Networkゼミ 特別講義 ～仕組みがわかればネットワークはもっと楽しくなる～ [IPルーティング編]

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1 Networkゼミ 特別講義 ～仕組みがわかればネットワークはもっと楽しくなる～ [IPルーティング編]
ネットワークゼミ特別講義 Networkゼミ　特別講義 ～仕組みがわかればネットワークはもっと楽しくなる～ [IPルーティング編] [IPルーティング]

2 この特別講義の位置づけ ネットワークゼミのメンバー用の講義であり、 インターネットの基盤となっている技術の基礎知識を 身につけるために行う。
ネットワークゼミ特別講義 この特別講義の位置づけ ネットワークゼミのメンバー用の講義であり、 インターネットの基盤となっている技術の基礎知識を 身につけるために行う。 TCP/IP編 TCP/IP(アプリケーション)編 IPマルチキャスト編 ネットワークプログラミング編 IPルーティング編 [IPルーティング]

3 本講義の目的 IP通信の仕組みを理解し、管理者向けの知識を習得する． 情報通信分野に携わる人間として最低限のネットワーク 知識を習得する．
ネットワークゼミ特別講義 本講義の目的 IP通信の仕組みを理解し、管理者向けの知識を習得する． 情報通信分野に携わる人間として最低限のネットワーク 知識を習得する． [IPルーティング]

4 IP通信に必要なもの MACアドレス(ARP) ルーティングテーブル
ネットワークゼミ特別講義 IP通信に必要なもの MACアドレス(ARP) IPアドレスだけでは通信できず，ローカルの通信に はMACアドレスが必要． MACアドレスとIPアドレスの変換(ARP)が必要 ルーティングテーブル 本講義で後述する． [IPルーティング]

5 IPアドレスとは何か インターネット上のホストがその時の所在を明ら かにした名前． 重複があってはならないネットワーク上の識別子．
ネットワークゼミ特別講義 IPアドレスとは何か インターネット上のホストがその時の所在を明ら かにした名前． 例: MACアドレス=　本名　松澤智史 IPアドレス= 所在　TUS S&T IS 助教（武田研) 重複があってはならないネットワーク上の識別子． [IPルーティング]

6 IPアドレスの基本 ネットワークとホストを表す． ネットワークアドレスとホストアドレスに分かれる．
ネットワークゼミ特別講義 IPアドレスの基本 ネットワークとホストを表す． ネットワークアドレスとホストアドレスに分かれる． 1つのネットワークで同じIPアドレスは使えない． [IPルーティング]

7 IPアドレスの基本(contd.) 10000101000111110110011100001010 (32bit) ↓
ネットワークゼミ特別講義 IPアドレスの基本(contd.) (32bit) ↓ ネットワークA ネットワークB ホストA ホストB ネットワークBのホストB宛のパケット [IPルーティング]

8 クラス ネットワークとホストをクラスでわける． (現在はほぼ使用されていない)
ネットワークゼミ特別講義 クラス ネットワークとホストをクラスでわける． 　　　　　(現在はほぼ使用されていない) クラスA(ネットワーク8bit): ～ ネットワーク数 126 ホスト数 クラスB (ネットワーク16bit): ～ ネットワーク数 ホスト数 65534 クラスC (ネットワーク32bit): ～ ネットワーク数 ホスト数 254 ※ プライベートアドレス LAN内に閉じられた範囲で自由に使えるアドレス クラスA: ～ クラスB: ～ クラスC: ～ 詳細はRFC3330参照 [IPルーティング]

9 サブネット Classless Inter-Domain Routing (CIDR) 効率的にIPアドレスを割り振ることができる．
ネットワークゼミ特別講義 サブネット Classless Inter-Domain Routing　(CIDR) 効率的にIPアドレスを割り振ることができる． サブネットマスクを用いる． 例： IPアドレス サブネットマスク AND演算をする ネットワークアドレス このネットワークは ～ メモ CIDRではIPアドレスの後ろに ネットワークアドレスの長さを /nと表記する． Ex /24 [IPルーティング]

10 スーパーネット 複数のネットワークを1つに集約することを言う． 後述するルーティングテーブルの情報を少なくできる． 例：
ネットワークゼミ特別講義 スーパーネット 複数のネットワークを1つに集約することを言う． 後述するルーティングテーブルの情報を少なくできる． 例： /24と /24と /24と /24は /22に集約できる． [IPルーティング]

11 ルーティング パケットを相手先まで転送することをルーティングという． ルータやコンピュータに搭載されたルーティングテーブルで 経路が決まる．
ネットワークゼミ特別講義 ルーティング パケットを相手先まで転送することをルーティングという． ルータやコンピュータに搭載されたルーティングテーブルで 経路が決まる． わからない宛先はデフォルトルートに転送する． ホストA /24 ホストB /24 /24 / /24 Destination Gateway Interface * eth0 Default eth0 Destination Gateway Interface * eth0 * eth1 Default eth2 Destination Gateway Interface * eth0 Default eth0 ※Defaultは と表記される場合もある [IPルーティング]

12 ルーティングの種類 スタティックルーティング ダイナミックルーティング 管理者が手動でルーティング情報を設定する．
ネットワークゼミ特別講義 ルーティングの種類 スタティックルーティング 管理者が手動でルーティング情報を設定する． ダイナミックルーティング 後述するルーティングプロトコルでルータ同士が情報 を交換しあってルーティング情報を設定する． [IPルーティング]

13 スタティックルーティング routeコマンドで設定する． Linux (unix系OS)の場合の例:
ネットワークゼミ特別講義 スタティックルーティング routeコマンドで設定する． Linux (unix系OS)の場合の例: # route add -net netmask dev eth0 # route add default gw Windowsの場合の例: > route ADD MASK IF2 [IPルーティング]

14 ルーティングプロトコル 経路情報をルータ同士で交換する． アルゴリズムの違いによって複数の種類がある．
ネットワークゼミ特別講義 ルーティングプロトコル 経路情報をルータ同士で交換する． アルゴリズムの違いによって複数の種類がある． RIP (Routing Information Protocol) OSPF (Open Shortest Path First) BGP (Border Gateway Protocol) ・・・ AS間通信などに利用 宛先ネットワークまでの距離を表す「メトリック」と いう値が割り出され，メトリックの小さい経路を最適 な経路とする． [IPルーティング]

15 RIP (Routing Information Protocol)
ネットワークゼミ特別講義 RIP (Routing Information Protocol) ほとんどのルータに搭載されているプロトコル． ルータが数台程度の時に利用される． 現在のバージョンは2．　(1はCIDR・手動集約経路未対応　) ディスタンスベクタ(Distance Vector)方式で制御する． 宛先 方向 距離 A 2 B 3 C - D 4 E 距離1 1 A B D 2 2 C E 3 Cのテーブル [IPルーティング]

16 RIP (Routing Information Protocol)
ネットワークゼミ特別講義 RIP (Routing Information Protocol) 経路交換の手順 IPアドレスとメトリックを隣接ルータと30秒ごとに交換(RIP advertisement)す る． 経路情報を受け取ったルータはメトリックを1足して追加する． 同じ宛先からの情報を受け取った場合はメトリックの小さい方を採用する． 宛先 GW メトリック N * 宛先 GW メトリック N C 1 ルータA ルータB ネットワークN 宛先 GW メトリック N B 2 ルータC [IPルーティング]

17 RIP (Routing Information Protocol)
ネットワークゼミ特別講義 RIP (Routing Information Protocol) 経路交換の手順 IPアドレスとメトリックを隣接ルータと30秒ごとに交換(RIP advertisement)す る． 経路情報を受け取ったルータはメトリックを1足して追加する． 同じ宛先からの情報を受け取った場合はメトリックの小さい方を採用する． 宛先 GW メトリック N * 宛先 GW メトリック N C 1 ルータA ルータB ネットワークN 宛先 GW メトリック N B 1 ルータC [IPルーティング]

18 RIP (Routing Information Protocol)
ネットワークゼミ特別講義 RIP (Routing Information Protocol) 経路がなくなった時の動作 ルータ間が切れた場合はタイムアウト(180秒)によってメトリックを16 にして通知する． 直接繋がっているネットワークが切断された場合はメトリックを16に して，即通知する．(Triggered Update) 宛先 GW メトリック N * 16 ルータA 宛先 GW メトリック N C 16 ルータB ネットワークN 宛先 GW メトリック N B 16 ルータC [IPルーティング]

19 OSPF (Open Shortest Path First)
ネットワークゼミ特別講義 OSPF (Open Shortest Path First) 大規模なネットワークに対応したルーティングプロトコル． 収束が早い． 回線帯域を考慮した経路制御が可能． 複雑なため安価なルータには実装されてないケースもある． リンクステート(Link State)方式を用いて経路を計算する． 10 +10 A C A C コスト10 +10 +10 10 110 +100 100 B D D 10 B D D 50 10 +50 115 +10 125 55 10 50 +55 +10 E F G H E F G H 60 120 ネットワークの構成とコスト ルータAを頂点とした最短パスツリー [IPルーティング]

20 OSPF (Open Shortest Path First)
ネットワークゼミ特別講義 OSPF (Open Shortest Path First) コストとホップの違い RIPの場合 OSPFの場合 1000Mbps 1000Mbps 1Mbps 1000Mbps 1000Mbps 1Mbps ※ Ciscoルータはデフォルトでコストを100÷*Mbpsとしている [IPルーティング]

21 OSPF (Open Shortest Path First)
ネットワークゼミ特別講義 OSPF (Open Shortest Path First) ルータを識別する方法 32bitのルータIDを用いる．(明示的に設定しなければIPアドレスの いずれかが選択される．) OSPFルータ同士の通信 OSPF自身が再送制御などのトランスポート層プロトコルの機能を 持っている． 経路広告にマルチキャストを利用している． ルータ間で主従関係を構成する． [IPルーティング]

22 OSPF (Open Shortest Path First)
ネットワークゼミ特別講義 OSPF (Open Shortest Path First) OSPFパケットタイプ Hello 隣接関係の確立と維持． DD トポロジデータベースの内容を説明．隣接関係の確立時に使用． LSA 2つのルータ間のリンク状態をまとめた特殊なパケット．後述． LSU LSRへの応答．LSA情報を含む． LSR 隣接ルータにトポロジデータベースの一部を要求． LSAck 確認応答． [IPルーティング]

23 OSPF (Open Shortest Path First)
ネットワークゼミ特別講義 OSPF (Open Shortest Path First) 　OSPFの動作のフロー LSA (Link State Advertisement) リンクステート広告 DD (Database Descriptionパケット 各ルータの持っているLSAを要約したもの Fullになったら集めたLSAを元に 経路計算を行い， 新しいルーティングテーブルを構築する． (Dijkstraアルゴリズムを使用) Init Init 隣接関係 2way 2way Hello パケット ExStart ExStart DD (Database Description)送付 Exchange Exchange Loading Loading LSA (Link State Advertisement)要求 足りないLSAを要求 Full Full LSA (Link State Advertisement)送付 すべてのLSAが揃う [IPルーティング]

24 OSPF (Open Shortest Path First)
ネットワークゼミ特別講義 OSPF (Open Shortest Path First) 隣接関係の確立 効率的な関係を結ぶために，OSPFではDR (Designated Router)とBDR (Backup DR)を設けている． 各ルータはDRとBDRに強い隣接関係を結ぶ． DR/BDRの選択には管理者の設定したプライオリティの値を参照す る． DR D D A E A E B C BDR B C [IPルーティング]

25 OSPF (Open Shortest Path First)
ネットワークゼミ特別講義 OSPF (Open Shortest Path First) LSAの種類 タイプ1 LSA: ルータLSA ルータに関する情報が格納．LSAを生成したルータが接続しているリンクに対す る状態とコストを示すために使用される． タイプ2 LSA: ネットワークLSA ネットワークに関する情報が格納．そのネットワークのサブネットマスクと ネットワークに繋がっているルータIDが羅列されている． タイプ3 LSA: サマリーLSA(IPネットワーク) エリアの外部のネットワーク情報を通知(エリア内のみ) タイプ4 LSA: サマリーLSA(AS境界) ASBRの情報を通知(エリア内のみ) タイプ5 LSA: AS外部LSA 3～5はエリア分割で使用される． [IPルーティング]

26 OSPF (Open Shortest Path First)
ネットワークゼミ特別講義 OSPF (Open Shortest Path First) ネットワーク構成が変化した場合 Helloパケットを利用するケース Helloパケットは10秒に1度流れるが40秒間途絶えた場合，ルータが停止 したと判断し，そのルータのLSAを削除する． 直接トポロジ変化を検知したケース DBからリンクダウンしたネットワークのLSAを削除し，即座にDRとBDR に通知する． DRは配下のルータに対してトポロジ変更があった旨の通知を送信する． [IPルーティング]

27 ルータの種類 コアルータ エッジルータ アクセスルータ(リモートルータ，WANルータ) ローカルルータ(LANルータ) ブロードバンドルータ
ネットワークゼミ特別講義 ルータの種類 コアルータ 放射状のスター型トポロジを持つネットワークの中で，中心部に位置するルータ エッジルータ 放射状のスター型トポロジを持つネットワークの中で，末端部に位置するルータ アクセスルータ(リモートルータ，WANルータ) ISDN，高速デジタル専用線，フレームリレー，ATMなどのWANインターフェース を搭載しているルータ．ISDNルータやATMルータなどと呼ばれることもある． ローカルルータ(LANルータ) 大規模LANのトラフィック軽減のために誕生． ブロードバンドルータ ADSL/CATV/光インターネット接続に対応したローカルルータorアクセスルータ ダイヤルアップルータ WAN回線にISDNや音声電話網などを使用する．PPP，パケットフィルタなどを搭 載している． [IPルーティング]

28 アクセスルータに搭載されている機能 パケットフィルタリング NAT (Network Address Translation)
ネットワークゼミ特別講義 アクセスルータに搭載されている機能 パケットフィルタリング ルータを通過しようとするパケットを精査し，あらかじめ設定 されたポリシー(TCP/UDP/ICMPなどのプロトコルの種類や送信 元・宛先アドレスなど)に従ってパケットの通過の可否を決定 する． NAT (Network Address Translation) LANからインターネットに送出されるパケットがルータを通過 する際にパケットの送信元のアドレスを書き換える． IPマスカレード LAN内をプライベートアドレスにしておき，LANからインター ネットに送出されるパケットがルータを通過する際，送信元ア ドレスとポート番号を書き換える． VPN (Virtual Private Network) トンネリング機能と暗号化機能を使用し，拠点間接続をイン ターネット上で行う． [IPルーティング]

29 NATとIPマスカレードの違い NAT IPマスカレード 133.31.103.10 133.31.103.11 133.31.103.10
ネットワークゼミ特別講義 NATとIPマスカレードの違い NAT IPマスカレード ポート 22252 ポート 32245 [IPルーティング]

30 VPN 物理接続 トンネリング 論理接続 インターネット LAN A LAN B インターネット LAN A LAN B アクセスルータ
ネットワークゼミ特別講義 VPN 物理接続 インターネット トンネリング アクセスルータ アクセスルータ LAN A LAN B インターネット 論理接続 アクセスルータ アクセスルータ LAN A LAN B [IPルーティング]