令和3年（2021年）ネスペ午後Ⅰ　問Ⅱ　解答解説

設問２

OSPFへデフォルトルートを導入する

OSPFはリンクステートルーティングプロトコルであり、基本は network コマンド等で有効化したインターフェースの直接接続ネットワークやLSAを交換する仕組み。他の経路（スタティックルートなど）をOSPFの世界に持ち込むには、明示的な「再配送」や今回のデフォルトルート広告のような設定が必要になる。

Hjson
router ospf 1
 default-originate information [always]

設問３

（１）ルーティングテーブルサイズを小さくする

👇ルーティングテーブルを小さくする3大メリット

  • ① ルータのメモリ（リソース）の節約
    ルータはルーティングテーブルをメモリ（RAM）上に保持する。細かい経路をそのまま全部持っているとメモリを消費するが、集約してエントリ数を減らせば、機器への負荷を抑えられる。
  • ② パケット転送（ルックアップ）の高速化
    ルータはパケットが届くたびにルーティングテーブルから宛先を探す（最長一致検索）。テーブルの行数が少なくなれば検索にかかる時間が短縮され、転送処理の高速化（遅延の防止）につながる。
  • ③ 経路フラッピング（障害・変動）の影響を抑える（一番重要！）
    これが実務や試験で最も重視されるポイント。例えば、支社のなかで特定の回線が「チカチカと切れたり繋がったり（フラッピング）」を繰り返したとき、細かい経路がそのまま上位に広告されていると、その都度上位のルータで「SPF計算（経路の再計算）」が走りまくり、ネットワーク全体のCPUが爆発する。あらかじめ経路を集約しておけば、末端の細かい変動が上位に伝わらなくなるため、ネットワーク全体の安定性が爆上がりする。

今回の場合では、このようなコマンドを使う。

Hjson
router ospf 1
 area 1 range 172.16.0.0 255.255.0.0

設問４

（２）機器：①ルータ②L3SW1　設定内容：OSPF仮想リンクの接続設定を行う

バックボーンが分断された場合はABR間で仮想リンクを構成する。なので、答えは、L3SW1とルータとなる。

Hjson
L3SW6（エリア0）ーーー　L3SW1(エリア0とエリア１) ーーーーー　本社のルータ（エリア1とエリア０）

実際のコマンド👇

Hjson
#テンプレ
area トランジットするエリア　virtual-link 相手のRouterID

#本社ルータの設定
router ospf 1
 area 1 virtual-liink <L3SW1のRouter ID>
 
 
#L3SW1側の設定
router ospf 1
 area 1 virtual-liink <本社ルータのRouter ID>

例題👇
Q.　R1（area0）ーー　R2(area0とarea１) ーー　R3（area１とarea２）ーー　R4（area2）の構成の場合、どこにどのような設定をすべきか？
A.　R2でarea 1 vritual-link R3のRouterID
　　R3でarea 1 virtual-link R2のRouterID

p.8 Q.VPCって何？

VPC(Virtual Private Cloud)とはクラウド上に自分のネットワーク空間を持てますよねっていうサービスのこと。

Q.D社PCからG社VPC仮想サーバまではどういうフローなの？

1. 名前解決（DNSによるIPアドレスの取得）

  • 動作： 社内のPC（例えば支店や本社のPC）から、VPC内にある仮想サーバーのホスト名（URLなど）に対してアクセスを試みると、まずは社内のDNSサーバー等を使って名前解決が行われる。
  • 結果： これにより、VPC内の仮想サーバーに割り当てられているプライベートIPアドレス（例: 192.168.1.x）がPCに返される。

2. 社内ネットワーク内でのルーティング（本社ルータまでの転送）

  • 動作： PCは宛先IPアドレスを「192.168.1.x」としたIPパケットを作成。
  • 経路：
    1. パケットはまず支店のL2SWおよびL3SWを通過し、広域イーサ網（図1の g）を経由して本社へと転送される。
    2. 本社に到着したパケットは、本社のルータに到達する。
  • 本社のルータの判断： 本社のルータは、「192.168.1.0/24（G社VPCのセグメント）宛てのパケットなら、ファイアウォール（FW）の方へ投げればいい」というルーティング情報を持っている。そのため、パケットは本社ルータからL2SW7を経由してFWへと送られる。

3. FWでのIPsec VPNカプセル化（インターネットへの送り出し）

  • 動作： パケットがFWに到着。
  • ルールの適用： 記述(4)および(5)にある通り、FWとG社VPCの門番である「VPC GW」の間にはIPsecトンネルが常時張られている。
  • カプセル化： FWは、PCから送られてきたプライベートIPパケット（宛先: 192.168.1.x）を丸ごとIPsecでカプセル化（暗号化＆トンネリング）する。
    • このとき、外側のIPヘッダーには、本社のFWのグローバルIPアドレス（t.u.v.5）と、G社VPC GWのグローバルIPアドレス（x.y.z.1）が付与される。
  • 送出： FWは、インターネット（図1の m のセグメント）に向けてこのパケットを送出。

4. インターネット経由の転送

  • 動作： カプセル化されたパケットは、通常のインターネット上のルータ群を経由して、G社VPCの入り口である VPC GW（グローバルIP: x.y.z.1）まで転送。

5. VPC GWでのカプセル解除と内部配信

  • 動作： パケットがG社VPCの VPC GW に到着。
  • デカプセル化（トンネル終端）： VPC GWがIPsecの包み（外側のヘッダー）を剥がす。
  • 内部ルーティング： 中から、PCが最初に送信した元のプライベートIPパケット（宛先: 192.168.1.x）が現れる。
  • 最終到達： VPC GWは、そのパケットをVPC内の仮想セグメント（n：192.168.1.0/24）へ流し込み、目的の仮想サーバーに到達する。

Q.OSPFのフロー（Down～FULL）

前提：
・同一セグメントに１０台以上のルータが存在する環境
・ネットワークタイプはBroadcast
０．Down
相手からHelloパケットが１度も届いていない状態
１．Helloパケットの送信（Init）
ルータを起動すると、まずは224.0.0.5宛てのマルチキャストを送信する。
▼Helloパケットには以下の情報が含まれる

パケット内のフィールド内容ネイバー成立のチェック
Router ID送信元ルータの ID一致するとエラー（重複不可）
重複すると、show ip ospf neighborで2way以上には進まない
Area ID所属するエリア番号（例: 0）一致が必須
Network Mask送信元インターフェースのサブネットマスク一致が必須（※P2P除く）
Hello IntervalHello を送る間隔（例: 10秒）一致が必須
不一致だと、show ip ospf で表示すらされない
Dead Intervalネイバー障害とみなす時間（例: 40秒）一致が必須
不一致だと、show ip ospf で表示すらされない
Router PriorityDR/BDR 選出用の優先度（デフォルト 1）チェックなし（選出に使用）
Designated Router (DR)現在認識している DR の IP アドレスチェックなし（情報共有）
Backup DR (BDR)現在認識している BDR の IP アドレスチェックなし（情報共有）
Neighbor自分（送信元）が受信を確認した相手の Router ID リストここに自分のIDがあれば 2-Way
Options (E/N bit)スタブエリアなどのオプション機能フラグ一致が必須
Authentication認証タイプおよびパスワード等一致が必須

２．２WAY
同一セグメントからのHelloパケットのNeighborフィールドに自身のルータIDが記載されている場合、相互認識完了。
ここで、DRとBDRを選出する
DRとBDRが決まったので、以降の通信はマルチキャストではなくユニキャストで実行される
▼選出基準
①プライオリティ（デフォルトは１）が１番大きいルータがDRに、２番目がBDRになる
②①が同一の場合はルータIDで決める
＊ルータIDは重複が禁止なのでこの２ステップで確実に決まる
３．EXstrat
マスターとスレーブを決める。
▼選出方法
①DBDパケット（ルータID、MTU、制御フラグ、シーケンス番号が格納）を送信する
＊MTUが不一致だとshow ip ospf neighbor 時にExstartで止まる
②ルータIDを比較し、大きなほうがマスターになる。
③スレーブはシーケンス番号をマスターに合わせる
▼詳細

Wolfram
[ ルータ A (RID: 1.1.1.1) ]                       [ ルータ B (RID: 2.2.2.2) ]

 1) 「僕がマスターだ！(MS=1)」 ── (ユニキャスト) ──>  「僕がマスターだ！(MS=1)」
    (RID: 1.1.1.1, Seq: 100)                         (RID: 2.2.2.2, Seq: 500)
                              <── (ユニキャスト) ──

 2)  ルータ A は「相手（2.2.2.2）の方が RID が大きい！」と気づき、スレーブ（Slave）を認める。
     ルータ B は「自分（2.2.2.2）の方が RID が大きい！」と確信し、マスター（Master）になる。

 3) スレーブ（ルータ A）が折れて、相手の Seq: 500 を使って返事をする：
    「了解、君がマスターね。(MS=0)」 ───>  「よし、じゃあ僕（マスター）から目録を送るね！」
    (Seq: 500 で返信)                         (ここから Exchange ステートへ移行！)
    
    
 #制御フラグ
 M(More)ビット：１→まだ続きがあるよ。１回でLSA目次が入りきらなかったら使う
 MS(Master/Slave)ビット：１→俺がマスターだよ！
 I(Init)ビット：１→これが最初のDBDだよ！つまりExstartを意味する(このDBDはデータベース要約情報を交換するDBDではなくネゴシエーション開始時のDBDですよと明示する）

４．Exchange
お互いのLSDB情報を同期するためのフェーズがExchange。お互いのLSAの差分の有無によって挙動が変わる。
▼Exchange詳細フロー
①マスターがDBDにLSAの概要を載せてスレーブへ送信する
②スレーブも、マスターへDBDにLSAの概要を載せて送信する
③Mビットが０になるまでお互い交互にDBDを送り合う
＊Mビット：１がまだ続きがあるよ！の意。０がLSAの目次送り切りましたよ！と伝えるフラグ
送り合っている最中も自分のLSDBと相手のDBDを見比べて差分をLSRリスト（後で要求するLSAのリスト）を作成しておく。
→Mビットが０になった時点で差分がない場合はLoadingをスキップしてFULLへ
→Mビットが０になった時点で差分がある場合はLoadingへ
５．Loading
LSRリストをもとに欲しい情報を取得してLSDBを完成させるというプロセスを担うのがLoading。基本的にはLSR→LSU→LSAckという流れで進んでいく。では、詳細を見ていこう！
▼Loading詳細フロー
①LSR(LinkStateReques)の送信
Exchangeステートで準備しておいたLSRリストをもとに、「このLSAの詳細をください」と請求するLSRパケットを送信する
②LSU(LinkStateUpdate)の送信
LSRを受信した相手は、請求されたLSAの詳細データを詰め込んだLSUパケットを返す。
（１つのLSUに複数のLSA詳細データをまとめて送れる）
③LSAck(LinkStateAcknowledgment)
LSUを受け取ったら自身のLSDBに保存する。保存が完了したら「LSUを受け取ったよ！」という確認メッセージであるLSAckパケットを返す。
④LSRリストが空になったらFULLへ移行
LSRリスト内のLSAをすべて受け取り、手元のLSRリストが完全に０件になったらFullへ移行
６．FULL
・FULLになったら、あとはタイマーに従ってHelloパケットを送信し合う。
FULLになった後に経路の追加、削除が検知されると、検知したルータがLSUをDR/BDRにマルチキャスト(224.0.0.6)送信する。それをDR/BDRがマルチキャスト(224.0.0.5)して全体に広がる。
▼経路削除
当該LSAを「シーケンスを＋１にする＆Maxageを3600」にしてLSUを送る。
＊MaxageはLSAを保持する期間。これが切れると削除されるので、3600でLSUを送ると自動的に相手側から削除される
▼経路追加
通常のLSUを送る流れでパケット送信する

以上がOSPFのフロー説明である。
完了！！！

Q.OSPFのコスト

OSPFでは、当該ルートまでの最小コストとなるルートを最適経路として登録する。

Ciscoデフォルトの参照帯域幅： 100 Mbps (108bps)

OSPFのコストの具体例（デフォルト設定の場合）👇

10 Mbps 回線： 100 ÷ 10 = 10
100 Mbps 回線： 100 ÷ 100 = 1
1 Gbps 回線： 100 ÷ 1000 = 0.1 （※小数点は切り捨てられるため、「1」になる）
100Mbps以上の1 Gbps / 10 Gbps 回線： すべて 「1」 になる

OSPFのデフォルト参照帯域幅の変更方法

Hjson
Router# configure terminal
Router(config)# router ospf 1
Router(config-router)# auto-cost reference-bandwidth 1000

auto-cost reference-bandwidth 1000の単位はMbps。そのため、現在の環境においては、100Gbps(100,000Mbps)までを想定した方がよいので、100000を指定することも多い。

SPFコストの整理

OSPFコストとSPFコストはぐちゃぐちゃしてややこしくなる。なので、ここで整理しておこう！
👇STPのコストには、次のような規格（表現方法）がある。

  • ショートコスト（IEEE 802.1D / レガシー）：
    • 10 Mbps = 100
    • 100 Mbps = 19
    • 1 Gbps = 4
    • 10 Gbps = 2
    • 100 Gbps = 1
    • （※100Gbps以上になると「1」が下限となり、それ以上差がつかなくなるため、高速回線に対応できなくなりました）
  • ロングコスト（IEEE 802.1t / モダン）：
    • 高速な回線（1Gbpsや10Gbpsなど）でも細かい差をつけられるよう、より大きな数値（標準で最大200,000など）を使うように改良された規格です。
    • ロングコストの場合は、参照帯域幅を20兆（2×1013）としている。👇が計算式である。
帯域幅計算コスト
1 Gbps20兆 ÷ 10億20,000
10 Gbps20兆 ÷ 100億2,000
100 Gbps20兆 ÷ 1000億200
400 Gbps20兆 ÷ 4000億50

👇コマンド

Hjson
#パスコスト算出方法を変更
spanning-tree pathcost method [long/short]

▼まとめ

リンク帯域幅ショート方式ロング方式
10 Mbps1002,000,000
100 Mbps19200,000
1 Gbps420,000
10 Gbps22,000
100 Gbps1200
400 Gbps150

p.12 Q.バックボーンが分断されるとどうなるの？

Hjson
L3SW6(エリア0) ーー　L3SW1（エリア0とエリア１）ーールータ（エリア１とエリア０）

このような構成がある場合、L3SW1はL3SW6,ルータともにネイバとして出力することは可能。👇

しかし、ルート情報を見ると正常に伝達できていないことが確認できる👇
＊Oから始まる経路が登録されていないことが確認できる。

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