ルーティングプロトコル（OSPF・BGP）

動的ルーティングプロトコルは、ネットワークの経路情報を自動的に交換・学習する仕組みです。この記事では、企業ネットワークで頻出のOSPFとBGPを中心に、設計ポイントを整理します。

ルーティングプロトコルの分類

graph TB
    subgraph routing["ルーティングプロトコルの分類"]
        subgraph igp["IGP（内部ゲートウェイ）"]
            subgraph dv["ディスタンスベクタ型"]
                RIP["RIP"]
            end
            subgraph ls["リンクステート型"]
                OSPF["OSPF"]
                ISIS["IS-IS"]
            end
            subgraph hybrid["ハイブリッド型"]
                EIGRP["EIGRP<br/>（Cisco独自）"]
            end
        end

        subgraph egp["EGP（外部ゲートウェイ）"]
            subgraph pv["パスベクトル型"]
                BGP["BGP"]
            end
        end
    end

    style RIP fill:#ffcdd2
    style OSPF fill:#c8e6c9
    style ISIS fill:#c8e6c9
    style EIGRP fill:#fff3e0
    style BGP fill:#bbdefb

種別	プロトコル	アルゴリズム	用途
IGP	RIP	ベルマンフォード	小規模ネットワーク
IGP	OSPF	ダイクストラ（SPF）	企業ネットワーク
IGP	IS-IS	ダイクストラ	ISP内部
EGP	BGP	パスベクトル	ISP間接続

OSPF（Open Shortest Path First）

OSPFはリンクステート型のIGPで、企業ネットワークで最も広く使われています。

OSPFの基本動作

sequenceDiagram
    participant R1 as ルーターA
    participant R2 as ルーターB

    Note over R1,R2: ネイバー確立
    R1->>R2: Hello（10秒間隔）
    R2-->>R1: Hello

    Note over R1,R2: 隣接関係確立（Adjacency）
    R1->>R2: DBD（データベース記述）
    R2-->>R1: DBD
    R1->>R2: LSR（リンクステート要求）
    R2-->>R1: LSU（リンクステート更新）
    R1->>R2: LSAck

    Note over R1,R2: SPF計算・経路決定

OSPFの状態遷移

graph TB
    DOWN["Down"]
    INIT["Init"]
    TWOWAY["2-Way"]
    EXSTART["ExStart"]
    EXCHANGE["Exchange"]
    LOADING["Loading"]
    FULL["Full"]

    DOWN -->|"Hello受信"| INIT
    INIT -->|"Hello応答受信"| TWOWAY
    TWOWAY -->|"DR/BDR選出後"| EXSTART
    EXSTART -->|"マスター/スレーブ決定"| EXCHANGE
    EXCHANGE -->|"DBD交換完了"| LOADING
    LOADING -->|"LSA交換完了"| FULL

    style DOWN fill:#ffcdd2
    style INIT fill:#fff3e0
    style TWOWAY fill:#fff3e0
    style EXSTART fill:#bbdefb
    style EXCHANGE fill:#bbdefb
    style LOADING fill:#bbdefb
    style FULL fill:#c8e6c9

状態	説明
Down	初期状態
Init	Helloを受信したがまだ双方向ではない
2-Way	双方向通信を確認、DR/BDR選出
ExStart	マスター/スレーブを決定
Exchange	DBDを交換
Loading	不足しているLSAを要求・受信
Full	隣接関係が完全に確立

DR/BDRの選出

マルチアクセスネットワークでは、LSA交換の効率化のためDR（Designated Router）とBDR（Backup DR）を選出します。

graph TB
    subgraph multi["マルチアクセスネットワーク"]
        DR["DR<br/>（代表ルーター）<br/>優先度: 最高"]
        BDR["BDR<br/>（バックアップ）<br/>優先度: 2番目"]
        OTHER1["DROther<br/>ルーター1"]
        OTHER2["DROther<br/>ルーター2"]
        OTHER3["DROther<br/>ルーター3"]
    end

    OTHER1 -->|"LSA"| DR
    OTHER2 -->|"LSA"| DR
    OTHER3 -->|"LSA"| DR
    DR -->|"LSA配布"| BDR
    DR -->|"LSA配布"| OTHER1
    DR -->|"LSA配布"| OTHER2
    DR -->|"LSA配布"| OTHER3

    style DR fill:#ffcdd2
    style BDR fill:#fff3e0
    style OTHER1 fill:#e3f2fd
    style OTHER2 fill:#e3f2fd
    style OTHER3 fill:#e3f2fd

DR選出の優先順位:

プライオリティ値が最大（0は選出対象外）
ルーターIDが最大

OSPFエリア設計

graph TB
    subgraph ospf_area["OSPFエリア構成"]
        subgraph area0["エリア0（バックボーン）"]
            ABR1["ABR"]
            ABR2["ABR"]
            R0["内部ルーター"]
        end

        subgraph area1["エリア1"]
            R1["内部ルーター"]
            R2["内部ルーター"]
        end

        subgraph area2["エリア2<br/>（スタブエリア）"]
            R3["内部ルーター"]
        end

        subgraph external["外部AS"]
            ASBR["ASBR"]
            EXT["外部ネットワーク"]
        end
    end

    ABR1 --> R1
    ABR1 --> R2
    ABR2 --> R3
    R0 --> ABR1
    R0 --> ABR2
    R0 --> ASBR
    ASBR --> EXT

    style ABR1 fill:#fff3e0
    style ABR2 fill:#fff3e0
    style ASBR fill:#ffcdd2
    style R0 fill:#c8e6c9
    style R1 fill:#e3f2fd
    style R2 fill:#e3f2fd
    style R3 fill:#bbdefb

ルーター種別	役割
内部ルーター	1つのエリア内のみに所属
ABR	複数エリアに所属、エリア間の経路情報を中継
ASBR	外部ASとの境界、外部経路を再配布
バックボーンルーター	エリア0に所属

LSAタイプ

graph TB
    subgraph lsa["LSAタイプ"]
        LSA1["タイプ1<br/>ルーターLSA"]
        LSA2["タイプ2<br/>ネットワークLSA"]
        LSA3["タイプ3<br/>サマリーLSA"]
        LSA4["タイプ4<br/>ASBRサマリーLSA"]
        LSA5["タイプ5<br/>AS外部LSA"]
        LSA7["タイプ7<br/>NSSA外部LSA"]
    end

    LSA1 -->|"エリア内"| SCOPE1["同一エリア内"]
    LSA2 -->|"エリア内"| SCOPE1
    LSA3 -->|"エリア間"| SCOPE2["ABRが生成"]
    LSA4 -->|"エリア間"| SCOPE2
    LSA5 -->|"AS全体"| SCOPE3["ASBRが生成"]
    LSA7 -->|"NSSA内"| SCOPE4["NSSAのASBRが生成"]

    style LSA1 fill:#e3f2fd
    style LSA2 fill:#e3f2fd
    style LSA3 fill:#c8e6c9
    style LSA4 fill:#c8e6c9
    style LSA5 fill:#ffcdd2
    style LSA7 fill:#fff3e0

タイプ	名称	生成元	伝播範囲
1	ルーターLSA	全ルーター	エリア内
2	ネットワークLSA	DR	エリア内
3	サマリーLSA	ABR	他エリアへ
4	ASBRサマリーLSA	ABR	ASBRの位置情報
5	AS外部LSA	ASBR	AS全体
7	NSSA外部LSA	NSSA内ASBR	NSSA内

スタブエリアの種類

graph TB
    subgraph stub["スタブエリアの種類"]
        STUB["スタブエリア"]
        TSTUB["トータリースタブ"]
        NSSA["NSSA"]
        TNSSA["トータリーNSSA"]
    end

    STUB --> S1["タイプ5 LSAを<br/>受け取らない"]
    TSTUB --> S2["タイプ3,4,5 LSAを<br/>受け取らない"]
    NSSA --> S3["タイプ5の代わりに<br/>タイプ7を使用"]
    TNSSA --> S4["タイプ3,4,5を受け取らず<br/>タイプ7を使用"]

    style STUB fill:#e3f2fd
    style TSTUB fill:#c8e6c9
    style NSSA fill:#fff3e0
    style TNSSA fill:#ffcdd2

BGP（Border Gateway Protocol）

BGPはAS（自律システム）間の経路交換に使用されるEGPです。

BGPの基本概念

graph TB
    subgraph bgp_concept["BGPの概念"]
        subgraph as1["AS 65001"]
            R1["ルーター1"]
            R2["ルーター2"]
        end

        subgraph as2["AS 65002"]
            R3["ルーター3"]
            R4["ルーター4"]
        end

        subgraph as3["AS 65003"]
            R5["ルーター5"]
        end
    end

    R1 <-->|"iBGP"| R2
    R3 <-->|"iBGP"| R4
    R2 <-->|"eBGP"| R3
    R4 <-->|"eBGP"| R5

    style R1 fill:#e3f2fd
    style R2 fill:#e3f2fd
    style R3 fill:#c8e6c9
    style R4 fill:#c8e6c9
    style R5 fill:#fff3e0

用語	説明
AS	自律システム。同一管理下のネットワーク群
eBGP	異なるAS間のBGPセッション
iBGP	同一AS内のBGPセッション
AS番号	ASを識別する番号（2バイトまたは4バイト）

BGPメッセージタイプ

sequenceDiagram
    participant R1 as BGPピア1
    participant R2 as BGPピア2

    Note over R1,R2: 接続確立（TCP 179）
    R1->>R2: OPEN
    R2-->>R1: OPEN

    Note over R1,R2: 経路交換
    R1->>R2: UPDATE（経路情報）
    R2-->>R1: UPDATE（経路情報）

    Note over R1,R2: 接続維持
    R1->>R2: KEEPALIVE（60秒間隔）
    R2-->>R1: KEEPALIVE

    Note over R1,R2: エラー時
    R1->>R2: NOTIFICATION

メッセージ	役割
OPEN	セッション確立、パラメータ交換
UPDATE	経路情報の広告・取り消し
KEEPALIVE	接続維持（デフォルト60秒）
NOTIFICATION	エラー通知、セッション切断

BGPパス属性

graph TB
    subgraph attr["BGPパス属性"]
        subgraph wellknown["Well-known（必須）"]
            ORIGIN["ORIGIN<br/>経路の起源"]
            ASPATH["AS_PATH<br/>経由AS一覧"]
            NEXTHOP["NEXT_HOP<br/>次のホップ"]
        end

        subgraph optional["Optional（オプション）"]
            LOCPREF["LOCAL_PREF<br/>ローカル優先度"]
            MED["MED<br/>外部メトリック"]
            COMMUNITY["COMMUNITY<br/>経路のグループ化"]
        end
    end

    style ORIGIN fill:#ffcdd2
    style ASPATH fill:#ffcdd2
    style NEXTHOP fill:#ffcdd2
    style LOCPREF fill:#c8e6c9
    style MED fill:#fff3e0
    style COMMUNITY fill:#bbdefb

属性	種別	説明	経路選択での優先度
ORIGIN	必須	経路の起源（i, e, ?）	7番目
AS_PATH	必須	経由したASの一覧	3番目
NEXT_HOP	必須	パケットの転送先	-
LOCAL_PREF	オプション	AS内での優先度（大きいほど優先）	2番目
MED	オプション	他ASへの優先度指示（小さいほど優先）	6番目

BGP経路選択アルゴリズム

graph TB
    START["経路選択開始"]

    Q1{"1. WEIGHT<br/>（Cisco独自）<br/>大きい方"}
    Q2{"2. LOCAL_PREF<br/>大きい方"}
    Q3{"3. ローカル生成<br/>経路優先"}
    Q4{"4. AS_PATH<br/>短い方"}
    Q5{"5. ORIGIN<br/>i > e > ?"}
    Q6{"6. MED<br/>小さい方"}
    Q7{"7. eBGP > iBGP"}
    Q8{"8. IGPメトリック<br/>小さい方"}
    BEST["最適経路決定"]

    START --> Q1
    Q1 -->|"同じ"| Q2
    Q2 -->|"同じ"| Q3
    Q3 -->|"同じ"| Q4
    Q4 -->|"同じ"| Q5
    Q5 -->|"同じ"| Q6
    Q6 -->|"同じ"| Q7
    Q7 -->|"同じ"| Q8
    Q8 --> BEST

    Q1 -->|"決定"| BEST
    Q2 -->|"決定"| BEST
    Q3 -->|"決定"| BEST
    Q4 -->|"決定"| BEST
    Q5 -->|"決定"| BEST
    Q6 -->|"決定"| BEST
    Q7 -->|"決定"| BEST

    style START fill:#f3e5f5
    style BEST fill:#c8e6c9

iBGPのフルメッシュ問題

graph TB
    subgraph problem["iBGPフルメッシュ問題"]
        subgraph full["フルメッシュ必要"]
            F1["ルーター1"]
            F2["ルーター2"]
            F3["ルーター3"]
            F4["ルーター4"]
        end
    end

    F1 <--> F2
    F1 <--> F3
    F1 <--> F4
    F2 <--> F3
    F2 <--> F4
    F3 <--> F4

    NOTE["n台のルーターで<br/>n(n-1)/2本の<br/>セッションが必要"]

    style F1 fill:#ffcdd2
    style F2 fill:#ffcdd2
    style F3 fill:#ffcdd2
    style F4 fill:#ffcdd2
    style NOTE fill:#fff3e0

ルートリフレクタ

graph TB
    subgraph rr["ルートリフレクタ構成"]
        RR["ルートリフレクタ<br/>（RR）"]

        subgraph clients["RRクライアント"]
            C1["クライアント1"]
            C2["クライアント2"]
            C3["クライアント3"]
        end

        NON["非クライアント"]
    end

    C1 --> RR
    C2 --> RR
    C3 --> RR
    RR <--> NON

    NOTE["クライアント間は<br/>RRが経路を反映"]

    style RR fill:#ffcdd2
    style C1 fill:#e3f2fd
    style C2 fill:#e3f2fd
    style C3 fill:#e3f2fd
    style NON fill:#c8e6c9

ルートリフレクタの動作:

クライアントから受信した経路 → 他のクライアント・非クライアントへ反映
非クライアントから受信した経路 → クライアントへのみ反映

BFD（Bidirectional Forwarding Detection）

障害検知を高速化するプロトコルです。

graph TB
    subgraph bfd["BFDによる高速検知"]
        subgraph without["BFDなし"]
            W1["OSPF Hello<br/>10秒間隔"]
            W2["Dead Interval<br/>40秒で検知"]
        end

        subgraph with["BFDあり"]
            B1["BFD<br/>ミリ秒間隔"]
            B2["数十ミリ秒で<br/>検知"]
        end
    end

    without -->|"遅い"| FAILOVER1["40秒後に<br/>フェイルオーバー"]
    with -->|"高速"| FAILOVER2["即座に<br/>フェイルオーバー"]

    style W1 fill:#ffcdd2
    style W2 fill:#ffcdd2
    style B1 fill:#c8e6c9
    style B2 fill:#c8e6c9

項目	BFDなし	BFDあり
検知間隔	秒単位	ミリ秒単位
OSPF障害検知	約40秒	50ms〜数秒
BGP障害検知	約180秒	50ms〜数秒

経路再配布

異なるルーティングプロトコル間で経路情報を交換します。

graph TB
    subgraph redist["経路再配布"]
        subgraph ospf_domain["OSPF領域"]
            OSPF_R["OSPFルーター"]
        end

        ASBR["ASBR<br/>（再配布ポイント）"]

        subgraph bgp_domain["BGP領域"]
            BGP_R["BGPルーター"]
        end
    end

    OSPF_R -->|"OSPF経路"| ASBR
    ASBR -->|"再配布"| BGP_R
    BGP_R -->|"BGP経路"| ASBR
    ASBR -->|"再配布"| OSPF_R

    style OSPF_R fill:#e3f2fd
    style ASBR fill:#ffcdd2
    style BGP_R fill:#c8e6c9

再配布時の注意点:

ルーティングループの可能性
メトリックの変換が必要
フィルタリングの検討

OSPF vs BGP 比較表

項目	OSPF	BGP
種別	IGP	EGP
アルゴリズム	SPF（ダイクストラ）	パスベクトル
メトリック	コスト	パス属性
収束速度	高速	比較的遅い
スケーラビリティ	中規模	大規模
使用場面	企業ネットワーク内	ISP間、大規模ネットワーク
プロトコル	IP（プロトコル番号89）	TCP（ポート179）

試験対策のポイント

mindmap
  root((ルーティング<br/>の要点))
    OSPF
      状態遷移
        Down→Full
      DR/BDR選出
        プライオリティ
        ルーターID
      エリア設計
        バックボーン
        スタブエリア
      LSAタイプ
        1〜5, 7
    BGP
      eBGP/iBGP
      パス属性
        AS_PATH
        LOCAL_PREF
        MED
      経路選択
        8つの基準
      スケーリング
        ルートリフレクタ
    共通
      BFD
      経路再配布

OSPFの状態遷移を理解する
- Down → Init → 2-Way → ExStart → Exchange → Loading → Full
- 2-WayでDR/BDR選出が行われる
LSAタイプを把握する
- タイプ1, 2: エリア内
- タイプ3, 4: エリア間（ABR生成）
- タイプ5: AS外部（ASBR生成）
BGP経路選択の優先順位
- LOCAL_PREF（大） → AS_PATH（短） → MED（小）
- 覚え方: 「ローカルで短いパスが低コスト」
iBGPのスケーリング
- フルメッシュの問題点
- ルートリフレクタによる解決
BFDの効果
- 障害検知を秒単位からミリ秒単位へ高速化