【応用情報】『VRRP（別名：デジタル騎士団）』を超分かりやすく【新感覚Study】

2024.07.16 2024.07.14

アバンタイトル
はじめに
おわりに

アバンタイトル

IT分野は範囲がとても広いです。そのため、過去問を解いていると１ページに何個も理解できない単語が出てきます。それを一気に理解しようとするのはとても骨が折れるし、やる気も続きません。

しかし、そんな時は１周まわって１つのことに徹底集中してみるのはどうでしょうか？覚えなきゃいけないことが沢山あると、終わりが見えずモチベーションが続きません。

でも、「今日はこの１つをマスターしよう！」と１つにフォーカスすればゴールが見えて、集中力も続くようになります。また、一点集中型なので理解力も深まり応用も効くようになります。

ということで、当サイトでは１点集中をコンセプトに解説を展開しています。勉強法が定まっていなかったり悩んでいる方は是非、続きをご覧になってみてはいかかでしょうか？

はじめに

今回も中二病心ちゅうにびょうごころを刺激するワードを取り扱います。それがスイッチのVRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）です。意訳はデジタル騎士団です。

今回学ぶこのフレーズに対しては、「難しそー」とか「役に立つの？」といった思考は一旦おいといて「ただかっこいいから知りたい！」というシンプルな思考でStudyしていってほしいです。

そのためにこの記事では、初心者にも超分かりやすく解説していきます。ただの試験対策、ただの退屈な勉強、という感覚ではなく、「人前でこのフレーズを連呼してる自分を想像したら胸がわくわくする」みたいな、そういう軽い気持ちを主としてStudyしていきましょう（笑）！

また、この記事はIT経験者でなくても、だれでも読み進められる構成になっているので、最後まで楽に進めます。そして、読み終わった頃には、「あれ？知らぬ間に理解が深まっているぞ」ということに気づくでしょう。それでは、一緒に学んでいきましょう！そして、「勉強しなきゃ！」という義務感ではなく「かっこいいから知りたい！」という単純な理由で楽しみながらStudyしていきましょう！

デジタル騎士団（デジタルきしだん）

「デジタル騎士団（デジタルきしだん）」という表現は、VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）の機能と役割を中二病的に表現したものです。この表現は、以下のようなイメージを持っています：

説明

騎士団のイメージ
「騎士団」という言葉は、中世ヨーロッパの騎士たちが集団で活動し、城や領土を守るために連携して戦う姿を連想させます。騎士団は忠誠心が強く、敵からの攻撃に対して防御し、王国や領地の安全を守る役割を果たします。

デジタル世界への適用
このイメージをデジタル世界に適用すると、VRRPが果たす役割と重ね合わせることができます。VRRPは、ネットワーク内のルーターの冗長性を提供し、一つのルーターが故障した場合でも、他のルーターが自動的にその役割を引き継いでネットワークの継続的な運用を保障します。

デジタル騎士団の役割

守護者: 騎士団のように、VRRPはネットワークの「守護者」として機能します。ネットワークの安定性と継続性を守ります。

連携プレー: 騎士団が団結して戦うように、複数のルーターが協力し合ってネットワークの冗長性を提供します。各ルーターは、主ルーターが障害を起こしたときにバックアップルーターとしての役割を果たします。

信頼性: 騎士団が領主や王国に忠誠を誓うように、VRRPは信頼性の高いネットワーク運用を保証します。これにより、重要なネットワークサービスが中断することなく提供されます。

まとめ

「デジタル騎士団」という表現は、VRRPのネットワークにおける重要な役割をわかりやすく、かつ魅力的に表現しています。ネットワークの安定性と継続性を守るための協力的なシステムを強調し、技術的な興味を引き立てるための名称です。

p.s.この「デジタル騎士団」は一般的な表現ではなく、あくまでも私の意訳なので中二病以外の人に使っても全く通じません。くれぐれも授業や職場では使わないように！

【ここで扱う疑問】

などの、VRRP（デジタル騎士団）に関わる様々な疑問を解消していきます！

VRRPの大枠を教えて！

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）は、ネットワークのルーターの冗長性を確保するためのプロトコルです。具体的には、ルーターが故障した場合でもネットワークのサービスが継続されるように、複数のルーターをグループ化して1つの仮想ルーターとして機能させる仕組みです。

基本的な仕組み

仮想ルーター
- VRRPでは、複数の物理ルーターを1つの仮想ルーターとして扱います。仮想ルーターには1つの仮想IPアドレス（VIP）が割り当てられ、クライアントはこのVIPをデフォルトゲートウェイとして使用します。
マスターとバックアップ
- VRRPグループ内で1つのルーターが「マスタールーター」として選ばれ、他のルーターは「バックアップルーター」として待機します。
- マスタールーターは、VIPの管理とデータ転送を担当します。
- マスタールーターが障害を起こすと、バックアップルーターの中から新しいマスタールーターが選ばれます。
選出プロセス
- 各ルーターには「優先度」が設定されており、通常、優先度の高いルーターがマスタールーターになります。
- マスタールーターは定期的にバックアップルーターに対して「ハートビート」メッセージを送ります。このメッセージが一定時間届かない場合、バックアップルーターが新しいマスタールーターとして選出されます。

実際の応用例

例えば、企業のネットワークにおいて、インターネットに接続するためのルーターが1台しかないと、そのルーターが故障した場合、全てのネットワークがインターネットに接続できなくなってしまいます。VRRPを使えば、複数のルーターを1つの仮想ルーターとして管理し、どのルーターが故障しても他のルーターが引き継いでネットワーク接続を維持します。

VRRPのメリットは？

高可用性（冗長性）:
- VRRPは、マスタールーターが故障した際にバックアップルーターが引き継ぐことで、ネットワークのダウンタイムを最小限に抑えます。これにより、ネットワークの可用性が向上します。
簡単な設定:
- VRRPの設定は比較的簡単であり、既存のネットワークインフラに容易に統合できます。複雑な設定や専用のハードウェアは不要です。
標準化されたプロトコル:
- VRRPはIETFによって標準化されているため、異なるベンダーの機器間でも相互運用性が高いです。多くのネットワーク機器でサポートされています。
シームレスなフェイルオーバー:
- マスタールーターからバックアップルーターへのフェイルオーバーがシームレスに行われるため、クライアントはネットワークの切断をほとんど感じません。
柔軟な優先度設定:
- 各ルーターに優先度を設定できるため、フェイルオーバーの際にどのルーターがマスターになるかを細かく制御できます。

VRRPのデメリットは？

追加のトラフィック:
- VRRPは定期的にハートビートメッセージを送信してルーター間のステータスを確認するため、ネットワークに若干の追加トラフィックが発生します。ただし、このトラフィックは通常、ネットワーク全体の帯域幅に対してごくわずかです。
設定ミスのリスク:
- 優先度の設定やタイマーの調整を誤ると、適切なフェイルオーバーが行われず、冗長性が失われるリスクがあります。正確な設定が求められます。
リソースの消費:
- バックアップルーターも常に待機状態でリソースを消費するため、ネットワークのスケーラビリティに影響を与える可能性があります。
複雑なネットワーク構成での制限:
- 大規模なネットワークや複雑なトポロジーにおいて、VRRPだけでは対応しきれない場合があります。その場合、他の冗長化技術と併用する必要があります。
セキュリティリスク:
- ハートビートメッセージが認証されていないと、悪意のある攻撃者が仮想ルーターIDを偽装してネットワークに不正アクセスするリスクがあります。適切な認証設定が重要です。

まとめ

要するに…
VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）は、複数の物理ルーターを一つの仮想ルーターとして扱う技術です。この技術により、複数の物理ルーターを一つの仮想ルーターとして冗長化し、ネットワークの信頼性を向上させることができます。

仮想IPアドレス（VIP）を使用することで、マスタールーターが故障した場合でもバックアップルーターが迅速にマスタールーターとして役割を引き継ぐため、シームレスなフェイルオーバーが実現します。

ただし、常にバックアップルーターが起動しているため電力消費が増加し、ハートビートメッセージの送信によるネットワークトラフィックの増加がデメリットとなります。

リンク

VRRPとリンクアグリゲーションは似てる！

VRRPとリンクアグリゲーションは抽象的に見ると、類似している技術です。
具体的には「１つのものを複数で共有して１台として扱う」という点が共通しています。
VRRPではIPアドレスを、リンクアグリゲーションではNICを同期（≒共有）して１つの仮想デバイスにしています。

おまけ：用語解説

VIPってなに？

VIP（Virtual IP Address）とは、仮想ルーターが持つ仮想的なIPアドレスのことです。このVIPを使用することで、クライアントは仮想ルーターにアクセスでき、バックエンドの物理ルーターが故障した場合でも、仮想ルーターが継続的にサービスを提供することが可能になります。

複数の物理ルーターがこのVIPを共有します。クライアントはVIPを使用して仮想ルーターにアクセスするため、物理ルーターの切り替えによってクライアント側の設定を変更する必要はありません。

ハートビートメッセージってなに？

ハートビートメッセージ（heartbeat message）は、ネットワークやシステムにおいてデバイスやプロセスが正常に動作していることを確認するために定期的に送信される信号またはメッセージのことを指します。これにより、システムの健全性を監視し、障害が発生した場合に迅速に検知して対応することができます。

ハートビートメッセージが一定期間受信されない場合、システムはフェイルオーバーをトリガーし、冗長システムが代わりに動作を引き継ぎます。例えば、VRRPではマスタールーターがハートビートメッセージを送信し、バックアップルーターがそれを監視します。

フェイルオーバーってなに？

フェイルオーバー（failover）とは、システムやネットワークにおいて、主要なデバイスやコンポーネントが故障した場合に、予備のデバイスやコンポーネントが自動的に引き継ぐプロセスのことを指します。これにより、サービスの中断を最小限に抑え、システムの高可用性を実現します。

スケーラビリティってなに？

スケーラビリティ（scalability）は、システム、ネットワーク、またはプロセスが、負荷や要求の増加に対してどれだけ効率的に拡張または縮小できるかを示す能力を指します。スケーラビリティの重要性は、特に大規模なシステムやビジネス環境において、需要の変動に迅速に対応し、パフォーマンスを維持するために非常に高いです。

トポロジーってなに？

トポロジー（topology）とは、コンピュータネットワークにおける各デバイスやノード（コンピュータ、ルーター、スイッチなど）の配置と、それらの接続方法を示す概念です。ネットワークトポロジーは、ネットワークの構造や形状を表し、ネットワークの性能、信頼性、拡張性に影響を与えます。

トワークの性能、信頼性、拡張性に影響を与えます。

トポロジーの種類

バス型トポロジー（Bus Topology）:
- 全てのノードが1本のメインケーブル（バス）に接続される。
- メリット: 簡単で安価に構築できる。
- デメリット: ケーブルが断線するとネットワーク全体がダウンする。通信が多いと衝突が発生しやすい。
スター型トポロジー（Star Topology）:
- 全てのノードが1つの中心デバイス（ハブやスイッチ）に接続される。
- メリット: 中心デバイスの障害を除いて、個別のノードの障害が全体に影響しない。ネットワークの管理が容易。
- デメリット: 中心デバイスが故障すると、ネットワーク全体がダウンする。
リング型トポロジー（Ring Topology）:
- 全てのノードがリング状に接続される。各ノードは隣接する2つのノードと接続される。
- メリット: データの送信が規則的で、衝突が少ない。
- デメリット: 1つのノードやリンクが障害を起こすと、ネットワーク全体に影響を与える。
メッシュ型トポロジー（Mesh Topology）:
- 全てのノードが互いに直接接続される（フルメッシュ）か、一部のノードが直接接続される（部分メッシュ）。
- メリット: 高い信頼性と冗長性。1つの接続が切れても他のルートを使用できる。
- デメリット: 配線が複雑で高コスト。
ツリー型トポロジー（Tree Topology）:
- スター型トポロジーの組み合わせで、階層的な構造を持つ。
- メリット: 拡張性があり、大規模なネットワークに適している。
- デメリット: 中心となるノードやリンクが障害を起こすと、その下位の全てのノードが影響を受ける。
ハイブリッド型トポロジー（Hybrid Topology）:
- 上記のトポロジーの組み合わせで構成される。
- メリット: 特定のニーズに応じて最適な部分を組み合わせることができる。
- デメリット: 設計と管理が複雑になる。