマルチ Gbps のグローバル サービスへと進化し続けるイーサネットの論理的な次のステップを提供します。

VPLS MPLS パケットには 2 つのラベル スタックがあります。外側のラベルは、サービス プロバイダーのネットワークでの通常の MPLS 転送に使用されます。VPLS を確立するために BGP が使用される場合、内側のラベルはラベル ブロックの一部として PE によって割り当てられます。LDP が使用される場合、内側のラベルは、参加している PE 間でメッシュを最初に確立したときに LDP によって割り当てられた仮想回線 ID です。すべての PE は割り当てられた内側のラベルを追跡し、それらを VPLS インスタンスに関連付けます。

VPLS ベースの VPN に参加する PE は、接続されたカスタマー エッジ(CE) デバイスへのイーサネット ブリッジとして表示される必要があります。受信したイーサネット フレームは、CE が単純なイーサネット デバイスになるように処理する必要があります。

PE は CE からフレームを受信すると、フレームを検査して CE の MAC アドレスを取得し、LSP ルーティング情報とともにローカルに保存します。次に、フレームの宛先 MAC アドレスをチェックします。ブロードキャスト フレームの場合、または MAC アドレスが PE に認識されていない場合は、メッシュ内のすべての PE にフレームをフラッディングします。

イーサネットのフレーム ヘッダーには存続時間(TTL) フィールドがないため、ループを回避するには他の手段が必要です。通常のイーサネット展開では、このためにスパニング ツリー プロトコルが使用されます。VPLS では、ループを回避するには次のルールに従います。PE は、受信したフレームを別の PE に転送しません。フル メッシュとスプリット ホライズン転送を組み合わせると、ループのないブロードキャスト ドメインが保証されます。

VPLS は通常、多数のサイトをリンクするために使用されます。したがって、スケーラビリティは対処が必要な重要な問題です。

VPLS では、コントロール プレーンとデータ プレーンの両方にフル メッシュが必要ですが、これは拡張が難しい場合があります。BGP の場合、コントロール プレーンの拡張の問題は、ルート リフレクタ(RR) の使用を通じて長い間解決されてきました。RR は、インターネット ルーティングのコンテキストや、いくつかの種類の VPN で広く使用されています。マルチキャストおよびブロードキャスト トラフィックのデータ プレーンを拡張するために、ポイントツーマルチポイントLSP を基盤となるトランスポートとして使用する作業が進行中です。

LDP では、VPLS VPN を 2 層または 3 層の階層型ネットワークに分割する方法が開発されました。階層型 VPLS ( HVPLS ) と呼ばれるこの方法では、新しいタイプの MPLS デバイスであるマルチテナント ユニット( MTU ) スイッチが導入されます。このスイッチは、複数の顧客を 1 つの PE に集約し、メッシュへの制御プレーンとデータ プレーンの接続は 1 つだけ必要になります。これにより、エッジ デバイスに顧客を集中させることで、LDP セッションと LSP の数を大幅に削減し、コア ネットワークの負荷を軽減できます。

HVPLS (LDP) は、2 つの VPLS メッシュ構造を結合するためにも使用できます。HVPLS を使用しない場合、各 VPLS メッシュ内のすべてのノードは、他の VPLS メッシュ内のすべてのノードとメッシュ化される必要があります。ただし、HVPLS を使用すると、2 つのメッシュを特定の場所で結合できます。冗長擬似回線などの技術により、相互接続ポイントで障害が発生した場合でも回復力が得られます。

VPLS は複数のイーサネット ブロードキャスト ドメインをリンクするため、実質的にはるかに大きなブロードキャスト ドメインが作成されます。すべての PE はすべてのMAC アドレスと関連する LSP ルーティング情報を追跡する必要があるため、メッシュ内のすべての PE で大量のメモリが必要になる可能性があります。

この問題に対処するために、サイトは CE デバイスとしてルーターを使用することができます。これにより、そのサイト上のすべての MAC アドレスが CE の MAC アドレスの背後に隠されます。

PE デバイスには、ハイエンドのイーサネット スイッチと同様に、 コンテンツ アドレス可能メモリ(CAM)が搭載されている場合もあります。

代替のメカニズムとしては、MAT（MACアドレス変換）を使用する方法があります。^[3]ただし、この記事の執筆時点では、MAT機能を提供しているベンダーはありません。

多数のサイトを持つ VPLS ベースの VPN では、参加しているすべての PE を手動で構成すると、拡張性が低下します。新しい PE がサービスに導入されると、新しい PE との LDP セッションを確立するために、既存のすべての PE の構成を調整する必要があります。参加している PE の自動検出を可能にするための標準化作業が進行中です。現在、3 つの実装が進行中です。

PE 自動検出の LDP 方式は、単一の自律システム内の P ルータと PE ルータにラベルを配布するためにラベル配布プロトコルで使用される方式に基づいています。

BGP による PE 自動検出方法は、VPN に参加している PE 間で VPN ルートを配布するためにレイヤー 3 MPLS VPN で使用される方法に基づいています。BGP4 マルチプロトコル (BGP-MP) 拡張機能は、VPN ID と VPN 固有の到達可能性情報を配布するために使用されます。IBGP では、BGP セッションのフル メッシュまたはルート リフレクタの使用が必要になるため、参加している PE の既存の BGP 構成で VPN ID を有効にすると、その VPN 内のすべての PE のリストが提供されます。この方法は自動検出のみを目的としており、シグナリングには LDP が引き続き使用されることに注意してください。上記の BGP を使用して VPLS を確立する方法は、自動検出とシグナリングの両方を実現します。

この方法では、すべての PE に 1 つ以上のRADIUSサーバーを設定する必要があります。特定の VPLS VPN の最初の CE ルータが PE に接続すると、CE の ID を使用して RADIUS サーバーに認証を要求します。この ID は CE によって提供される場合もあれば、その特定の CE の PE に設定されている場合もあります。ユーザー名とパスワードに加えて、ID 文字列には VPN 名とオプションのプロバイダー名も含まれます。

RADIUS サーバーは、特定の VPN の認証を要求したすべての PE を追跡し、認証を要求した PE にそれらのリストを返します。その後、PE はリスト内のすべての PE に対して LDP セッションを確立します。

• マルチプロトコル ラベル スイッチング(MPLS)
• 仮想専用線(VLL)
• IEEE 1355は、ハードウェアを介してほぼ同様のことを行います。
• 仮想プライベートネットワーク(VPN)
• 仮想LAN (VLAN)
• 仮想拡張LAN (VXLAN)
• 仮想ネットワーク
• キャリアイーサネット
• イーサネットVPN

• 「自動検出とシグナリングに BGP を使用する仮想プライベート LAN サービス (VPLS)」