理Kotowary

ルーター — 行き先を見て振り分ける

大人こども
初級中級上級

概要 — まず全体をつかむ

中級ではルーティング・NAT・DHCPを見ました。上級では、経路の学習と、インターネット規模の転送へ。

詳細 — 1段階ずつ追う

経路はどう学ばれるか

ルーターは経路表を静的にも動的にも作ります。動的にはルーティングプロトコルを使います。

  • IGP（組織内） — OSPF／IS-IS。リンク状態を共有し、最短経路を各自計算
  • EGP（組織間） — BGP。AS（自律システム）どうしが経路を広告し合う。ポリシー（コスト・契約）で選ぶ
  • 経路集約 — 細かい経路をまとめて広告し、表を小さく保つ
やさしく言うと（中級）

ルーターの中心は、IPアドレスを見た経路判断（ルーティング） です。加えて家庭用では、複数の役割を担います。

  • ルーティング — 経路表を見て次の転送先を決める
  • NAT／NAPT — 家の中の住所（プライベートIP）と外の住所（グローバルIP）を橋渡し
  • DHCP — 家の中の機器に、住所（プライベートIP）を自動で配る

登場人物メモ:

  • ※1 デフォルトゲートウェイ — 経路表に無い宛先の、既定の出口
  • ※2 プライベートIP／グローバルIP — 家の中だけの住所／世界に通じる住所

1パケットが転送されるまで

  1. 宛先IPを取り出す
  2. 経路表を最長プレフィックスマッチで照合（高速化にTCAMを使う）
  3. 次ホップと出口インターフェースを決める
  4. 複数の等価経路があれば ECMP で負荷分散
  5. TTLを1減らし（0なら破棄しICMP返却）、必要ならフラグメント
やさしく言うと（中級）
  1. パケットの宛先IPを見る（IPはネットワーク部＋ホスト部に分かれ、サブネットマスク／CIDR（/24 など）でどこまでが同じネットワークかを区切る）
  2. ルーティングテーブルで、次のホップ（転送先）を決める
  3. 該当が無ければデフォルトゲートウェイへ
  4. 外向きは NAT でプライベートIP↔グローバルIPを変換
  5. 戻りのパケットは、変換表をもとに正しい機器へ返す
アニメーション『IPアドレスの構造（ネットワーク部とホスト部）』を開く
IPアドレスの構造 — 192.168.1.10 /24前半がネットワーク部（どこの町内か）／後半がホスト部（町内の何番地か）ネットワーク部（192.168.1）ホスト部（.10）192168110/24 ＝ ここまで同じ町内サブネットマスク 255.255.255.0（255＝ネットワーク部／0＝ホスト部）2552552550ネットワーク部が同じ＝同じ町内。町内なら直接、別の町へはルーター（出口）から届ける

インターネット規模の話

  • BGPでつながる世界 — 私たちの通信は、無数のASがBGPで織りなす経路の上を流れる
  • ポリシールーティング — 宛先だけでなく、送信元や種別で経路を変える
  • IPv4枯渇とIPv6 — アドレス不足をNATで凌ぎ、根本解決はIPv6へ
  • QoS — 種別ごとに優先度・帯域を割り当てる
やさしく言うと（中級）
  • NAPT（ポート変換） — 1つのグローバルIPを、ポート番号で複数機器が共有
  • ポートフォワーディング — 外からの通信を、特定の内部機器へ通す設定
  • DHCP — 機器の接続時に、住所・ゲートウェイ・DNSをまとめて配る
  • 統合 — 家庭ではWi-Fi・NAT・DHCP・（ONU）を1台に集約（ホームゲートウェイ）
  • プライベートIPの範囲 — 家庭内では 192.168.x.x や 10.x.x.x が使われる（外には出ない住所）
アニメーション『NAT（プライベートIPを公開IPに変換）』を開く
NAT — 私設IPを1つの公開IPに変換して外へ家庭内ネットワーク（192.168.x.x）端末1（家の中）192.168.1.11端末2（家の中）192.168.1.12端末3（家の中）192.168.1.13ルーター（NAT）私設IP → 公開IPに付け替え戻りは変換表で送信元＝203.0.113.5インターネットNAT変換表（ポート番号で「誰宛てか」を区別）内側（私設IP : ポート）外側（公開IP : ポート）192.168.1.11 : 52001⇄203.0.113.5 : 40001192.168.1.12 : 49770⇄203.0.113.5 : 40002192.168.1.13 : 51234⇄203.0.113.5 : 400031つの公開IP（203.0.113.5）を家じゅうで共有。ポート番号が違うから戻りも取り違えない

⚠️ 大規模ゆえの障害

  • 経路ハイジャック／リーク — 誤ったBGP広告で、通信が別の場所へ吸い込まれる
  • ルーティングループ — 経路の不整合でパケットが回り続ける（TTLで最終的に破棄）
  • ブラックホール — どこへも届かない経路に落ちる
  • PMTUD失敗 — 経路MTUの探索が塞がれ、大きなパケットが通らない
やさしく言うと（中級）
  • 二重NAT — ルーターが2段になり、NATが二重で通信不良
  • ポートが塞がる — 外からの通信が必要なアプリで、フォワーディング未設定
  • 経路の問題 — 途中の経路障害で、特定の宛先だけ届かない
  • IP枯渇・重複 — DHCPの範囲や固定IPの設定ミス

関連する知識

理解度チェック

そのまま解けます（成績は保存されません）。無料アカウントを作ると、学習の記録と進捗の山登りが始まります。

問1. インターネット全体で「どのAS（組織網）を通ってどこへ行くか」を広告し合う経路プロトコルは？

問2. ルーターが宛先IPを経路表と照合するときの規則は？

問3. 組織内（IGP）で使われ、リンク状態を共有して最短経路を各自計算するプロトコルはどれ？

問4. ルーターが等価な複数経路にパケットを分散させて流す仕組みはどれ？

問5. パケットのTTLが0になったとき、ルーターがとる動きはどれ？

問6. 大規模ネットワークの障害のうち、「誤ったBGP広告により通信が本来と別の場所へ吸い込まれる」ものはどれ？

問7. IPv4アドレスの枯渇を根本的に解決するために移行が進む、次世代のアドレス方式を何と呼ぶ？

問8. BGPが経路を広告し合う単位で、「自律システム」とも訳される組織網を英字2文字で何と呼ぶ？