本連載の第1回目「ルーティング・プロトコルの役割を理解する」では、IPルーティングの中核を成す「ルーティング・プロトコル」について、その役割や全体像を解説してきました。今回からは、その際に紹介した「BGP」「RIP」「OSPF」の3つのプロトコルにフォーカスを当て、仕組みや運用法をより詳細に説明していきます。まずは、AS間で経路情報の交換を行う「BGP」の仕組みと役割について解説していきましょう（編集局）
AS（Autonomous System）とAS番号
ASとは、共通のポリシーや同じ管理下で運用されているルータやネットワークの集合を意味します。各AS内では独立したIGPやポリシーが運用されており、インターネットはこのASの集合体ととらえることができます。インターネットは、AS単位に分割して管理することでルーティングのオーバーヘッドを減らし、ネットワークの管理を容易にしています。
このASを識別するための番号がAS番号です。各ASは、AS番号割り当て機関に対して申請を行い、ユニークな番号を保持、運用しています。割り当て機関としては、以下のようなものがあります。日本では、JPNIC（社団法人日本ネットワークインフォメーションセンター）がAPNICの代行を行っています。
| 機関名 | 管理地域 |
|---|---|
| ARIN （American Registry for Internet Numbers） |
南北アメリカ、カリブ海沿岸諸国、およびアフリカ |
| RIPE-NCC （Reseaux IP Europeans-Network Coordination Center） |
ヨーロッパ |
| APNIC （Asia Pacific Network Information Center） |
アジア太平洋地域 |
| JPNIC （Japan Network Information Center） |
日本 |
このAS番号は、16ビット（1〜65535）の数字を用います。また、プライベートIPアドレスと同様に、プライベートAS番号（64512〜65535）も提供されています。
BGPの役割と仕組み
BGPの役割
BGPはAS間の経路交換のために作られたプロトコルです。BGPの経路情報には、あて先に到達するまでに経由したAS番号のリスト（ASパス）が含まれており、通常、ASパスの短いものを最短ルートとして使用しますが、パス属性の操作により柔軟な経路制御を行うことができます。
またBGPは、CIDR（Classless Inter Domain Routing）をサポートしており、受け取った経路やローカル経路を集約し、複数の経路をまとめて1つの経路としてアナウンスすることができます。経路を集約することで、インターネット上にある経路情報の数を抑えています。BGPにはIBGPとEBGPがあり、AS内でのBGP経路の伝播に使われるBGPをIBGPと呼び、AS間で使用するBGPをEBGPと呼びます。
BGPの仕組み
BGPは2台のルータ間でTCP（ポート番号179）による接続を行い、経路情報を交換します。この経路情報を交換する隣接ルータをネイバー（Neighbor）やピア（Peer）と呼びます。経路情報は、それぞれのASで受信している経路、およびローカル経路を交換します。
また、ASパスを参照して、そのリストの中に自身のAS番号が含まれていた場合、その経路を受け取らないようにすることで経路ループを回避しています。
BGPの経路情報交換の仕組み
BGPは、初めにTCPを用いた1対1のセッションを確立します。そのうえで、BGPの基本情報、および互いのルータが知っているすべての経路情報を交換します。以降は、KEEPALIVEメッセージによる対向ルータの生存確認を行い、ルーティング・テーブルが更新（追加／削除）された場合には、その経路の差分情報のみを交換します＊1。
＊1差分情報のみを交換することにより、CPU負荷の軽減や帯域の浪費を最低限に抑えることが可能です。このような仕組みにより、BGPでは効率よく経路情報の交換が行えます
以下に、経路情報の交換プロセスをまとめます。
経路情報の交換プロセス
最初に、2台のルータ間で1対1のTCPセッションの確立を行います。このセッションの確立は、どちらのルータから開始しても構いません。
次に、互いのBGPルータの基本情報（OPENメッセージ）を交換します。この基本情報には、ルータ自身が属しているASの番号、ルータID、BGPのバージョンなどの情報が含まれています。
この時点で、BGPのセッションが確立されたことになります。ただし、基本情報の交換時に受信した情報が正しくなかった場合には、相手にエラーを通知するとともに、TCPセッションを切断します。
BGPセッションが確立されると、2台のルータは、自分が知っているすべての経路情報を交換します（UPDATEメッセージ）。
その後は、基本的には互いにKEEPALIVEメッセージをアナウンスし合うことで、相手ルータの生存確認を行います。もし、決められた時間以内に相手からのKEEPALIVEメッセージを受信できなかった場合には、エラーを通知するとともに、BGPセッションを切断します。
ルーティング・テーブルに経路情報が追加された場合、その追加情報のみを相手にアナウンスします。
同様に、ルーティング・テーブルから経路情報が削除された場合、その削除情報のみを相手にアナウンスします。
パス属性とは？
BGPは、UPDATEメッセージにパス属性という、BGPメトリックに関する情報を含みます。BGPでは、このパス属性を用いて柔軟なポリシーを実現します。
以下に、それらの属性について説明します。
1. ORIGIN
ORIGIN属性は、経路情報の生成元を示します。BGPでは、以下の値を示します。
| 値 | 意味 |
|---|---|
| IGP | 経路情報をAS内から学習したことを示す |
| EGP | 経路情報をEGPから学習したことを示す |
| Incomplete | 経路情報を上記以外から学習したことを示す |
2. AS_PATH（ASパス）
ASパス属性は、AS番号のリストを示します。ルータは、UPDATEメッセージをアナウンスする際にAS番号を付加します。実際には、ある経路へ到達するために通過するASが、その経路を外部にアナウンスするたびにAS番号を付加するため、到達先のASを最後としたリストが形成されます。
図9 UPDATEメッセージをアナウンスする際に、AS番号を付与して次にルータへと受け渡していく。経路を外部にアナウンスするたびにAS番号が付加されるため、最終的には、到達先のASを最後としたリストが作成される
3. NEXT_HOP（ネクスト・ホップ）
NEXT_HOP属性は、トラフィックを転送すべきルータのアドレスを示します。ただし、通常のIGPでのネクスト・ホップの概念とは、以下の点が異なります。
- EBGPセッションでは、ピア接続された隣接ルータのIPアドレスがネクスト・ホップになります
- IBGPセッションでは、外部ASから学習した経路である、そのEBGPでのネクスト・ホップがそのまま反映されます
- 多重アクセス・メディア上で学習した経路は、その経路をアナウンスしたルータのIPアドレスがネクスト・ホップになります
4. MULTI_EXIT_DISC（MED：Multi-Exit-Discriminator）
MULTI_EXIT_DISC属性は、ASへの入力トラフィックの優先度を示します。同一のASに複数の接続を持つようなユーザーが、入力トラフィックを区別するために、優先度を隣接ルータにアナウンスします。このとき、値が低い方を優先します。
5. LOCAL_PREF（ローカル優先度）
LOCAL_PREF属性は、ASからの出力トラフィックの優先度を示します。AS内にて複数経路を持つような場合、どの経路を優先するかを示します。このとき、値が高い方を優先します。この値はIBGPピア間でのみ交換されます。
6. ATOMIC_AGGREGATE（アトミック集約）
ATOMIC_AGGREGATE属性は、経路を集約した際の情報の欠落を示します。通常、個々の経路には、さまざまな情報が付加されています。ところが、個々の経路を集約した場合、そのさまざまな情報が欠落してしまいます。このような場合に、ATOMIC_AGGREGATE属性を付加します。
7. AGGREGATOR（アグリゲータ）
AGGREGATOR属性は、集約経路を生成したASやBGPルータを示します。実際には、経路の集約を行ったBGPルータのルータIDとAS番号をAGGREGATOR属性として付加します。
8. COMMUNITY（コミュニティ）
COMMUNITY属性＊2は、共通のポリシーを共有する経路のグループを示します。この際、ASなどの制限にとらわれることはありません。また、1つの経路が複数のグループに属することも可能です。
Well-Known Communityとしては以下のものがあります。
| 値 | 意味 |
|---|---|
| NO_EXPORT | 外部ASにアナウンスしません |
| NO_ADVERTISE | ほかのルータにアナウンスしません |
＊2COMMUNITYには、あらかじめそのポリシーが定義されたWell-Known Communityと、個別に作成したポリシーを共有するためのPrivate Communityの2つがあります
BGPの経路選択アルゴリズム
BGPは、経路情報に含まれるパス属性に基づいて最適経路を選択します。同一のあて先に対して複数の経路が存在する場合、すべての経路のパス属性を比較して、トラフィックを転送するために最も適した経路を決定します。
以下は、一般的なBGPルータで採用されている経路選択プロセスです。BGPでは、以下のSTEPに基づいて順番に比較されていき、最終的に1つの最適経路を決定します。各STEPでは、比較する経路の属性値が同一の場合、もしくはその比較条件を満たしていない場合は次のSTEPに進みます。
STEP.1 NEXT_HOPの到達性確認
経路を比較する前に、各経路のNEXT_HOP到達性が確認されます。到達性がない経路は無効経路となり、比較対象になりません。BGP経路のNEXT_HOPはIGPと異なり、直接到達できないケースがあります。このようなケースでは、さらにそのNEXT_HOPに到達するための経路（IGPやスタティック）が必要となります。
STEP.2 LOCAL_PREFの比較
NEXT_HOPの到達性が確認されると、各経路のLOCAL_PREFの値を比較して、最も高い値を持つ経路を優先します。LOCAL_PREF属性が含まれない経路は、デフォルト値＊3として考えます。
STEP.3 ASパスの比較
LOCAL_PREFが同一の場合は、各経路のASパスを比較して、ASパスの短い経路を優先します。
STEP.4 ORIGINの比較
ASパスが同一の場合は、各経路のORIGINを比較して、最も低い値を持つ経路を優先します。各ORIGINには、以下の値が定義されています。
| 値 | ORIGIN属性 |
|---|---|
| 0 | IGP |
| 1 | EGP |
| 2 | Incomplete |
STEP.5 MULTI_EXIT_DISC（MED）の比較
ORIGINが同一の場合は、各経路のMEDを比較して、最も低い値を持つ経路を優先します。ただし、MEDは同一隣接ASから受信した経路間でのみ比較されます。この条件に当てはまらない場合は、MED比較を行いません。MED属性が含まれない経路の扱い＊4は、ルータにより異なります。
STEP.6 EBGP経路／IBGP経路の比較
MEDが同一の場合、もしくはMED比較を行えない場合、IBGP経路よりもEBGP経路を優先します。
STEP.7 ネクスト・ホップに到達するための内部コストの比較
EBGP経路、IBGP経路が同一の場合は、ネクストホップに到達するための内部経路（IGP）のコストを比較して、最も小さいコストで到達できる経路を優先します。直接到達できる場合や、内部経路にスタティックを採用している場合は、コスト0として考えます。
STEP.8 ルータIDの比較
最終的に経路を受信した相手ルータのルータIDを比較して、最も小さいルータIDを持つ経路を優先します。
＊3LOCAL_PREFのデフォルト値は、ほとんどのベンダが100を採用しています
＊4ほとんどのベンダは0として扱っていることが多いようです。最大値（最も優先度が低い）として扱うベンダもあります
ベンダによる違い
上記の経路選択プロセスで記述されているSTEP以外にも、ベンダによって独自の仕様が盛り込まれている場合があります。例えばCisco社などでは、WEIGHT属性と呼ばれるルータ内部で独立した経路優先度を示す情報を持っており、LOCAL_PREFよりも先にこの値が比較されます。
BGPの経路選択プロセスは、ほかのルーティング・プロトコルと比較すると比較要素が多いため少し複雑になります。しかし、これらの属性を理解して適切な値を設定することで、ほかのルーティング・プロトコルでは実現できないような柔軟性のあるトラフィック・コントロールを行うことが可能です。
次回は、これらの仕組みを踏まえたうえで、いかにBGPを運用していくのか、その手法を紹介していきます。
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