OSPFネットワークの確立と運用上の注意点：IPルーティング入門（最終回）

Adjacencyの形成

　前回（第5回「大規模で複雑なネットワークでの運用に堪えるOSPF」）、OSPFでは、経路情報そのものではなく、LSAの交換が行われると説明しました。しかし、このLSAの交換は、すべてのOSPFルータ間でフル・メッシュ状に行われるわけではありません。

　まず、OSPFが起動すると、Helloプロトコルを用いて、同一セグメント上のOSPFルータとNeighborを確立しようとします。その後、必要なルータ同士が隣接関係（Adjacency）を確立します^＊1。LSAの交換は、このAdjacencyを形成したルータ間において行われます。

　ここでは、このAdjacencyの形成過程を説明します。

・Adjacency形成時の各ステート

　まず、最初にHelloプロトコルを用いたNeighborの確立が行われます（図1）。

　この段階で、Neighborの確立がなされたことになります。また、マルチアクセス・ネットワークなどでは、DR／BDRの選出が行われます（後述）。Adjacencyの確立が必要ないルータ同士は、この段階の最終状態（2-Way）を維持することになります。

　この後、前述のように、必要なルータ同士がAdjacencyを確立します（図2）。

「DR」と「BDR」とは？

　OSPFには、大きく分けて2つのネットワーク・タイプが存在します。Point-to-Pointネットワークと、それ以外のマルチアクセス・ネットワークです。また、マルチアクセス・ネットワークには、ブロードキャスト・ネットワークとノンブロードキャスト・ネットワークが存在します。さらに、ノンブロードキャスト・ネットワークには、ノンブロードキャスト・マルチアクセス・ネットワーク（NBMA）と、Point-to-MultiPointネットワークが存在します（表1）。

ネットワーク・タイプ DR／BDR の選出 代表的なネットワーク Point-to-Point なし デジタル専用線 マルチアクセス・ ネットワーク Point-to-MultiPoint なし フレーム・リレー Broadcast Non-Broadcast （NBMA） あり イーサネット X.25公衆網 フレーム・リレー （部分メッシュ）

表1　OSPFにおけるネットワークのタイプ

　上記マルチアクセス・ネットワーク（ブロードキャスト・ネットワークとNBMAネットワーク）においては、ネットワーク・セグメントごとにDR（Designated Router）やBDR（Backup Designated Router）が選出されます。

・DRの選出

　DRやBDRは、ネットワーク・セグメントごとに1台ずつ選出されます。このDRやBDRの選出は、Neighborを確立する際のHelloプロトコルの交換により行われます。Helloパケットには、DRやBDRの選出に使用されるプライオリティ値やルータIDなどの情報が入力されており、基本的にはプライオリティ値が一番高いものがDR、2番目に高いものがBDRに選出されます^＊2。

・DRの役割

　DRやBDRが選出されると、各OSPFルータは、この両者とのみAdjacencyを形成します。それ以外のOSPFルータ同士は、「Neighbor」と呼ばれる関係になります（図3）。Adjacencyを形成したOSPFルータ間では、LSAの交換が行われ、LSDBが同じになるように同期が図られます。そして、更新などが発生した際には、DRが代表してその情報をマルチキャストによりアナウンスします。

　このように、DRを選出することで、マルチアクセス・ネットワークにおいて複数のOSPFルータがメッシュ上に接続された環境でも、大幅にAdjacencyの数を減らすことが可能となります。その結果、ネットワーク上に流れるLSAの数も減らすことが可能となります。

　またBDRは、DRに障害が起きた際に、次にDRの役割を引き継ぐバックアップ機能を果たします（図4）。

OSPFパケットについて

　OSPFには、5種類のパケットが存在します（表2）。ここでは、OSPFパケットの紹介と、その主な役割について説明します。

Type パケットの種類 主な役割 1 Helloパケット ・Neighborの確立 ・DR／BDRの選定 ・Neighbor／Adjacencyの生存確認 2 Database Descriptionパケット ・LSDB情報の交換 3 LinkState Requestパケット ・LSAの送信要求 4 LinkState Updateパケット ・LSAの交換 【主なLSAの種類】 - LS Type1：Router-LSAs - LS Type2：Network-LSAs - LS Type3：Summary-LSAs - LS Type4：Summary-LSAs - LS Type5：AS-external-LSAs - LS Type7：NSSA External LSA 5 LinkState Acknowledgmentパケット ・LSAの受信確認

表2　OSPFパケットの種類

・LSAのタイプ

　LSAにはいくつかのタイプが存在します。ここでは、一般的によく使用されるLSAのタイプと、そこに含まれる主な情報について説明します。

LS type LinkState ID Link type Link ID Link Data metric 1 ルータＩＤ 1:P-to-P NeighborルータのルータID IPインターフェイス・アドレス （unnumberedの場合は、インターフェイスのMIB-II ifIndex値） 各リンクのコスト 2:Transit DRのIPインターフェイス・アドレス IPインターフェイス・アドレス 3:Stub IPネットワーク・アドレス IPアドレス・マスク 4:Virtual link NeighborルータのルータID IPインターフェイス・アドレス

LS type LinkState ID Network Mask Attached Router 2 DRのIPインターフェイス・アドレス IPアドレス・マスク そのネットワークに接続された ルータのルータID一覧

LS type LinkState ID Network Mask metric 3 あて先IPネットワーク・アドレス IPアドレス・マスク そのネットワークまでのコスト

LS type LinkState ID Network Mask metric 4 ASBRのルータID 0.0.0.0 ASBRまでのコスト

LS type LinkState ID Network Mask metric Forwarding address 5 あて先IPネットワーク・アドレス IPアドレス ・マスク そのネットワークまでのコスト 通常は0.0.0.0と入力 （直接ネクスト・ホップに到達できる場合には、ネクスト・ホップのアドレスが入る）

・Type1と2のコストについて

　LS Type5　AS-external-LSAsのコストには、Type1とType2の2種類が存在します。この両者では、OSPF外部ネットワークまでのコスト値の計算が異なります。

　また、同一のOSPF外部ネットワークに対してType1とType2の2つが存在した場合は、常にType1が優先されます。

運用上の注意点運用上の注意点

・各種タイマの設定

　OSPFでは、Hello IntervalとDead IntervalによりAdjacencyを管理しています。もし、各ルータのIntervalが異なる場合、Adjacencyを確立することができません。これらのIntervalを変更する場合には、すべてのルータで一致させる必要があります。

・インターフェイス・コスト

　ルータの各インターフェイスに割り当てられるコストのデフォルト値は、ほとんどのベンダの製品が以下の計算式に基づいています^＊3。

Interface speed cost 100Mbps 1 10Mbps 10 1.544Mbps 64

　現在のネットワーク環境では、Gigabit Ethernetやトランキング技術（複数のラインを仮想的に束ねる技術）の登場により、100Mbps以上のインターフェイスを利用することが多くなっています。このため、従来の計算式ではコストを正しく計算できないため、以下のどちらかの対策を施す必要があります。

対策1　各インターフェイスのコストを手動で設定する　

　あらかじめ各インターフェイスの速度ごとのコストを決定し、各インターフェイスに手動でコストを設定します。

対策2　上記の計算式を変更する　

　ほとんどのルータ・ベンダでは、上記計算式の100Mbpsの部分を変更することが可能です（例：1Gbps／インターフェイス速度＝COST）。これにより、自動計算でも100Mbps以上の速度に対応できます^＊4。

・ルータIDの設定

　各OSPFルータは、それぞれルータIDと呼ばれる識別子を持ちます。OSPFでは、このルータIDを用いて各ルータを管理しているため、必ず重複がないようにする必要があります。ほとんどのルータ・ベンダでは、ルータIDは次の方法で自動的に設定されます。

　上記の自動設定で、現在UPしているIPインターフェイスのうち、最も大きいIPアドレスをルータIDとしている場合には、問題が発生する可能性があります。

　もし、現在ルータIDとして選択されているインターフェイスがダウンした場合、ルータは自動的に次に大きいIPアドレスにルータIDを変更します。このとき、OSPFプロセスを再起動するため、すべてのOSPF経路がなくなり、一時的に通信不能に陥ります（OSPFはルータIDで管理されているため、ルータIDを変更するとすべての接続プロセスをやり直す必要があります）。

　この現象が発生すると、たとえ迂回パスがあったとしても、それを瞬時に利用することができなくなります。ルータID変更によるOSPFプロセスの再起動を防ぐためには、以下のどちらかの対策を施す必要があります。

対策1　ループバック・インターフェイスにIPアドレスを設定する

　ループバック・インターフェイスにIPアドレスを設定すると、そのIPアドレスが自動的にルータIDとして使用されます。ループバック・インターフェイスは、常にUPしているインターフェイスであるため、ルータIDを固定することが可能です。通常ループバック・インターフェイスには、32ビット・マスクのアドレスを設定することが多いようです（例：1.1.1.1/32）

対策2　ルータIDを手動で設定する

　ルータIDを手動で設定します。これにより、ルータIDを固定することが可能です。ただし、重複がないように注意する必要があります。通常、自分のインターフェイス・アドレスのいずれかを設定することが多いようです。

・OSPFの安定度の確認

　OSPFでは、エリア単位でLSAが更新されるたびに各ルータがSPF計算を行い、新たな最短パス・ツリーを作成します。ルータは、この計算した回数をカウントしているため、その値をコマンドまたはSNMP（ospfSpfRuns）などで参照することが可能です。

　安定しているネットワークでは、通常はほとんど計算が発生しないため、このカウントの増加数は少なくなります^＊5。これに対し、不安定なネットワークでは常にリンクのUP／DOWNなどが発生するため、このカウント数が著しく増加していることが考えられます。

　OSPFネットワークの安定度は、このカウントの増加を定期的に確認しておくことで、ある程度把握することが可能です。

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　本連載は、今回をもちまして最終回となります。これまで、ルーティング・プロトコルの概要から始まり、BGP／RIP／OSPFと代表的なプロトコルの仕組みや運用のコツについて紹介してきましたが、皆さまのネットワーク運用につながるヒントは得られたでしょうか？

　大規模、複雑化するネットワーク環境において、ルーティング・プロトコルの重要性は次第に大きくなってきています。＠ITでは、今後ともルーティング・プロトコル技術やルータの運用に役立つ情報の提供を続けていく予定ですので、ぜひ期待してお待ちください。