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動的ルーティングプロトコル

動的ルーティングプロトコルのガイド

動的ルーティングプロトコルに関する実践的なガイド。静的ルーティングと動的ルーティングの違い、プロトコルの種類、メトリック、管理距離、ルート再配布について解説します。

6〜10分
デントン千倉

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    動的ルーティングプロトコルは、経路選択と障害復旧を自動化することで、大規模で回復力の高いネットワークを実現する。

    • 動的ルーティングは、ルーター間で経路情報を交換し、障害発生時にトラフィックを自動的に再ルーティングすることで、静的設定に伴う手動によるオーバーヘッドとエラーのリスクを排除します。

    • 内部ゲートウェイプロトコル（OSPF、EIGRP、IS-IS）は自律システム内のルーティングを処理し、BGPはインターネットを介した自律システム間のルーティングを管理します。

    • メトリックと管理距離は連携して機能し、複数のプロトコルが同時に実行されている場合でも、ルーターが最適なパスを選択できるようにします。

    • 環境に応じて距離ベクトル方式とリンクステート方式のどちらを選択するかを決める前に、プロトコルの基本を理解するために時間を費やしてください。

    動的ルーティングプロトコルのガイド

    動的ルーティングプロトコルは、ルーター間でルーティング情報を自動的に交換します。これにより、ネットワークトポロジーは変化する状況に適応し、手動による介入なしに効率的で冗長なルーティングを維持できます。また、複雑なルーティングシナリオを処理するために必要な管理上のオーバーヘッドが比較的少ないため、ネットワークの管理、運用、構成において非常に有用です。トポロジー内でルーティングを静的に設定する場合と比較して、動的ルーティングプロトコルを導入することで、ネットワークのスケーラビリティが大幅に向上します。

    最初の動的ルーティングプロトコルは、1982年にエリック・C・ローゼンによって発表された外部ゲートウェイプロトコル（EGP）でした。それ以来、より高度なプロトコルが数多く開発されてきました。現在最も広く使用されているRIPv2、EIGRP、OSPF、IS-IS、BGPなどのプロトコルについては、以下の章で解説します。

    これらのプロトコルの仕組みを理解することは、ネットワークの状態やルーティングのパフォーマンスを監視するチームにとって不可欠です。LogicMonitorは、BGPピアリングの状態、ネットワークパスのパフォーマンス、ルーティングプロトコルのステータスを1つの画面に表示することで、チームがルーティングの問題がエンドユーザーに到達する前に発見するための情報を提供します。

    ルーティングとルーティングテーブルの概要

    ルーターは、IPパケットを受信し、送信先を決定し、宛先に向けて送信する役割を担います。このプロセスは、IP転送またはルーティングと呼ばれます。

    このタスクを実行するために、ルータはルーティングテーブルを調べて、パケットが送信されるインターフェースを決定します。ルーティングテーブルは各ルータのメモリに格納されており、直接接続されているネットワークに関する情報や、ルータが静的に把握している、または動的に学習した経路情報が含まれています。

    スタティックルーティング

    ルーティングデバイス上で静的ルートを手動で設定します。

    このルーティング情報はルーティングテーブルに固定されているため、ネットワークイベントやネットワークの変更があっても変わりません。

    利点と制限

    静的ルーティングにはいくつかの利点があり、状況によっては使用すべき場合もあります。しかし、静的ルーティングには限界があり、そのため動的ルーティングが開発されました。

    例えば、スタティックルーティングでは、次のホップを決定するためのアルゴリズムが実行されないため、CPUとメモリのリソース消費は最小限に抑えられます。ルーターが2台または3台しかない小規模ネットワークでは、経路固有のパケットがどの経路を通るべきかという選択肢は限られています。このような場合、スタティックルーティングの実装で十分であり、多くの場合、実装も容易です。

    しかし、ネットワークが拡大し、特定の宛先への経路が増えるにつれて、静的ルーティングの管理はますます困難になります。ネットワークトポロジーにわずかな変更があっただけでも、すべてのルーターの大規模な再構成が必要となり、このような構成はエラーが発生しやすくなります。ネットワーク障害が発生した場合、静的ルーティングはトラフィックを動的に再ルーティングしないため、ネットワークの信頼性が低下します。

    静的ルーティングのメリットとデメリットを以下の表にまとめます。

    優位性デメリット
    CPUとメモリのリソース使用量を最小限に抑える大規模ネットワークにおける構成の複雑さ
    小規模ネットワークでの容易な実装障害が発生した場合は、交通の流れを変更するために手動による介入が必要となる。
    次のホップが同じなので予測可能です設定エラーが発生しやすい

    動的ルーティング

    動的ルーティングとは、ルーターがルーティング情報を交換してネットワーク機器間の最適な経路を決定する仕組みです。ルーティングプロトコルは、ネットワーク経路を識別し、通知するために使用されます。

    動的ルーティングプロトコルは、障害発生時にトラフィックを迂回させるための人的介入の必要性、経路情報の入力時に発生するエラー、そしてテキストファイルで一人の人間が追跡できる経路数の制限といった欠点を解消するために設計されました。しかし、これらの利点は、ルーターに相当な計算能力が必要となること、そしてルーティングアルゴリズムの制御に特化したネットワーク管理者を育成する必要があるという代償を伴います。

    ルーティングプロトコルの基礎

    動的ルーティングは、ルーティングデバイス間でルーティング情報を交換するルーティングプロトコルを使用します。ルーティングプロトコルは以下の機能を実行します。

    • リモートネットワークの検出
    • リモートネットワークへの最適な経路計算
    • ルーティングテーブルを更新しています
    • 現在の最適経路が失敗した場合に、新しい最適経路を再計算する

    ルーティングプロトコルを使用する場合、スタティックルーティングよりも管理上の負担は少なくなります。ただし、ルーティングプロトコルを実行するには、追加のCPUリソースとメモリリソースが必要になります。

    ルーティングプロトコルは、以下の特性に基づいて比較できます。

    • スケーラビリティ： 特定のルーティングプロトコルを使用した場合、ネットワークの規模はどのくらいになるか
    • 収束速度: ルーターがルーティング情報を交換して一貫性のある情報状態を達成する速度
    • 複雑： 特定のルーティングプロトコルを実装および運用するために必要な知識レベル
    • リソース使用量： プロトコルを実行するために必要なCPUとメモリのリソース

    ルーティングプロトコルの種類

    動的ルーティングプロトコルは、内部ゲートウェイプロトコル（IGP）と外部ゲートウェイプロトコル（EGP）の2つのカテゴリに分類されます。内部ゲートウェイプロトコルは特定の自律システム（AS）内で動作し、外部ゲートウェイプロトコルはAS間で動作します。自律システムとは、共通の管理と共通のルーティングポリシーを持つルーターの集合です。

    「外部ゲートウェイプロトコル」という用語は、同名の特定のプロトコルである外部ゲートウェイプロトコル（EGP）と混同してはならない。EGP自体は、後継プロトコルであるBGPと並んで、外部ゲートウェイプロトコルの一例である。

    内部ゲートウェイプロトコルは、その動作に基づいて、さらに距離ベクトル型プロトコルとリンクステート型プロトコルに分類できます。

    • 距離ベクトル型ルーティングプロトコルを使用するルーターは、ネットワークトポロジーを認識しません。ルーターが認識できるのは、直接接続されているネットワークと、隣接ルーターを介して到達可能なリモートネットワークのみです。
    • リンクステートプロトコルはより複雑で、それを使用するルーターはネットワークトポロジーを認識している。

    現在使用されている唯一の外部ゲートウェイプロトコルは、ボーダーゲートウェイプロトコル（BGP）であり、これはインターネットにおける事実上のドメイン間ルーティングプロトコルの標準となっています。BGPはパスベクタープロトコルです。その前身であるEGPはもはや使用されておらず、旧式とみなされています。

    最も一般的に使用されているルーティングプロトコルを以下の表に示します。

    プロトコル名内部ゲートウェイプロトコルか外部ゲートウェイプロトコルか？距離ベクトルプロトコルかリンクステートプロトコルか？
    ルーティング情報プロトコル（RIPv2）インテリア距離ベクトル
    拡張インテリア ゲートウェイ ルーティング プロトコル (EIGRP)インテリア距離ベクトル
    オープン最短パスファースト (OSPF)インテリアリンクステート
    中間システム間 (IS-IS)インテリアリンクステート
    ボーダーゲートウェイプロトコル（BGP）エクステリアパスベクトル

    RIPv2とEIGRPには、現在のソフトウェアリリースではサポートされなくなった前身となるバージョンが存在しました。

    メトリック

    ルーティングプロトコルの主な目的は、宛先への最適な経路を見つけることです。ルーターが単一のルーティングプロトコルを通じて宛先への複数の経路を学習することは珍しくないため、最適な経路を見つけるには、これらの経路を比較する必要があります。

    複数の経路の情報源が同じ場合（すべての経路が同じルーティングプロトコルを通じてルーターに認識されている場合）、ルーターはルーティングプロトコルのメトリックを使用して最適な経路を選択します。

    ルーティングプロトコルによって、メトリックの計算方法は異なります。あるルーティングプロトコルで計算されたメトリックは、別のルーティングプロトコルで計算されたメトリックと比較することはできません。メトリックの計算方法が異なるため、ルーティングプロトコルによって最適なパスの選択結果が異なる可能性があります。

    プロトコルによっては、メトリックの計算に単一の変数のみを使用するものもあれば、複数の変数を組み合わせて使用​​するものもあります。例えば、距離ベクトル型ルーティングプロトコルであるRIPv2は、メトリックとしてホップ数を使用します。ホップ数とは、ルーターとリモートネットワークの間に存在するルーターの数です。

    リンクステートルーティングプロトコルであるOSPFは、コストを指標として使用します。デフォルトでは、コストはリモート宛先に到達できるインターフェースの帯域幅に関連付けられています。

    BGPはIGPとは異なる動作をします。単一の自律システム内でルーティングを管理するのではなく、AS間でルーティング情報と到達可能性情報を交換します。BGPは一連の属性を評価することで最適なパスを決定し、そのパスを宛先ネットワークに到達するために経由するASのリストとして表現します。

    行政距離

    ルーターが異なるルーティングプロトコルから学習した2つのパスを持っている場合、各プロトコルがメトリックの計算方法が異なるため、メトリックを使用してそれらを直接比較することはできません。

    この場合、ルーターは管理距離（AD）を使用して最適なパスを決定します。ADは情報源の信頼性を示す指標であり、値が低いほど優れています。ADは0から255までの範囲で、0は接続された経路、255は到達不能な経路を示します。各ベンダーはルーティングプロトコルに独自の値を割り当てており、その値は他のベンダーによって異なる場合があります。

    経路の再分配と要約

    ネットワークでは単一のルーティングプロトコルを使用するのが望ましいものの、常にそれが可能とは限りません。その理由としては、特定のルーティングプロトコルをサポートしていないエンティティやルーティングデバイスの合併、あるいは異なる目的で異なるプロトコルを実装する場合などが挙げられます。例えば、AS内ではOSPFが使用され、AS間ではBGPが使用されるといったケースがあります。

    経路再配布とは、ルータが一方のプロトコルで学習した経路を、もう一方のプロトコルでアドバタイズすることです。経路再配布を実行するには、ルータは両方のルーティングプロトコルを実行する必要があり、かつ、それらの経路がルーティングテーブルに存在している必要があります。

    ネットワークが大規模化すると、ルーティングアップデートの規模が大きくなり、デバイスのリソース使用量と帯域幅の消費量が増加する可能性があります。ルート集約は、これらの問題を軽減するのに役立ちます。

    経路集約は、構成要素となる経路よりも詳細度が低く、複数の宛先ネットワークを含む単一の経路を作成します。例えば、10.0.0.0/16 は、10.0.0.0/24 と 10.0.1.0/24 の集約経路です。

    ルーティング集約が行われる場合、デフォルトではルーターは次のように動作します。

    • ルーターは、サマリールートに、最もメトリック値が低いコンポーネントルートと同じメトリック値を割り当てます。
    • コンポーネントの経路は公開されていません。
    • ルーティングテーブルにコンポーネントルートが存在しない場合、概要は表示されません。

    LogicMonitorを使えば、ユーザーからコードまで、ネットワーク全体を理解できます。

    ネットワーク全体でユーザーからコードまでの可視性を確保し、ルーティングの問題がユーザーに到達する前にチームが対処できるよう、状況を把握できるようにします。

    よくあるご質問

    距離ベクトル型ルーティングプロトコルとリンクステート型ルーティングプロトコルの違いは何ですか？

    距離ベクトル型プロトコル（RIPv2やEIGRPなど）は、ネットワーク全体のトポロジーを知らなくても、直接接続された隣接ノードからの情報に基づいてルーティングを決定します。一方、リンクステート型プロトコル（OSPFやIS-ISなど）は、ネットワークの完全なマップを作成するため、各宛先への最短経路をより正確に計算できます。リンクステート型プロトコルは収束が速い反面、より多くのCPUとメモリを必要とします。

    動的ルーティングではなく静的ルーティングを使用すべきなのはどのような場合ですか？

    静的ルーティングは、経路が予測可能で変化が少ない、ルーターが2～3台程度の小規模ネットワークで有効です。リソース消費量が少なく、設定も簡単です。しかし、ネットワークがルーター数台を超える規模に拡大したり、自動フェイルオーバーが必要になったりすると、動的ルーティングプロトコルが、静的設定では実現できない拡張性と耐障害性を提供​​します。

    BGPはなぜ内部ゲートウェイプロトコルとは異なるメトリックシステムを使用するのですか？

    BGPは自律システム間で動作し、インターネット上で組織の境界を越えてトラフィックをルーティングすることを目的としています。ホップ数やリンクコストといった単純な指標を用いる代わりに、BGPはパス長、ローカル優先度、発信元タイプなど、一連のパス属性を評価して最適なルートを決定します。このアプローチは、ドメイン間ルーティングにおけるポリシー主導型の性質を反映しており、ビジネス上の関係性やルーティングポリシーが、純粋なパフォーマンスと同様に重要視されることを示しています。

    経路再分配とは何ですか？また、どのような場合に必要になりますか？

    ルート再配布とは、あるルーティングプロトコルで学習したルートを別のプロトコルに共有するプロセスです。これは、ネットワークが複数のルーティングプロトコルを実行している場合に必要となります。このような状況は、合併後、異なるチームがインフラストラクチャの異なる部分を管理する場合、または特定の目的のために特定のプロトコルが選択されている場合（例えば、内部的にはOSPF、外部接続にはBGPなど）に発生します。再配布を実行するルーターは、両方のプロトコルを実行し、ルーティングテーブルにルートを保持している必要があります。

    デントン千倉著

    テクニカルライター

    デントン・チクラは、テクニカルライターであり、長年にわたりオブザーバビリティを推進してきた人物です。彼は、サイト信頼性エンジニアやエンジニアリングチームがインターネットの回復力を強化するツールや機能を発見できるよう支援することに注力しています。監視、パフォーマンス、インフラストラクチャの交差点で活動し、複雑なシステムをより理解しやすく使いやすいものにすることで、高度な技術的詳細と実際の運用とのギャップを埋めています。彼の目標は、チームがより迅速に構築し、問題を早期に発見し、よりスマートに復旧できるよう支援し、最終的にはインターネットをすべての人にとってより良く、より信頼性の高い場所にすることです。

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