ネットワークルーティングとは、ルーターが利用可能な経路を学習し、ルーティングテーブルを構築して、最も高速かつ低コストの経路でデータを送信する意思決定プロセスです。これらの作業によって効率性と費用対効果の高い通信が実現し、世界中の宛先へデータパケットを迅速に届けられます。
この記事では、ネットワークルーティングの仕組み、基盤となるプロトコルのサブカテゴリー、そしてその動力源となるアルゴリズムについて解説します。適切な情報があれば、どの組織でもネットワークルーティングを最適化し、合理化された安全な通信インフラを構築できます。
ネットワークルーティングの仕組み
各ルーターには、ルーティングテーブルと呼ばれる、考えられる経路やルートの記録があります。ルーターはこのテーブルを使って、近隣のネットワークやデバイス、他のルーターとの経路を策定し、通信します。これらのネットワークの管理者は、ルーターを適切なネットワークインフラの健全性を維持するため、効果的に通信するための知識と能力をすべて備えられるよう、更新しなければなりません。
ルーターはデータパケットを受信すると、宛先情報を簡単に確認します。これは、空港係員が乗客に必要なターミナルを確認するためにチケットをチェックするようなものです。ルーターはパケットを調べ、最適な次の経路の特定を始めます。
ルーティングプロトコルは、ルーター同士の通信方法と、経路上で価値があると判断する要素を定めます。コスト、所要時間、近隣ネットワークの帯域幅などが考慮されます。ルーティングテーブルに保存された豊富な情報と組み合わせて、ルーターのアルゴリズムが適切な経路を算出します。
次に、データパケットは正しいネットワークに到達するまでルーター間を中継します。そこからルーターが適切なデバイスへデータを配信します。
ネットワークルーティングの意思決定は、データ通信の信頼性と安全性に不可欠です。個人も企業も情報を共有しており、特に企業の場合、それは発注書や出荷通知のような機密性の高いデータであることが少なくありません。情報の配信に失敗したり、誤ったネットワークに到達したりすれば、顧客のプライバシーに深刻な影響を及ぼし、金融上のセキュリティ侵害につながる可能性があります。
優れたネットワークルーティングは、手順や接続性を低下させるリンク障害や経路の頻繁な再計算を防ぎ、ネットワークの完全性も高めます。ネットワークルーティングは、データを安全に送受信するための最適な経路を策定します。
主要なルーティングプロトコル4種
ネットワークルーティングのプロセスでは、ルーティングプロトコルがルーター同士の通信方法を定めます。各プロトコルには固有のルールがあり、デバイス間でファイルを配信したり、インターネットにアクセスしたりする方法を独自に決定します。
距離ベクトル型プロトコル
距離ベクトル型プロトコルでは、ルーターが接続された近隣のルーターやデバイスから得た情報で、ルーティングテーブルを継続的に更新します。データは新鮮で正確ですが、この頻繁な更新によってネットワークの帯域幅が大きく消費され、収束も遅くなります。
さらに、ルーターが特定の経路を利用できないと判断すると、すべてのネットワークルーターのテーブルが続けて更新されます。ここでは、最新情報を得る代わりに速度が犠牲になります。
リンクステート型プロトコル
リンクステート型プロトコルは、新しい情報の有無にかかわらず定期的に更新する距離ベクトル型プロトコルとは異なり、ルーティングの更新が発生した場合にのみ通知します。リンクステート型ルーターがテーブル用のデータを取得すると、統合するためにその情報を近隣のルーターへフラッディングします。
この方式は帯域幅と収束速度の面で優れていますが、古い情報がルーティングテーブルに長く残る可能性があります。
Routing Information Protocol（RIP）
Routing Information Protocol（RIP）は、イントラドメインネットワークで機能します。また、重要な指標としてホップ数に依存します。最も基本的なレベルでは、収束の遅さとスケーラビリティの問題からRIPが常に選ばれるわけではありませんが、サブタイプによってこれらの点が改善されています。
クラスフルおよびクラスレスルーティングプロトコル
クラスフルおよびクラスレスルーティングプロトコルは、IPネットワーク内のサブネットワークで機能します。サブネットマスクはIPを分割し、ホストコンピューターと接続されたネットワークを識別します。クラスフルルーターは一貫した更新情報にサブネットマスクを定義しないため、更新がネットワーク内のすべてのデバイスとルーターに届きます。クラスレスルーターはサブネットマスクを定義するため、帯域幅の消費を抑えられます。この場合、更新は必要なサブネットワークにのみ配信されます。
ネットワークルーティングの種類
ネットワークルーティングの種類とは、Interior、Enhanced Interior、Exterior Gateway（それぞれIGRP、EIGRP、EGP）、Open Shortest Path First、Border Gateway Protocol（BGP）など、ルーター間の通信方法を定めるプロトコルのサブカテゴリーです。
それぞれの種類は異なる要素を重視してデータパケットの経路を決定するため、普及度や有効性は変動します。組織に適したルーティングの種類は、固有のニーズ、従業員数、ビジネスモデルによっても異なります。
InteriorおよびEnhanced Interior Gateway（IGRPとEIGRP）
IGRPはクラスフルプロトコルで、RIPの標準を基盤としています。ただし、より多くのホップ数に対応でき、最大255ホップまで対応します。ルーティング情報とテーブルは自動的に更新されるため、帯域幅の消費が増え、収束は遅くなります。IGRPルーターは情報交換を組織内のプライベートネットワークに限定します。
一方、EIGRPはRIPを基盤とするクラスレス型であり、データをより高速かつ効率的に配信できます。
Exterior Gateway Protocol（EGP）
EGPは、近隣ルーターのコストとIPアドレスを考慮して、データパケットの経路を決定します。近隣ルーターの状態と有効性に関する情報を使って、ルーティングテーブルと定期的に通信し、更新します。
重要な点として、EGPはマルチパスルーティングへの適応に苦戦するため、現在では大部分が廃止されています。
Open Shortest Path First（OSPF）
OSPFは、その名前が示す通り、常に最短経路を選択します。ルーターはネットワークトポロジーと、ネットワーク内にある他のルーターの集合を把握します。データパケットが到着すると、ルーターはネットワーク経路、距離、リソース消費量を考慮し、可能な限り最速の経路を決定します。
効率性とスケーラビリティに優れているため、OSPFは、建物内に数十台のルーターを設置するような大規模な商用ネットワークや企業ネットワークで広く利用されています。
Integrated IS-IS
Integrated IS-ISは、ルーターをエリアにグループ化して意思決定を行います。興味深いことに、このルーターはIPアドレスを考慮しません。その代わり、ネットワークサービスアクセスポイントとネットワークエンティティタイトルを監視し、ルーター環境の全体像を明確に把握します。
Border Gateway Protocol（BGP）
Border Gateway Protocol（BGP）は、現在最も普及しているルーティングの種類です。Exterior Gateway Protocolと似ていますが、BGPはより高い機能を備え、マルチパスルーティングにも容易に対応できます。
BGPはデフォルトで最短経路を最適な経路として選択しますが、組織のニーズに合わせて意思決定を設定できます。新しく改良された認証方式により、検証済みのルーターだけが相互に情報を共有できることも保証されます。
ルーティングアルゴリズムとは？
ルーティングアルゴリズムは、プロトコルから得た情報と通信内容を実装し、データパケットの経路を算出します。アルゴリズムは適応型と非適応型に分けられます。
適応型ルーティングアルゴリズム
適応型アルゴリズムは、ネットワークの状態や品質に応じて動的ルーティングを行います。提案されたネットワークに、大量のトラフィックや推定通過時間、ホップ数は存在するでしょうか。適応型ルーティングアルゴリズムがこれらの指標を認識すると、その経路を避ける可能性が高くなります。
適応型アルゴリズムには、集中型ルーティングと孤立型ルーティングという2つのサブカテゴリーがあります。これらは、コストに関する情報の出所に基づいて経路を決定します。
- 集中型適応ルーティングは、最小コスト経路に関するグローバルな知識に依存します。
- 孤立型ルーティングは、ローカル情報を利用します。
非適応型ルーティングアルゴリズム
非適応型アルゴリズムは、ルーティングテーブルに情報を保存します。情報は静的で、現在のネットワーク品質や状態に左右されません。フラッディングとランダムウォークというサブカテゴリーによって、データパケットの送信先が異なります。
- フラッディングはすべての送信リンクにパケットを送り、ピアツーピアのファイル共有やプロトコルの更新情報の迅速な配信に役立つ可能性があります。
- ランダムウォークは代替経路を利用し、任意の近隣ノードへランダムに進みます。
まとめ：ネットワークルーティングプロトコルを理解する
ネットワークルーティングとは、通信と計算によって配信に最適な経路を導き出すプロトコルとアルゴリズムのプロセスです。高速化が進む現代では、ルーティングは容量を維持し、トラフィックの混雑を解消するために不可欠です。また、デバイス、近隣ルーター、ネットワークを特定し、それらに関する情報を整理することで、ネットワーク環境の把握にも役立ちます。ネットワークルーティングは、データを安全かつ効率的に送受信するために極めて重要です。
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