ルーターの基本的動作

商品名

ルータの主な機能はIPパケットの宛先IPアドレスを基に、フレームを転送することにある
ブリッジがOSIの2層で働くのに対し、ルーターは 3層 (IP層)で働く
ブリッジと異なる特徴としては、基本的にブロードキャストを転送しないことであるが、DHCPなど特定のプロトコルによるブロードキャストを(たとえば DHCP サーバ宛の)ユニキャストに書き換えて転送するように設定することも可能な場合が多い
ブリッジがコリジョンドメインを分割するのに使われるのに対し、ルーターはブロードキャストドメイン(ネットワークセグメント)を分割する
あるいは、ルーターは、異なるLANを接続する役割を持つと表現されることが多い
挙動は以下のとおり

商品名

経路制御情報の管理
主な経路制御情報を挙げる

宛先ネットワーク/マスク
隣接ルーターのIPアドレス
送出インタフェースのテーブルを管理するルーティングテーブル
経路制御情報は、ネットワーク管理者が記述する静的経路情報と、隣接ルーターから受信する動的経路情報がある
動的情報には様々な形式があるため、どの動的情報に対応するかも設定項目に含まれる

静的経路情報の代表的なものはデフォルトルートである
動的経路情報の伝達には、ネットワークの規模や組織内または組織間などの用途に応じてRIP、OSPF、BGPなどのプロトコルが用いられる

ブロードキャストの受信
任意のホストから生じるブロードキャストパケットを受信し、その送信元のIPアドレスと、送信元のMACアドレス、受信ポートを学習する(ARPテーブルの作成とも呼ばれる)

ルーターは3層機器として広く認知されているが、ルーターが直接収容するEthernet上のホストと通信するには、Ethernetの仕組み上、MACアドレスが必要となる

ユニキャストの受信と転送
ルーターがユニキャストフレームを受信した場合、送信先MACアドレスが自分宛でなければ、ARPテーブルを更新し、フレームを破棄する
送信先MACアドレスが自分宛であれば、フレームからIPパケットを抽出し、宛先IPアドレスをスキャンし、そのIPアドレスが自分宛であれば、自身への通信と理解する
ここまでは、Ethernetのままである

MACが自分宛でかつIPが自分宛でない場合、別ネットワークへの転送が行われる
逆に言うと、あるホストが他のネットワークのホストと通信するには、宛先MACがデフォルトゲートウェイのフレームを送出する

さて、ルーターはフレームからIPパケットを抽出し、宛先IPをルーティングテーブル内で検索し、マッチするものがあれば、フレーム送出インタフェースを決定する
このときフレームにカプセリングする際に、ARPテーブルを参照し、宛先のMACを次のルーター/ホストのものにし、送信元MACを自己のMACにする
宛先IPは、マッチしなくとも最終的にデフォルトルートにマッチし、当該インタフェースに送出される
ルーターにデフォルトルートの記述がなく、ルーティングテーブルにマッチしなければ、パケットは破棄されて、ICMPのNet Unreachableを送信元に返す

ルーターの基本的動作・仕様 2

ARPリクエスト
ユニキャストのIPが、ルーターに直接収容されたネットワークの範囲であり、かつARPテーブル上に当該IPを学習していない場合、そのネットワークが、MACアドレスを使用しないメディアであれば、単純に送出するが、MACアドレスを使用するメディアであれば、自己のMACを送信元として、ARPリクエストをそのホストが存在するはずのネットワークのみに送出する

ARPリクエストに返事があれば、ARPテーブルを更新し、フレームを転送する
返事がなければ、ICMPのHost Unreachableを送信元側に返す

バッファ制御
ルーターのハードウェア的な安定に関わる設計要素で、ルータに接続されるメディアの速度差が大きいほど、バッファ制御の設計が重要になる
各社独自のバッファ制御を行っているが、ルーターの安定性は、このバッファ制御の作り込みに大きく関係している

64KbpsのISDNのみに対応したルーターであれば、速度の遅い安価なメモリを大量に使うことで解決するが、64Kbps-6Mbpsの広範囲な回線速度に対応したルーターは、それなりに高価なものとなる

バッファ制御に関わる設定をした後は、ルーターの再起動が必要である

ルーティングキャッシュ
使用される頻度の高い経路情報を優先して参照するために、より高速のメモリに保持する仕組み
または、検索順番の先頭に配置する仕組み

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