【コンピュータネットワーク】ルーター図解(1)

このシリーズには次のものが含まれます。

• イラストルーター (1)
• イラストルーター (2)

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ネットワークに接続される端末の増加に伴い、ネットワーク規模はますます大規模化していますが、レイヤ2スイッチの容量や性能には限界があり、増加する端末にアクセスできません。そのため、3 層ネットワーク機器ルータがあり、異なるネットワーク セグメント上の 2 層スイッチを接続し、それによって世界中のネットワークを接続します。次に、ルーターに関するよくある質問を見てみましょう。

1.ルーターとは何ですか?

ルーターは、ネットワーク層の作業を担当するハードウェア デバイスであり、異なるポートを介して異なるネットワーク セグメントを接続し、宛先アドレスを識別し、ルーティング テーブルに従ってデータ パケットを転送します。

2. ルーティングとは何ですか?

ルーターがデータ パケットのパスを選択するプロセスは、ルーティングと呼ばれます。ルーターはインターフェイスからデータ パケットを受信すると、宛先アドレス情報に基づいてルーティング選択を実行し、選択結果に従って対応するインターフェイスからデータ パケットを転送します。

転送する経路をパスと呼びます。

ルーターが経路を選択するときに参照する情報を「ルーティング テーブル」といいます。ルーターはこの情報を使用して、データ パケットを転送するネットワークを決定します。

ルーティング テーブルは複数のルーティング テーブル エントリで構成されており、ルーティング テーブル エントリは手動で静的ルートを設定することも、ルーティング プロトコルを通じて動的ルートを自動的に生成することもできます。

名前	英文名称	説明する
パス	route	ルーターがパケットを転送するパス
ルーティング	routing	ルーターがデータ パケットのパスを選択するプロセス。ルーティングの選択が完了した後、データ パケットを転送するプロセスは、フォワーディング ( forwarding)と呼ばれます。
ルーティングテーブルエントリ	routing table entry	ルーターが経路を選択する際に参照する情報で、宛先アドレスとネクストホップから構成されます。
ルーティングテーブル	routing table	ルーティング テーブル エントリの概要、ルータがルーティングを選択するときに参照する必要がある内容

ルーティングの選択はネットワーク層で行われ、そのプロセスは次のとおりです。

3. 転送とは何ですか?

ルーティング プロセスでは、宛先 IP アドレス情報に基づいてデータ パケットをどのネットワークに転送するかを決定する必要があります。ルーターの 1 つのインターフェースが 1 つのネットワークに対応し、異なるネットワークに送信されることは、ルーターがあるインターフェースからデータを受信し、別のインターフェースからデータを送信することを意味します。

受信インターフェイスから送信インターフェイスにデータ パケットを送信するプロセスは、転送 と呼ばれます。

4. ルーター機器にはどのような種類がありますか?

1 つは、 PC またはサービスでルーター ソフトウェアを実行し、ルーターとして使用する方法です。

より一般的で人気のあるタイプのルーターもあります。これは、ルーター専用のオペレーティング システムを備え、専用のハードウェアを備えたデバイスであり、ハードウェア デバイスとも呼ばれます。

ルーター ソフトウェアと比較して、専用ハードウェア デバイスには多くの利点があります。

• 使いやすいインターフェースを提供する
• 使いやすい
• 短時間で積み込み可能
• カスタマイズされたシステムはスループットを簡単に向上させることができます
• より高い信頼性
• ルーター機能の場合はコストが安くなります

5. ルーターの性能分類にはどのような種類がありますか?

性能に応じて、ルーターはハイエンドルーター、ミッドレンジルーター、ローエンドルーター、および安価なホームルーターの合計4つに分類できます。$4$種類。

ルーターの分類	使用
ハイエンドルーター	通信事業者、データセンター、大企業向けのコアルーター
ミッドレンジルーター	企業向けのコアルーターと通信事業者向けのエッジルーター
ローエンドルーター	中小企業向け基幹ルーター、大企業向け支社ルーター
ホームルーター	小規模施設、家庭用

5.1 ハイエンドルーター

ハイエンド ルーターは最高のパフォーマンスを備えており、主にバックボーン ネットワークのコア ルーターとして使用され、データ センターや通信事業者ネットワークのネットワーク相互接続やその他の機能を完了します。

このタイプのルータはフレーム ルータとも呼ばれ、複数の拡張カードを収容できるカード スロットを備えています。拡張カードには、ルーティング エンジン、スイッチング ファブリック、ライン カードなど、さまざまな種類があります。

モジュール	効果
ルーティングエンジン	主にルーティングテーブルの保守とルーティングプロトコルの制御
スイッチングファブリック	複数のラインカード間の通信のための内部バス メカニズムにより、ルータによって転送されるデータ量（ルーティング スイッチング キャパシティ）が決まります。
ラインカード	データ入出力インターフェース用の拡張カード
バックプレーン	ルーティング エンジンとライン カード接続カード スロットに差し込み、シリアル ラインを介して各ライン カードを接続する下部マザーボードを提供します。

フレームルータはインターフェイス数を制御できるだけでなく、デバイスのスイッチング能力を強化し、エンジンの冗長化機能も備えています。

モジュールに障害が発生した場合、ルーターの電源を切る必要はなく、他のモジュールが動作している間、障害が発生した拡張カードを交換するだけで修復できます。この操作はホットプラグまたはオンラインプラグと呼ばれます。

5.2 ミッドレンジルーター

ミッドレンジ ルーターは通常、企業のコア ルーターとして機能し、企業ネットワーク全体の中心となります。

ミッドレンジ ルーターは 2 つのカテゴリに分類できます。1 つのタイプは、シャーシ上に固定数のインターフェイスが構成され、追加のポートを追加できないデバイス (ボックス ルーターと呼ばれます) であり、もう 1 つのタイプは、ボックス ルーターと呼ばれる追加のポートを追加できるデバイスです。必要なポートに応じて、ポートに対応するオプションモジュールを取り付け、ポート数を拡張した装置をモジュラールータと呼びます。

5.3 ローエンドルーター

ローエンド ルーターは、中小企業または大企業の営業部門や支店で使用されます。ミッドレンジ ルーターと同様に、これらも 2 つのカテゴリに分類されます。1 つは固定数のポートを備えたボックスルーター、もう 1 つは可変の数とタイプのポートを備えたモジュラー ルーターです。

デスクトップルーターと呼ばれる、ラック内で使用できないカテゴリもあります。

6. ホームルーターとは何ですか?

これは通常、小規模な支店や家庭でブロードバンドに接続するために使用されるルーターであり、WAN ルーター とも呼ばれます。ワイヤレスネットワーク機能も統合し、WiFi 6 ワイヤレス規格をサポートします。

7. オペレーターはどのタイプのルーターを使用していますか?

通信事業者が企業や家庭にネットワークサービスを提供する場合、構築するネットワークの規模は企業ネットワークに比べてはるかに大きくなり、ルーターの機能や性能に対する要求もより高度かつ複雑になります。通信事業者の観点から見ると、ルーターはコア ルーター、エッジ ルーター、ユーザー エッジ ルーターに分類できます。

• コアルーター: コアルーターはバックボーンネットワークに配置され、コアネットワークを構築するために使用されます。コアネットワークは、さまざまなビジネスネットワークを相互接続するために使用され、さまざまなネットワーク間のトラフィックを高速に転送するタスクを実行します。

• エッジルータ：エッジルータとは、バックボーンネットワークの端に接続され、ユーザネットワーク回線へのアクセスやバックボーンネットワークへの接続に使用されるルータユーザー数が多いため、エッジルーターは高速転送するだけでなく、データの優先順位、パケットフィルタリング、認証、暗号化などの複数の機能を完了する必要があります。

• ユーザエッジルータ：ユーザエッジルータは、ユーザの所在地に設置され、事業者のエッジルータに接続されるルータです

8. 企業はどのタイプのルーターを使用していますか?

企業向けルーターはエンタープライズ ルーターと呼ばれ、ネットワーク内の場所と役割分担に応じていくつかのカテゴリに分類できます。

(1) アクセスルータ

ユーザがネットワークにアクセスするために使用するルータをアクセスルータと呼び、アクセスルータで構成されるネットワークをアクセスネットワークと呼びます。認証、アクセス制御、その他の機能を提供でき、通常は企業の支店や下位部門に導入されます。

自宅や出張先から社内ネットワークにアクセスするために使用されるリモート アクセス ルーターもアクセス ルーターの一種で、ダイヤルアップ接続、PPTP、IPsec、SSL などのプロトコルを使用してアクセス プロセスを完了します。

(2) アグリゲーションルーター

大規模ネットワークでは、コア層とアクセス層の間にコンバージェンス層ネットワークが構築され、$3$層ネットワーク構造。アグリゲーションルーターは、アクセスネットワークのルーティング情報を集約し、パケットフィルタリングなどのタスクを実行し、複数のネットワークの相互接続を実現する役割を果たします。

(3) コアルータ

コアルータは、ネットワークの中心に位置し、アクセスネットワークやアグリゲーションネットワークとの高速データ伝送を実現するルータです。

(4) ホームルーター

ホーム ルーターは、ADSL モデムと PPPOE プロトコルを使用して事業者のネットワークに接続する ONU を内蔵したルーターです。

(5) モバイルルータ

旅行や外出時にインターネットに接続するために使用するポータブルルーターのことをモバイルルーターともいいます。小型・軽量のルータで、有線LANインタフェースや無線LANアクセスポイントを搭載したもの、USBインタフェースやトラフィックカードを介してインターネットに接続するもの、トラフィックカードとルータの機能を一体化したものなどがあります。

9. IP アドレスとは何ですか?

一般的な IP プロトコルには、IPv4 と IPv6 の 2 つがあります。

.IPv4 アドレスを4等分に分割するには、ドット " " を使用します。$4\; つの$部分を 10 進数で表します。IPv4 合計$32$ビット バイナリ、各部分の長さは$8$ビット、値の範囲は$0$～$255$、例:192.168.0.1。

10. アドレスを分類するにはどうすればよいですか?

IP アドレスは、クラス A、クラス B、クラス C、クラス D、クラス E の 5 つのカテゴリに分類されます。最初の 3 つのカテゴリは、固定ネットワーク ビットとホスト ビットに基づいて区別されます。

• クラス A アドレス0.0.0.0の範囲は~で127.255.255.255、先頭に$8$ビットはネットワーク ビット、残りはホスト ビットです。
• クラス B アドレス128.0.0.0の範囲は~で191.255.255.255、その前に$16\; 番目の$ビットはネットワーク ビットで、その後に$16$ビットはホストビットです。
• クラス C アドレス192.0.0.0の範囲は~で223.255.255.255、その前に$ビット24$はネットワーク ビットで、その後に$ビット8$はホストビットです。

また、範囲~を持つマルチキャスト用のクラス D アドレスと、範囲~を持つリサーチ用のクラス E アドレスもあります。224.0.0.0239.255.255.255240.0.0.0255.255.255.255

11.CIDRとは何ですか?

CIDR は、固定アドレス分類を使用するのではなく、可変長サブネット マスクを使用してネットワーク ビットを決定します。ネットワーク ビットは以前は$8$ビット、$16$ビットまたは$24$ビットには 3 種類あり、CIDR を使用すると、ネットワーク ビットは任意の長さに割り当てられ、ホスト ビットも任意の長さに割り当てられ、新しいサブネット マスクが表示されます。サブネット マスクのネットワーク ビットはすべて$1$、ホストビットはすべて$0$。例: ネットワークのビット長は$24$ビットの場合、サブネット マスクは であり255.255.255.0、/24で表すこともできます。

12. プライベートアドレスとは何ですか? パブリック ネットワーク アドレスとは何ですか?

内部ネットワークで使用されるアドレスはプライベート アドレスです。各アドレス カテゴリには、さまざまなサイズの内部ネットワークで使用するプライベート アドレスがあります。

住所のカテゴリ	プライベートアドレス範囲
クラスAアドレス	10.0.0.0～10.255.255.255（10.0.0.0/8）
クラスBアドレス	172.16.0.0～172.31.255.255（172.16.0.0/12）
クラスCアドレス	192.168.0.0～192.168.255.255（192.168.0.0/16）

プライベート アドレスを除き、クラス A ～ クラス C のすべてのアドレスはパブリック アドレスです。

13. ユニキャスト、ブロードキャスト、マルチキャスト、任意波の違いは何ですか?

• ユニキャスト: 宛先 IP アドレスを持つ単一のホストにデータを送信します。IPv4 ではクラス A、クラス B、およびクラス C アドレスを使用します。

• ブロードキャスト: 同じネットワーク セグメント内のすべてのホストにデータを送信します。使用255.255.255.255ビットまたはホストビットはすべて$1$アドレス。

• マルチキャスト: 専用の IP アドレスを使用して、同じデータを複数の特定のホストに送信します。IPv4 ではクラス D アドレスを使用します。

• エニーキャスト: エニーキャストアドレスが複数のホストに割り当てられ、同じ宛先への経路が複数あるため、最もコストの低いホストが選択されてデータが送信されます。IPv6 のみに存在します。

14. インターフェースにはどのような種類がありますか?

IP アドレスは、ネットワーク層の論理アドレスです。MAC アドレスは物理インターフェースと 1 対 1 に対応するデータリンク層の物理アドレスであり、変更できず、重複したアドレスはありません。

インターフェース名	説明する
レイヤ3インターフェース	3層処理の物理インターフェースが可能です。リンクが使用できない場合、IP アドレスも使用できません。
ループバックインターフェース	デバイスがそれ自体を表すために使用する仮想インターフェイス。PC で使用する場合127.0.0.1、IPv6 は$::1$ . リンクが接続されると、この仮想インターフェイスは任意の物理インターフェイスに到達可能になります。
VLANインターフェース	VLAN に IP アドレスを割り当てるために使用される仮想インターフェイス
コンバージェンスインターフェース	複数の物理インターフェースを集約した論理インターフェース
サブインターフェイス	VLAN ID を使用して、物理インターフェイスを複数のタグ付き論理インターフェイス (サブインターフェイス) に分割します。
二次アドレス	ルータに設定可能な IP インターフェイスが 2 つ以上ある場合、異なる IP アドレスを同時に割り当てることができ、2 番目のアドレスが補助アドレスになります。ネットワーク移行またはネットワーク管理に使用可能

15.ARPとは何ですか?

ARP (Address Resolution Protocol) は、 IPv4 アドレスを通じて MAC アドレスを取得するネットワーク プロトコルです。ルーターが IP パケットを送信するとき、ARP を使用してイーサネット フレームに必要な宛先 MAC アドレスを取得します。ARP 解析が完了すると、解析結果は ARP テーブルに保存されます。このエントリには、エージング タイムと呼ばれる一定の時間制限があり、タイムアウト後は、ARP を再度解析する必要があります。

16.DHCPとは何ですか?

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) は、ホスト (クライアント) のIP アドレス、サブネットマスク、ドメイン名、 DNS サーバー、デフォルトゲートウェイなどの情報を自動的に設定するネットワークプロトコル

各ホストの IP アドレスを手動で構成するのは非常に面倒で、エラーが発生しやすくなります。DHCP を使用すると、アドレスの割り当てが自動的に完了するため、非常に便利で高速です。

17. PPPoEとは何ですか?

PPPoE (Point-to-Point Protocol Over Ethernet) は、イーサネット上のポイントツーポイント プロトコルであり、LAN 上でユーザー認証を完了し、IP アドレスを割り当てるネットワーク プロトコルです。ネットワーク アクセス サービスを提供し、デバイスがインターネットにアクセスできるようにするために使用されます。

18. ルーティング テーブルにはどのような情報が含まれていますか?

ルーティングテーブルには、ルーティングを選択するために必要な情報が含まれており、主な内容は次のとおりです。

• 宛先 IP アドレス: IP パケットの宛先アドレス。
• サブネットマスク: 宛先 IP アドレスの何ビットがネットワークビットであるかを示します。
• ゲートウェイ: IP パケットのネクストホップの IP アドレス。
• ネットワーク インターフェイス: IP パケットの送信元のルーター インターフェイス。
• メトリック値：宛先までの異なる経路が複数ある場合、メトリック値が小さいほど優先度が高くなります。

上記 5 つの内容がルーティング テーブル エントリを構成します。

19. 最長一致の原則とは何ですか?

ルーティング テーブルに同じ宛先ネットワークに到達するエントリが複数ある場合は、最長のサブネット マスクと最小のメトリック値を持つエントリを選択します。これが最長一致の原則です。

20. デフォルトゲートウェイとは何ですか?

ルーティング テーブルに条件を満たすエントリがない場合は、ルーティング テーブルのデフォルトのルーティング エントリに基づいて転送されます。デフォルトのルーティング テーブル エントリの IP アドレスは で、0.0.0.0サブネット マスクは です0.0.0.0。つまり、 です0.0.0.0/0。デフォルトのルーティング テーブル エントリは、デフォルト ゲートウェイとも呼ばれます。デフォルト ゲートウェイがルーティング テーブルに存在しない場合、ルーターはエラーを報告し、パケットをドロップします。