第 4 回ルーティング(1)

本日の内容

4-1. ホップバイホップルーティング
4-2. ネットワークインターフェイスの設定
4-3. スタティックルーティングとダイナミックルーティング

このドキュメントは http://edu.net.c.dendai.ac.jp/ 上で公開されています。

4-1. ホップバイホップルーティング

IP パケットは発信元と受信先のアドレスは持ってますが、経路の情報は持っていません。従って、経路上の各ルータはパケットの中継経路を決定しなければなりません。この各中継点で経路を決定するルーティング方式をホップバイホップルーティングと言います。これに対して送信元が経路を決定するルーティング方式をソースルーティングと言います。 IP パケットのルーティングには通常ホップバイホップルーティングが用いられます。

ホップバイホップルーティングではルーティングテーブルを参照して転送先を決めます。ルーティングテーブルはネットワークアドレス、サブネットマスク、転送先アドレス、使用インターフェイスなどが書かれています。以下は Windows 11 のルーティングテーブルの例です。

PS C:\Users\sakamoto> netstat -rn
===========================================================================
インターフェイス一覧
 18...00 ff f4 69 f1 70 ......ExpressVPN TAP Adapter
 16...04 0e 3c 38 4f 3c ......Realtek Gaming GbE Family Controller
  1...........................Software Loopback Interface 1
===========================================================================

IPv4 ルート テーブル
===========================================================================
アクティブ ルート:
ネットワーク宛先        ネットマスク          ゲートウェイ       インターフェイス  メトリック
          0.0.0.0          0.0.0.0     172.16.1.254     172.16.1.146     25
        127.0.0.0        255.0.0.0            リンク上         127.0.0.1    331
        127.0.0.1  255.255.255.255            リンク上         127.0.0.1    331
  127.255.255.255  255.255.255.255            リンク上         127.0.0.1    331
       172.16.1.0    255.255.255.0            リンク上      172.16.1.146    281
     172.16.1.146  255.255.255.255            リンク上      172.16.1.146    281
     172.16.1.255  255.255.255.255            リンク上      172.16.1.146    281
        224.0.0.0        240.0.0.0            リンク上         127.0.0.1    331
        224.0.0.0        240.0.0.0            リンク上      172.16.1.146    281
  255.255.255.255  255.255.255.255            リンク上         127.0.0.1    331
  255.255.255.255  255.255.255.255            リンク上      172.16.1.146    281
===========================================================================
固定ルート:
  なし

IPv6 ルート テーブル
===========================================================================
アクティブ ルート:
 If メトリック ネットワーク宛先      ゲートウェイ
  1    331 ::1/128                  リンク上
 16    281 fe80::/64                リンク上
 16    281 fe80::18c7:c147:bda7:2da7/128
                                    リンク上
  1    331 ff00::/8                 リンク上
 16    281 ff00::/8                 リンク上
===========================================================================
固定ルート:
  なし

さて、このルーティングテーブルを作成するにはどうすれば良いでしょうか?

4-2. ネットワークインターフェイスの設定

通常、ネットワークインターフェイスを設定すると、その情報は自動的にルーティングテーブルに記憶されます。従って、同一ネットワーク上の通信に関しては自動的にルーティングテーブルが設定されます。

現在のパソコンネットワークでは DHCP サーバというサーバが動いていて、パソコンを接続すると IP アドレスやルーティング情報などが送られてきて自動的にネットワークの設定が終了する仕組みになっています。つまり、 DHCP クライアントの設定がされているパソコンはネットワークにつなぐだけで、ネットワークの設定が終了するようになっています。

一方、手動でネットワークを設定するには次のようにやります。

Windows 11 の場合

設定を開きます。
ネットワークとインターネットを選びます
イーサネットなど、ネットワークインターフェースを選びます
IP割り当ての編集ボタンを押します
ポップアップメニューで、「自動(DHCP)」から「手動」に変更すると、IPv4 とIPv6の項目とスイッチが出てくるので、IPv4をオンにします
IPアドレス、サブネットマスク、ゲートウェイ、優先DNSの欄が出てくるので、それぞれ入力します
保存ボタンを押します

UNIX 系の場合

ifconfig インターフェイス名 IPアドレス netmask サブネットマスク broadcast ブロードキャストアドレスで設定する。

このようにすると、ルーティングテーブルには次の内容の行が追加されます。

ネットワークアドレス: IP アドレスとサブネットマスクの AND をとったもの
Netmask: サブネットマスクそのまま
Gateway: UNIX 系は 0.0.0.0。Windows では IP アドレス
Interface: 指定したインターフェイスまたは IP アドレス

4-3. スタティックルーティングとダイナミックルーティング

スタティックルーティングとはネットワークの状況の変化を考慮せずにルーティングテーブルを決定するものです。例えばルータやコンピュータが起動した時に設定を行うのはスタティックルーティングです。経路が一つしかない場合などはスタティックで十分です。また、単純なルーティングプロトコルでは計算できないような経路はスタティックで設定します。例えば、二点間に二本経路があり、ネットワークを分割して負荷を分散したいとか、セキュリティの問題などで、特定の回線を使用したくないなど、接続情報以外の理由で経路を決定したい時などです。

スタティックルートを設定するには route コマンドを使用します。 UNIX 系では route add -net ネットワークアドレス netmask サブネットマスク gw ゲートウェイアドレスとします。 Windows でもオプションの書き方が若干違いますが、同様の書式で設定します。ネットワークアドレスすべてを表すにはネットワークアドレス 0.0.0.0 サブネットマスク 0.0.0.0 を指定します。 UNIX 系では default というキーワードを使える場合があります。

一方、接続情報などに応じて経路を決定することをダイナミックルーティングと言います。ダイナミックルーティングは通常全てのルータが同じアルゴリズムで計算しますので、一箇所が故障しても全体のシステムの構成に大きな変更が発生しません。そのため、耐故障性に優れています。

先週 IP アドレスの説明でサブネットの説明をしました。組織内はサブネットの管理をしなければなりません。一方、組織外はクラスに基づいた大規模なルーティングテーブルを管理しなければなりません。そこで、組織内用ルーティングプロトコル(IGP INTERIOR GATEWAY PROTOCOLS) と組織外用ルーティングプロトコル(EGP EXTERIOR GATEWAY PROTOCOLS)は別々に開発されています。本講義では必要とされるネットワーク技術者の人数の差から、主に IGP に関して取り上げることにします。

代表的な IGP には RIP と OSPF があります。また、EGP には BGP が使われています。 RIP は距離ベクトル型、 OSPF はリンク状態型と呼ばれ、それぞれ異なる方式でルーティングテーブルを決定しています。

坂本直志 <sakamoto@c.dendai.ac.jp>
東京電機大学工学部情報通信工学科