4. OSPF_基礎

本日の研修では、ルーティングプロトコルの一つであるOSPF（Open Shortest Path First）について、実機演習を交えながら学んでいきます。特に、ネットワークの基礎となるスタティックルーティングとの違いを理解することで、OSPFの特徴やメリットをより深く掴んでいきましょう。

本日の研修目標:

• 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（特にOSPF）の違いを説明できるようになる。
• 障害発生時の動作の違いを通じて、それぞれのメリット・デメリットを具体的に理解する。
• OSPFの基本的な仕組み（ネイバー、LSA、SPF、エリアなど）を理解する。
• 簡単なネットワーク構成でOSPFの初期設定ができるようになる。
• 実機演習を通じて、設定や動作確認の基本操作を習得する。

研修スケジュール（目安）:

1. イントロダクション (10分)
   • 研修の目的とゴール
2. ルーティングの基礎 (30分)
   • ルータの役割とルーティングテーブル
   • スタティックルーティング vs ダイナミックルーティング
   • 問題提起：経路障害発生時の違いを考える
3. OSPF入門 (40分)
   • OSPFとは？ (特徴、リンクステート型)
   • OSPFの仕組み (Helloパケット、ネイバー、LSA、SPFアルゴリズム、コスト、エリア)
   • ルータID、DR/BDR
4. OSPF設定演習 (60分)
   • 基本的なOSPF設定コマンド
   • 設定投入と確認コマンド (show ip ospf neighbor など)
   • 疎通確認 (ping)
5. まとめ (15分)
   • 本日の振り返り

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1. ルーティングの基礎：スタティック vs ダイナミック

まず、ルータがどのようにしてパケットを宛先ネットワークまで届けるか思い出してみましょう。ルータは「ルーティングテーブル」という経路情報リストを持っており、宛先IPアドレスと照らし合わせて最適な経路を判断します。

このルーティングテーブルの作成方法には、大きく分けて2種類あります。

スタティックルーティング

• 設定方法: ネットワーク管理者が手動で経路情報を一つ一つ登録します。
• メリット: 管理者が意図した通りの経路制御が可能、ルータ負荷が小さい。
• デメリット: ネットワーク変更時に手動更新が必要、大規模NWでは管理負荷大。

ダイナミックルーティング

• 設定方法: ルータ同士が「ルーティングプロトコル」を使って経路情報を自動的に交換・学習します。OSPFはこの仲間です。
• メリット: ネットワーク変更に自動対応、大規模NWでも管理負荷を軽減。
• デメリット: ルータ負荷あり、帯域消費あり、プロトコル理解が必要。
  

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考えてみよう：経路障害発生時の違い

ここで、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の大きな違いを、具体的なシナリオで考えてみましょう。

シナリオ説明:

PC-A から PC-B へ通信したい状況を考えます。各機器の接続関係は以下の通りです。

• 登場する機器:
  • PC-A (送信元PC、例: IPアドレス 192.168.1.10/24)
  • PC-B (宛先PC、例: IPアドレス 192.168.2.10/24)
  • RT1 (ルータ1)
  • RT2 (ルータ2)
  • RT3 (ルータ3、迂回経路用)
• ネットワーク構成:
  • PC-A は RT1 の特定のインターフェース（例: 192.168.1.1/24）に直接接続されています。RT1はこの 192.168.1.0/24 ネットワークを知っています。
  • PC-B は RT2 の特定のインターフェース（例: 192.168.2.1/24）に直接接続されています。RT2はこの 192.168.2.0/24 ネットワークを知っています。
• RT1とRT2間の接続:
  • 経路1 (主経路): RT1 と RT2 は、高速な回線で直接接続されています (例: ネットワーク 10.1.1.0/30、コスト小)。
    • 構成イメージ: PC-A --- RT1 ===(直接:経路1)=== RT2 --- PC-B
  • 経路2 (迂回経路): RT1 と RT2 は、RT3 を経由する低速な回線でも接続されています (例: RT1-RT3間 10.1.2.0/30、RT3-RT2間 10.1.3.0/30、コスト大)。
    • 構成イメージ: PC-A --- RT1 --- RT3 --- RT2 --- PC-B
      
      問題提起 1：スタティックルーティングの場合

あなたがネットワーク管理者だとします。

1. 初期設定: PC-A (192.168.1.10/24) から PC-B (192.168.2.10/24) への通信のため、RT1とRT2にスタティックルートを設定します。RT1 は PC-B の属するネットワーク 192.168.2.0/24 への経路を、RT2 は PC-A の属するネットワーク 192.168.1.0/24 への経路を、通常は最適な「経路1」経由で設定するでしょう。
   • RT1の設定例: ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 [RT2の経路1側IPアドレス]
   • RT2の設定例: ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 [RT1の経路1側IPアドレス]
2. 障害発生: ある日突然、経路1の回線（RT1とRT2を直接結ぶ回線）が切断されました！
3. 考えてみましょう:
   • この瞬間、PC-AからPC-Bへの通信はどうなりますか？
   • 通信を復旧させるために、管理者は何をしなければなりませんか？
   • もし経路2を使うためのスタティックルートをあらかじめ追加していた場合、自動的に切り替わるでしょうか？ そのためにはどのような設定が必要でしょうか？

問題提起 2：ダイナミックルーティング（OSPF）の場合

次に、同じ構成でOSPFが動作している場合を考えます。RT1, RT2, RT3 すべてでOSPFが設定されており、各ルータは自身に直接接続されたネットワーク（RT1は192.168.1.0/24と経路1・経路2のセグメント、RT2は192.168.2.0/24と経路1・経路2のセグメント、RT3は経路2の2つのセグメント）をOSPFで広告しているとします。OSPFによって経路1と経路2の両方の情報が交換されているとします。

1. 通常時: OSPFはコスト値を比較し、自動的に「経路1」をPC-Bのネットワーク (192.168.2.0/24) への最適経路として選択し、RT1のルーティングテーブルに登録しています (RT2側も同様)。
2. 障害発生: 先ほどと同じように、経路1の回線（RT1とRT2を直接結ぶ回線）が切断されました！
3. 考えてみましょう:
   • この瞬間、PC-AからPC-Bへの通信はどうなりますか？
   • OSPFはどのようにこの状況を検知し、対応するでしょうか？（経路2へ自動的に切り替わるかなど）
   • 管理者は何か手動で操作する必要があるでしょうか？

議論のポイント:

• 障害発生時の通信断時間はどちらが短いと予想されますか？
• 障害復旧のための管理者の手間はどのように違いますか？
• ネットワークの**可用性（止まりにくさ）**は、どちらの方式が高いと言えるでしょうか？

このシナリオを通じて、スタティックルーティングのシンプルさと管理の手間、ダイナミックルーティングの自動復旧能力とそのための仕組みの複雑さ（ただし設定後は自動）という対比が見えてくるはずです。

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2. OSPF入門

OSPF (Open Shortest Path First) は、IGP (Interior Gateway Protocol) に分類される代表的なルーティングプロトコルです。IGPは、一つの管理組織が運用するネットワーク（AS: Autonomous System）の内部で経路情報を交換するために使われます。

OSPFの特徴：リンクステート型

OSPFは「リンクステート型」のルーティングプロトコルです。

• 仕組み: 各ルータが自身の接続情報（リンク状態）をLSA (Link State Advertisement) という情報にして、エリア内の他のルータと交換します。

• データベース: 交換したLSAを集めて、LSDB (Link State Database) という、ネットワーク全体の接続図（トポロジーデータベース）を各ルータが持ちます。

• 経路計算: 各ルータは、このLSDBを基にSPF (Shortest Path First) アルゴリズム（ダイクストラ法とも呼ばれます）を実行し、自身を起点とした宛先ネットワークへの最短経路を計算してルーティングテーブルに登録します。

これは、全員が同じネットワーク地図を持っていて、現在地から目的地までの最短ルートをそれぞれ計算するようなイメージです。ディスタンスベクター型（RIPなど）が隣接ルータからの情報だけを頼りにする方式なのに対し、リンクステート型はネットワーク全体の情報を把握して最適経路を判断します。

OSPFの主要な要素

• Helloパケットとネイバー: OSPFルータは定期的にHelloパケットを送り合い、隣接するOSPFルータ（ネイバー）を発見し、関係（ネイバー関係）を確立・維持します。

• ルータID: OSPFネットワーク内で各ルータを一意に識別するための32ビットの番号です。通常、ルータに設定されたIPアドレスの中で最も大きいものが自動的に選ばれますが、ループバックインターフェースのIPアドレスや手動での設定が推奨されます。

• DRとBDR: ブロードキャストやNBMAといったマルチアクセスネットワークでは、LSAの交換を効率化するためにDR (Designated Router) とBDR (Backup Designated Router) が選出されます。DRが代表してLSAの交換を管理し、BDRはそのバックアップとして機能します。

• コスト: OSPFが最適経路を選ぶ際の基準（メトリック）です。デフォルトではインターフェースの帯域幅に基づいて自動計算され（参照帯域幅 / インターフェース帯域幅）、帯域幅が広いほどコスト値は小さくなります（=優先度が高い）。宛先までの各リンクのコストの合計値が最小の経路が最適経路と判断されます。コストが同じ経路が複数ある場合は、負荷分散（ECMP: Equal Cost Multi Path）を行います。

• エリア: 大規模なネットワークでOSPFを運用する場合、ネットワークを「エリア」と呼ばれる論理的なグループに分割します。これにより、LSDBのサイズが小さくなり、SPF計算の負荷が軽減され、ネットワーク変更の影響範囲を限定できます。すべてのエリアはバックボーンエリア（エリア0）に直接または間接的に接続する必要があります。エリア間の境界に位置するルータをABR (Area Border Router) と呼びます。

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3. OSPF設定演習

ここでは、簡単な構成でOSPFを設定する基本的な手順を見ていきましょう。

基本設定コマンド

1. OSPFプロセスの有効化:

   Router(config)# router ospf <プロセスID>
   

   • <プロセスID> はルータ内でOSPFプロセスを識別する番号（1～65535）で、ルータローカルで意味を持ちます。他のルータと一致させる必要はありません。

2. OSPFを有効にするネットワーク（インターフェース）の指定:

   Router(config-router)# network <ネットワークアドレス> <ワイルドカードマスク> area <エリアID>
   

   • <ネットワークアドレス> と <ワイルドカードマスク> で、OSPFを有効にするインターフェース（そのインターフェースが含まれるネットワークセグメント）を指定します。
     • ワイルドカードマスクは、サブネットマスクのビットを反転させたものです（例: 255.255.255.0 → 0.0.0.255）。IPアドレスのどの部分を検査対象とするかを指定します。特定のインターフェースを指定する場合は 0.0.0.0 を使用することも可能です（例: network 192.168.1.1 0.0.0.0 area 0）。
   • <エリアID> で、そのインターフェースが所属するOSPFエリアを指定します。シングルエリア構成では通常 area 0 を使用します。

3. (推奨) ルータIDの設定:

   Router(config-router)# router-id <ルータID>
   

   • <ルータID> をIPアドレス形式（例: 1.1.1.1）で手動設定します。一意性を保つため、手動設定が推奨されます。
   • 設定変更を有効にするには、通常OSPFプロセスを再起動する必要があります。

     Router# clear ip ospf process
     

     (注意：運用中のネットワークでは影響を考慮してください)

設定例 (RT1)

RT1(config)# router ospf 1
RT1(config-router)# router-id 1.1.1.1 ! ルータIDを設定
RT1(config-router)# network 192.168.1.0 0.0.0.255 area 0 ! PC-Aが接続されるネットワークをArea 0で有効化
RT1(config-router)# network 10.1.1.0 0.0.0.3 area 0 ! 経路1のセグメントをArea 0で有効化 (例: /30の場合)
RT1(config-router)# network 10.1.2.0 0.0.0.3 area 0 ! 経路2のRT1-RT3間セグメントをArea 0で有効化 (例: /30の場合)
RT1(config-router)# end
RT1# clear ip ospf process ! OSPFプロセス再起動 (設定反映のため)

確認コマンド

• ネイバー関係の確認:

  Router# show ip ospf neighbor
  

  隣接ルータとのネイバー関係（状態、DR/BDR情報、ネイバーのルータIDなど）を表示します。状態が FULL または 2WAY (ネットワークタイプによる) になっていれば正常です。

• OSPFプロトコル情報の確認:

  Router# show ip protocols
  

  動作しているルーティングプロトコル（OSPFのプロセスID、ルータID、所属エリア、アドバタイズしているネットワーク、AD値など）の概要を表示します。

• OSPF関連情報の確認:

  Router# show ip ospf
  

  OSPFプロセスID、ルータID、エリア情報、SPFアルゴリズムの実行統計などを表示します。

• OSPFインターフェース情報の確認:

  Router# show ip ospf interface [インターフェース名]
  

  指定したインターフェース、または全OSPF有効化インターフェースのコスト、Hello/Deadタイマー、ネットワークタイプ、DR/BDR情報などを表示します。

• ルーティングテーブルの確認:

  Router# show ip route [ospf]
  

  OSPFによって学習された経路（コード O, O IA, O E1, O E2 などで示される）を確認します。[ospf]オプションでOSPF経路のみ表示可能です。

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4. まとめ

本日は、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の違いから始め、OSPFの基本的な仕組みと設定方法について学びました。特に、問題提起セクションで議論したように、障害発生時の挙動の違いは重要なポイントです。

• スタティックルーティングは手動設定であり、小規模ネットワークや経路が固定的な場合に適していますが、障害発生時には手動での経路変更が必要となり、対応が遅れる可能性があります（フローティングスタティックである程度の自動化は可能ですが、設定が必要です）。
• OSPFを含むダイナミックルーティングは、ルータ間で経路情報を自動的に交換・更新するため、中規模から大規模ネットワークや、ネットワーク構成の変更・障害が想定される環境に適しています。障害発生時には、OSPFが自動的に障害を検知し、迂回経路へ迅速に切り替えることで、ネットワークの可用性を高めます。
• OSPFはリンクステート型プロトコルであり、各ルータがネットワーク全体のトポロジー情報（LSDB）を共有し、SPFアルゴリズムを用いて自身からの最短経路を計算します。
• コスト（デフォルトでは帯域幅に基づく）が経路選択の主要なメトリックとなります。
• router ospf, network, router-id が基本的な設定コマンドであり、show ip ospf neighbor や show ip route などで動作確認を行います。

実機演習を通じて、コマンド入力や動作確認の流れを掴んでいただけたかと思います。OSPFは企業ネットワークで広く利用されており、非常に重要なプロトコルです。今日の基礎をしっかり押さえて、今後の学習や業務に活かしてください。