初心者にも分かるIPパケットのルーティングの仕組み、意味、種類について

ルーティングとは

ルーティングとは、PC等が送信したIPパケットを、ルータ等のネットワーク機器が目的地(宛先IPアドレス)まで届ける作業のことです。

例えばPCがYahooのWebサイトを見るためには、PCからYahooのWebサーバまで、以下のようなネットワーク機器を経由していきます。

  • 自分の家のブロードバンドルータ
  • プロバイダ(ぷらら等)のネットワーク設備(複数のネットワーク機器から成る)
  • Yahooのネットワーク設備(同上)

上記のネットワーク機器一つ一つで、ルーティング作業が行われます。具体的には、各ネットワーク機器は『どのIPアドレスをどのネットワーク機器に転送すれば良いか』が書かれているルーティングテーブルを持っており、IPパケットが来たらIPパケットの中にある『宛先IPアドレス』とルーティングテーブルを見て、転送先を決定します。

ルーティングの必要性

ルーティングはレイヤー3の通信方法ですが、レイヤー2の通信方法だけだと何がいけないのでしょうか?簡単に言うと、レイヤー2だけで大規模ネットワークを構成すると、色々と効率が悪くなるからです。

家庭内等の小規模ネットワークであれば、L2スイッチだけでL2ネットワークを構築すれば事足りますが、大規模ネットワークをL2スイッチだけで組むと、そのネットワークの全範囲が同一ブロードキャストドメインとなり、各端末のARPテーブルのエントリ数が大量になり、また、L2スイッチのMACアドレステーブルのエントリ数も大量になります。

その結果、通信の効率がとても悪くなります

そこで、レイヤー2のネットワークを相互に結び、通信したい相手への経路を決定するような仕組みが必要になります。それを担うのがレイヤー3の役割であるルーティングです。

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ルーティングのイメージ

上図で、ルータ「192.168.0.0/24」と「172.16.0.0/16」に直結しているので(つまり、インタフェース上に、そのセグメントに所属するIPを持っているので)そのアドレス帯宛のパケットが飛んで来れば、ARPによる解決を行い、目的のIPへパケットを転送できます

しかし、「10.0.0.0/8」に関しては情報がありません。そこでルータへ、以下のStaticルートを設定します。

「10.0.0.0/8宛のパケットをL3スイッチへ転送する」

この設定がルーティングです。また、このとき、次の転送先であるL3スイッチを『ネクストホップ』と表現します。

レイヤー2は、私たちの周りは現在、たいていEthernetですが、PPPやPPPoE、フレームリレーやATM、HDLCなど様々なレイヤー2をルーティングで相互接続できます。

ルーティングの種類

ルーティングには主に3種類あります。

1. スタティックルート

これは各NW機器一つ一つに、『自分が知らないIPアドレス』を宛先毎に全て設定していく方式です。大規模NWだと手間はかかりますが、一度構築してしまえば一番安定して動作しますので、小中規模のネットワークでは1番多い方式です。

2. ダイナミックルーティング

これは各NW機器一つ一つに、『自分に設定されているIPアドレス』を設定し、隣のルータにそのルート情報を伝搬していく方式です。

スタティックルートと違い、設定は楽ですし、経路の自動切り替えによる冗長化が可能というメリットはありますが、設計は入念に行う必要があるのと、不具合によって予期せぬネットワーク障害を起こす可能性があるのがデメリットです。

RIPやOSPF、BGP等のルーティングプロトコルがこれにあたります。

3. ポリシーベースルーティング

これはルーティングを宛先IPだけでなく、送信元IPやTCP/UDPポート等で決定することができる方式です。

もう少し詳細をここに記載しています

ネットワーク基礎の勉強については、以下の書籍がお薦めです。

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