知識共有: 管理距離と最大ホップ数の違いに関するルーティングアルゴリズムの分析

管理距離は、ルーティング プロトコルの優先度を表す人工的に指定された数値です。数値が小さいほど、ルーティング プロトコルによってアナウンスされるルートの優先度が高くなります。例えば、スタティックルーティングのデフォルトのアドミニストレーティブディスタンスは 0 で、RIP は 120 です。あるネットワークセグメントへの経路広告がこの 2 つから同時に広告された場合、スタティックルーティングによって広告されたパスが使用されます。

最大ホップ数は主に距離ベクトル ルーティング プロトコル用であり、このようなルーティング プロトコルがルーティング通知を送信できるルーターの最大数を指します。たとえば、RIP の最大ホップ数が 15 の場合、RIP プロトコルによってアナウンスされたルートは、ルーターを 15 回しか通過できません (繰り返し通過する場合は 1 回としてカウントされます)。16 回目にルーターに到達した場合、ルーターは送信されたルートが到達不能であるとみなします。

ルーティングは静的ルーティングと動的ルーティングに分けられ、それぞれに対応するルーティング テーブルは静的ルーティング テーブルと動的ルーティング テーブルと呼ばれます。静的ルーティング テーブルは、システムのインストール時にネットワーク構成に基づいてネットワーク管理者によって事前に設定されます。ネットワーク管理者は、ネットワーク構造が変更されたときにルーティング テーブルを手動で変更します。動的ルーティングは、ネットワークの動作状況に応じて変化します。ルータは、ルーティング プロトコルが提供する機能に基づいて、データ転送に最適なパスを自動的に計算し、動的ルーティング テーブルを取得します。

ルーティング アルゴリズムに応じて、動的ルーティング プロトコルは、距離ベクトル ルーティング プロトコル (Distance Vector Routing Protocol) とリンク状態ルーティング プロトコル (Link State Routing Protocol) に分けられます。距離ベクトル ルーティング プロトコルはベルマンフォード アルゴリズムに基づいており、主に RIP と IGRP (IGRP は Cisco のプライベート プロトコル) が含まれます。リンク ステート ルーティング プロトコルは、グラフ理論で非常に有名なダイクストラ アルゴリズム、つまり OSPF などの最短パス優先 (SPF) アルゴリズムに基づいています。距離ベクトル ルーティング プロトコルでは、ルータはルーティング テーブルの一部またはすべてを隣接ルータに渡します。一方、リンク ステート ルーティング プロトコルでは、ルータは同じエリア内のすべてのルータにリンク ステート情報を渡します。自律システム (AS) 内のルーターの位置に応じて、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、ドメイン間ルーティング プロトコルとも呼ばれる) に分けられます。ドメイン間ルーティング プロトコルには、Exterior Gateway Protocol (EGP) と Border Gateway Protocol (BGP) の 2 種類があります。 EGP は単純なツリー トポロジ用に設計されており、ルーティング ループの処理やルーティング ポリシーの設定には明らかな欠点があります。現在は BGP に置き換えられています。

EIGRP はシスコ独自のプロトコルであり、距離ベクトル ルーティング プロトコルの特性を持ち、リンク ステート ルーティング プロトコルの利点を継承するハイブリッド プロトコルです。さまざまなルーティング プロトコルにはそれぞれ独自の特性があり、さまざまな種類のネットワークに適しています。それぞれ以下で説明します。

1. 静的ルーティング

静的ルーティング テーブルは、ルート選択が開始される前にネットワーク管理者によって作成され、ネットワーク管理者のみが変更できるため、ネットワーク伝送状態が比較的単純な環境にのみ適しています。静的ルーティングには次の特性があります。

静的ルーティングではルート交換が不要なので、ネットワーク帯域幅、CPU 使用率、ルーターのメモリを節約できます。

静的ルーティングはセキュリティが高くなります。静的ルーティングを使用するネットワークでは、ネットワークに接続するすべてのルータは、隣接するルータ上に対応するルートを設定する必要があります。したがって、ネットワークのセキュリティはある程度向上します。

DDR や NAT テクノロジを使用するネットワーク環境など、場合によっては静的ルーティングを使用する必要があります。

静的ルーティングには次の欠点があります。

管理者はネットワーク トポロジを正確に理解し、ルーティングを正しく構成する必要があります。

ネットワークのスケーラビリティが低い。ネットワークに新しいネットワークを追加する場合、管理者はすべてのルーターにルートを追加する必要があります。

設定は面倒で、特に通信が複数のルーターを経由する必要がある場合は、ルーティング設定がさらに複雑になります。

2. 動的ルーティング

動的ルーティング プロトコルは、距離ベクトル ルーティング プロトコルとリンク ステート ルーティング プロトコルに分けられます。これら 2 つのプロトコルにはそれぞれ独自の特徴があり、以下に説明します。

1. 距離ベクトル（DV）プロトコル

距離ベクトルとは、プロトコルがホップ カウントまたはベクトルを使用して、あるデバイスから別のデバイスまでの距離を決定することを指します。各ホップ リンクのレートは考慮されません。

距離ベクトル ルーティング プロトコルは通常のネイバー関係を使用せず、トポロジの変更とルート タイムアウトについて学習するために次の 2 つの方法を使用します。

· ルータが接続されたルータから直接ルーティング更新を受信できない場合。

· ルータがネイバーから更新を受信し、ネットワーク内のどこかでトポロジの変更が発生したことを通知します。

小規模ネットワーク (ルータが 100 台未満、またはルーティング更新と計算能力をあまり必要としない) では、距離ベクトル ルーティング プロトコルは非常にうまく機能します。小規模ネットワークが大規模ネットワークに拡張される場合、新しいルートを計算する際にアルゴリズムの収束が非常に遅くなり、計算プロセス中にネットワークが遷移状態になり、ループや一時的な輻輳が発生する可能性があります。さらに、ネットワークの基盤となるリンク テクノロジが多様で帯域幅が異なる場合、距離ベクトル アルゴリズムはこれを認識できません。

距離ベクトル ルーティング プロトコルのこの特性により、ネットワークの収束に遅延が発生するだけでなく、帯域幅も消費されます。ルーティング テーブルが大きくなるにつれて、CPU リソースとメモリの消費量が増加します。

2. リンクステート（LS）ルーティングプロトコル

リンクステート ルーティング プロトコルにはホップ カウントの制限がなく、「グラフ理論」アルゴリズムまたは最短パス優先アルゴリズムを使用します。

リンク ステート ルーティング プロトコルは、収束時間が短く、VLSM (可変長サブネット マスク) と CIDR をサポートします。

リンクステート ルーティング プロトコルは、直接接続されたルータ間の通常のネイバー関係を維持します。これにより、ルーティングの収束が速くなります。リンクステート ルーティング プロトコルは、セッション中に Hello パケット (リンクステート情報とも呼ばれる) を交換することでピア関係を作成し、ルーティングの収束を加速します。

距離ベクトル ルーティング プロトコルとは異なり、更新されるとルーティング テーブル全体が送信されます。リンクステート ルーティング プロトコルは、更新または変更されたネットワーク トポロジのみをブロードキャストするため、更新メッセージが小さくなり、帯域幅と CPU 使用率が節約されます。また、ネットワークに変更がない場合、更新パッケージは特定の時間内（通常は 30 分～ 2 時間）にのみ送信されます。

3. よく使われる動的ルーティングプロトコルの分析

RIP

RIP (ルーティング情報プロトコル) は、ルーター製造元間で使用された最初のオープン スタンダードであり、すべての IP ルーティング プラットフォームで利用できる最も普及したルーティング プロトコルです。 RIP を使用すると、Cisco ルータは他のメーカーのルータに接続できます。 RIP には、RIPv1 と RIPv2 の 2 つのバージョンがあります。どちらも、最大ホップ数が 15 の従来の距離ベクトル ルーティング アルゴリズムに基づいています。

RIPv1 はクラスフル ルーティング プロトコルです。ルートにはマスク情報が含まれていないため、ネットワーク上のすべてのデバイスは同じサブネット マスクを使用する必要があり、VLSM はサポートされません。 RIPv2 はサブネット マスク情報を送信でき、VLSM をサポートするクラスレス ルーティング プロトコルです。

RIP は UDP パケットを使用してルーティング情報を更新します。ルータは 30 秒ごとにルーティング情報を更新します。180 秒以内に隣接ルータから応答が受信されない場合、ルータは使用不可で到達不能であると見なされます。 240 秒経過してもルータから応答がない場合は、ルータのルーティング情報はルーティング テーブルから削除されます。

RIP には次の機能があります。

異なるメーカーのルーターを RIP 経由で相互接続できます。

· シンプルな構成。 · 小規模ネットワーク（15 ホップ未満）に適しています。

RIPv1 は VLSM をサポートしていません。

· WAN 帯域幅を消費します。

CPU およびメモリ リソースの消費が必要です。

RIP アルゴリズムはシンプルですが、パス数が多い場合の収束速度が遅く、ルーティング情報をブロードキャストする際に多くの帯域幅リソースを占有します。ネットワーク トポロジが比較的シンプルで、データ リンク障害率が極めて低い小規模ネットワークに適しています。大規模ネットワークでは、RIP は一般的に使用されません。 #p#

IGRP

IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) は、1980 年代に Cisco によって開発されました。これは、メトリック (ベクトル) を使用してネットワークへの最適なルートを決定し、遅延、帯域幅、信頼性、負荷に基づいて最適なルートを計算する、動的な長距離 (最大 255 ホップをサポート) ルーティング プロトコルです。同じ自律システム内でのスパンが高く、複雑なネットワークに適しています。 Cisco IOS では、ルータ管理者が IGRP ネットワーク帯域幅、遅延、信頼性、および負荷の重みを設定して、メトリックの計算に影響を与えることができます。

RIP と同様に、IGRP は UDP を使用してルーティング テーブル エントリを送信します。各ルータは 90 秒ごとにルーティング情報を更新します。270 秒以内にルータから応答が受信されない場合、ルータは到達不能とみなされます。630 秒以内に応答が受信されない場合、IGRP プロセスはルーティング テーブルからルートを削除します。

RIP と比較すると、IGRP は収束に時間がかかりますが、ルーティング情報の送信に必要な帯域幅が削減されます。また、IGRP パケット形式には空白バイトがないため、IGRP メッセージの効率が向上します。ただし、IGRP は Cisco 独自のものであり、Cisco 製品に限定されています。

IGRP の

ネットワークの規模が拡大し、ユーザーの需要が増大するにつれて、元の IGRP では不十分になったため、シスコは拡張 IGRP、つまり EIGRP を開発しました。 EIGRP は IGRP と同じルーティング アルゴリズムを使用しますが、リンク状態ルーティング プロトコルと距離ベクトル ルーティング プロトコルの利点を統合し、配布更新アルゴリズム (DUAL) を追加します。

EIGRP には次の機能があります。

高速収束。高速コンバージェンスは、ルーティング テーブル内のルートをバックアップすることによって実現される拡散更新アルゴリズムを使用して実現されます。つまり、宛先ネットワークへの最小コスト ルートと 2 番目に最小コストのルート (実行可能な後継ルートとも呼ばれます) がルーティング テーブルに保存されます。最小コストのルートが利用できない場合は、2 番目に最小コストのルートにすばやく切り替えられ、高速コンバージェンスの目的が達成されます。

帯域幅の消費量が削減されます。定期的にルーティング情報を交換する RIP や IGRP とは異なり、EIGRP は、宛先ネットワークのルーティング ステータスが変わった場合、またはルーティング メトリックが変わった場合にのみ、隣接する EIGRP ルータにルーティング更新を送信します。したがって、ルーティング更新に必要な帯域幅は、RIP や EIGRP よりもはるかに小さくなります。この方法はトリガーと呼ばれます。

ネットワークのサイズを拡大します。 RIP の場合、最大ネットワーク ホップは 15 ですが、EIGRP は最大 255 ホップをサポートします。

ルーターの CPU 使用率を削減します。ルーティング更新は、状態の変更を認識する必要がある隣接ルータにのみ送信され、増分更新を使用するため、EIGRP は IGRP よりも CPU の使用量が少なくなります。

可変長サブネットマスクをサポートします。

IGRP と EIGRP は自動的に移行できます。 IGRP ルートは自動的に EIGRP に再配布することができ、EIGRP もルートを IGRP に自動的に再配布することができます。必要に応じて、ルートの再配布をオフにすることもできます。

· EIGRP は 3 つのルーティング可能なプロトコル (IP、IPX、AppleTalk) をサポートします。

不等パスの負荷分散をサポートします。

EIGRP は Cisco が開発した専用プロトコルであるため、Cisco デバイスが他のメーカーのデバイスと相互接続されている場合、EIGRP は使用できません。

オペレーティングシステム

Open Shortest Path First (OSPF) プロトコルは、IP ネットワーク用に開発された内部ゲートウェイ ルーティング プロトコルであり、IETF によって開発および推奨されています。 OSPF プロトコルは、Hello プロトコル、交換プロトコル、拡散プロトコルの 3 つのサブプロトコルで構成されています。 Hello プロトコルは、リンクが使用可能かどうかを確認し、指定ルータとバックアップ指定ルータを完了する役割を担います。交換プロトコルは、「マスター」ルータと「スレーブ」ルータの指定を完了し、それぞれのルーティング データベース情報を交換します。拡散プロトコルは、各ルータのルーティング データベースの同期メンテナンスを完了します。

OSPF プロトコルには次の利点があります。

OSPF は、リンク ステート データベースでネットワーク全体を表現できるため、収束時間が大幅に短縮され、大規模な異種ネットワークの相互接続がサポートされます。異種ネットワークが同じプロトコルを介してネットワーク情報を交換する方法が提供され、ルーティング情報が不正確になる可能性が低くなります。 OSPF は同じ宛先への複数のパスをサポートします。

OSPF はルート ラベルを使用して、さまざまな外部ルートを区別します。

OSPF はルート認証をサポートしています。ルート認証に合格したルータだけがルート情報を交換できます。エリアごとに異なる認証方法を定義できるため、ネットワークのセキュリティが向上します。

OSPF は、等コストの複数のリンクでの負荷分散をサポートします。

OSPF は非分類ルーティング プロトコルです。ルーティング情報はホップ数によって制限されないため、階層型ルーティングによって発生するサブネット分離の問題が軽減されます。

OSPF は VLSM と非ファミリ ルーティング テーブルの検索をサポートしており、ネットワーク アドレスの効率的な管理に役立ちます。

OSPF は AREA を使用してネットワークを階層化し、プロトコルの CPU 処理時間とメモリ要件を削減します。

4.5 BGP

BGP はインターネットに接続するために使用されます。 BGPv4 は外部ルーティング プロトコルです。これは高度な距離ベクトル ルーティング プロトコルと考えることができます。

BGP ネットワークでは、ネットワークを複数の自律システムに分割できます。 eBGP は自律システム間でルートをブロードキャストするために使用され、iBGP は自律システム内でそのネットワーク内のルートをブロードキャストするために使用されます。

インターネットは、相互接続された複数のビジネス ネットワークで構成されています。すべての企業ネットワークまたは ISP は、自律システム番号 (ASN) を定義する必要があります。これらの自律システム番号は、IANA (Internet Assigned Numbers Authority) によって割り当てられます。利用可能な自律システム番号は 65535 個あり、そのうち 65512 から 65535 はプライベート使用のために予約されています。この番号により、ルーティング情報を共有するときに階層化された方法でメンテナンスを行うこともできます。

BGP は信頼性の高いセッション管理を使用し、TCP のポート 179 を使用して、ネイバーへの更新メッセージとキープアライブ メッセージをトリガーし、BGP ルーティング テーブルを伝播および更新します。

BGPネットワークでは、自律システムは次のようになります。1. スタブAS

入口と出口が 1 つずつしかないネットワーク。

2. トランジットAS

データが 1 つの AS から別の AS に移動する場合、トランジット AS を通過する必要があります。

企業ネットワークに複数の AS がある場合は、企業ネットワークに Transit AS を設定できます。

IGP と BGP の最大の違いは、プロトコルを実行するデバイス間で渡される追加情報の総量です。 IGP で使用されるルーティング更新パケットは、BGP で使用されるものよりも小さくなります (そのため、BGP はより多くのルーティング属性を持ちます)。 BGP は特定のルートに多くの属性を添付できます。

BGP を実行している 2 台のルータが TCP ポート 179 を使用して動的ルーティング情報を交換するために通信を開始すると、接続指向の通信 (セッション) に依存します。

BGP は、接続状態を提供するために接続指向の TCP セッションに依存する必要があります。 BGP は Keepalive 情報を使用できないためです (ただし、Keepalive 情報は通常のヘッダーに保存され、ルータがセッションがアクティブかどうかを確認できるようにします)。標準キープアライブは、TCP セッションを使用せずに回線を介して 1 つのルータから別のルータに送信されるメッセージです。ルータは回線上のこれらの信号を使用して、エラーがないこと、または回線が見つからないことを確認します。場合によっては、BGP が必要になります。

ある AS から別の AS にトラフィックを送信する必要がある場合。

ネットワークから流出するデータを手動で管理する必要がある場合。

2 つ以上の ISP、NAP (ネットワーク アクセス ポイント)、交換ポイントを接続する場合。

BGPは次の3つの状況では使用できません

ルータが BGP に必要な大規模なルーティング テーブルをサポートしていない場合;

インターネットへの接続が 1 つしかない場合は、デフォルト ルートが使用されます。

ネットワークに必要なデータ（BGP ルーティング テーブルを含む）を送信するのに十分な帯域幅がない場合。