“止まらないネットワーク”に不可欠な「FHRP」「OSPF」「BGP」とは何か？：快適なネットワークの設計戦略【第1回】

ネットワークの安定運用は、業務停止やサービス遅延を防ぐ生命線となる。ネットワークの信頼性確保において重要なプロトコルの基本を理解しよう。

[Charles Uneze，TechTarget]

　業務停止やサービス遅延を防ぐ上で、ネットワークを安定的に運用することは極めて重要だ。ネットワークの信頼性を確保するには、ハードウェアだけでなく、通信を制御するネットワークプロトコルに関する知識も欠かせない。

　ネットワークプロトコルは、データをネットワーク上でどのように送信するかを規定するルールとなる。そのルールがあることで、ネットワークで接続するデバイスが効率的に通信し、円滑に情報交換をすることが可能になる。本稿はネットワークの信頼性を支える主要なプロトコルとして、

• FHRP（First Hop Redundancy Protocol）
• OSPF（Open Shortest Path First）
• BGP（Border Gateway Protocol）

の3つを取り上げ、それぞれの役割や実装上の注意点などを解説する。

ネットワークの信頼性を支える「3つの重要プロトコル」

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　ネットワーク通信の基盤となるネットワークプロトコルは、ネットワークの信頼性を維持する上で欠かせない。中でもFHRP、OSPF、BGPは、それぞれ異なる階層でネットワークの可用性と経路制御を担う重要なプロトコルだ。

First Hop Redundancy Protocol（FHRP）

　FHRPは、ルーターやゲートウェイの障害が発生した際に備えて、トラフィックをバックアップデバイスへ自動的に切り替える「冗長化」のためのプロトコルだ。FHRPには、ベンダー固有の実装と、「Virtual Router Redundancy Protocol」（VRRP）のような、標準化された非ベンダー実装が存在する。

　VRRPは、複数のルーターが1つの仮想IPアドレスを共有する仕組みだ。通常は「プライマリーデバイス」が仮想IPアドレスを使って処理する。万が一、プライマリーデバイスが障害を起こした場合、バックアップデバイスが仮想IPを引き継ぎ、自動的にルーティング処理を継続する。復旧時にはプライマリーデバイスが処理を再開する。

　VRRPを構成する際は、L2（レイヤー2）スイッチ間の冗長構成によるループを防ぐためのプロトコル「Spanning Tree Protocol」（STP）の設定も考慮しなければならない。ネットワークの安定性を保つには、VRRPのプライマリースイッチをSTPのルートスイッチにも設定するのが望ましい。

　「オブジェクトトラッキング」機能を用いれば、VRRPの対象外のインタフェース（非VRRP）も監視できる。これらのインタフェースがダウンした場合も、バックアップデバイスに自動で切り替えられるようになり、信頼性を一段と高めることが可能だ。

Open Shortest Path First（OSPF）

　OSPFは、ルーターのリンク障害を迅速に検出し、「ダイクストラ法」あるいは「SPFアルゴリズム」で最適なルートを再計算できる。再計算されたルート情報は、リンクステート広告（LSA）パケットを用いて、他のルーターに通知される。

　ただし、OSPFにはスケーラビリティの課題がある。OSPFは、全てのルーターにパケットをばらまく「フラッディング方式」でLSAを配信する。そのため、ネットワーク規模が大きくなると帯域幅を消費し、ルーターのCPU負荷が増える。特に、数百台規模のルーターが存在する大規模エンタープライズネットワークでは、1つのリンク障害でも全ネットワーク全体に影響が及び、全てのルーターがルート再計算を余儀なくされる可能性がある。

　この問題への対処法として、ネットワークをOSPFエリアに分割し、不必要な更新の伝播を抑える方法を推奨する。

Border Gateway Protocol（BGP）

　BGPはインターネットルーティングの中核を担うプロトコルだ。ネットワークを管理する際、複数のルーターを共通ルールでまとめて、AS（自律システム：単一ポリシーで制御されるネットワークの集合）を構成する。各ASには、通常インターネットサービスプロバイダー（ISP）によって管理固有の番号（AS番号）が割り当てられる。これによりAS同士が相互接続し、ルーティング制御を維持できる。

　BGPを構成する際、物理インタフェースではなくループバックインタフェース上で、AS内部のBGPネイバーシップ（隣接関係）を確立する必要がある。

　一方でBGPにもスケーラビリティの課題がある。全てのルーターが互いにBGPネイバーシップを形成しなければならない点だ。この問題を緩和する代表的な手法は次のとおり。

• ルートリフレクタ
  • 特定のルーターが代表して他ルーターと接続し、ルート情報を反映して配布する。例えば3台のルーターが直接3本接続しなくても2本に削減できる
• BGPコンフェデレーション
  • 大規模なASをより小規模なサブASに分割し、ルーティング管理を簡素化する手法。ISPであれば大陸レベルのネットワークを地域ごとに分割する際に有効なアプローチとなる。

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　次回は、ネットワークのパフォーマンスを最適化するための戦略を解説する。