長野県からの情報発信

今回もスパニングツリーのBPDUについてです。

BPDUには
　①　ブリッジID
　②　ルートID
　③　パスコスト
　④　ポートID
　⑤　タイマ
が主にあり、前回は②まで進めました。
③のパスコストとは、ルートブリッジまでの距離のことです。
スパニングツリーでのコストは前にも出てきました。

ルートポート、代表ポートの選定に、コストが使われています。
コストは、帯域幅の大きさが関係しています。
帯域幅が大きいもの程、コストが小さくなります。

④のポートIDはポートプライオリティとポート番号の情報がつながったものです。
このポートプライオリティとポート番号もルートポート、代表ポートを決める際に出てきました。
ポートプライオリティの値は、標準ではみんな同じ値を持っています。

⑤のタイマには、いくつかの種類があります。
　１．最大エージタイマ（標準20秒）
　２．転送遅延タイマ（標準15秒）
　３．ハロータイマ（標準2秒）
これら３つがあります。
１と２は前に出てきました。
３のハロータイマの間隔で、スイッチはBPDUを送信し、周りの状況を把握しています。

次回はこのタイマに関するまとめです。  

いままで、スパニングツリーについての学習を進めてきました。
今回は、その中で何度も出てきた、

　「BPDU」

についてのまとめです。
BPDUはスパニングツリーでは常に情報のやりとりで使われる重要なものです。
そのBPDU（Bridge Protocol Data Unit）の中身には、

　①　ブリッジID
　②　ルートID
　③　パスコスト
　④　ポートID
　⑤　タイマ
などがあります。

①のブリッジIDとは送信するもの自身のブリッジIDのことを示しています。
ちなみに、ブリッジIDとは、
そのブリッジの「MACアドレス」と、
そのブリッジがルートブリッジになるかどうかの値「ブリッジプライオリティ」
の二つが入っているものでした。
この二つは、ルートポートと代表ポートを選ぶ際にも使われる重要なIDです。

②のルートIDはルートブリッジのブリッジIDのことです。
しかし、ルートブリッジが分かっていない状態では、
自分がルートブリッジだと仮定して、自分のブリッジIDを付け送ります。

以上①，②から、ルートブリッジの選定ができます。
これ以降はまた次回。  

前回は、スパニングツリープロトコルのポートの状態変化の
ラーニング状態についてでした。
今回のネットワーク学習は、
その続きのフォワーディング状態についてです。

ブロック状態→リスニング状態→ラーニング状態と、今まで出てきました。
ラーニング状態からフォワーディング状態へ遷移は、
前回出てきた、転送遅延タイマの値（通常15秒）によって変化してきます。

フォワーディング状態では、今まで出来なかった、
データの転送ができるようになります。
つまりは通常の状態ということです。

しかしこの状態にすべてのポートがなれるというわけではありません。
それではスパニングツリーではありません。

BPDUによって、フォワーディング状態ではなく、
ブロック状態になってしまうポートもあります。
これによって、スパニングツリーが出来上がります。

この出来上がったスパニングツリーの維持に関しても、

　「BPDU」

が関わってきます。
次回はこのBPDUについてです。  

今回のネットワーク学習は、スパニングツリープロトコルの
ポートの状態変化の続きです。

前回までに、
　①ブロック状態
　②リスニング状態
まできました。
引き続き③のラーニング状態です。

②のリスニング状態から③のラーニング状態への変化には、
転送遅延タイマが関係しています。
この転送遅延タイマは、標準で15秒です。
リスニング状態が15秒間続きその後、ラーニング状態となります。

ラーニング状態は、リスニング状態同様、
BPDUの送受信を行います。
そして、リスニング状態と違うところは、
MACアドレステーブルを構築することです。

このMACアドレステーブルを作ることで、
次のフォワーディング状態にて、データが送れるようになるのです。
ただし、ルートポートや、代表ポートになれなかったポートは、
ブロック状態に戻ってしまいます。

リスニング状態同様、ラーニング状態でも転送遅延タイマ（標準15秒）の間だけ、
ラーニング状態が続きます。

次回はついにフォワーディング状態です。  

前回、ポートの状態変化の最初
　「ブロック状態」　についてでした。

今回は②番目の「リスニング状態」からです。

ブロック状態からリスニング状態へと移り変わるには、
タイミングが決めれらています。
ブロック状態で、最大エージタイマ（標準20秒）の時間だけかかると遷移します。

または、BPDUを受信した際にも遷移します。

ブロック状態ではBPDUの受信をしていましたが、
リスニング状態では、BPDUの送受信を行います。

これにより初めて、「ルートブリッジ」、「ルートポート」、「代表ポート」が選び出されます。

この状態ではまだフレームの転送などはまだ行われません。

また、他のMACアドレスが分かっても、
MACアドレステーブルに登録することはありません。

次回は続きのラーニング状態です。  

今回はポートの状態についてです。
ポートと言っても、前回に引き続き、
スパニングツリーでのスイッチのポートについてです。

ポートには５つの状態があります。
その状態によって、ポートの機能が変わってきます。
以下がその状態です。

　①ブロック状態
　②リスニング状態
　③ラーニング状態
　④フォワーディング状態
　⑤ディセーブル状態

⑤のディセーブル状態というのは、有効ではないポートのことです。
スパニングツリーの構造に変化が生じたときから、
ポートは時間とともに状態が変化します。

まずは、すべてのポートが①のブロック状態となります。
ブロックとは前回出てきたものです。

最初にこの状態になることで、ネットワークのループによる、
ブロードキャストストームを未然に防ぎます。

つまり、データの送受信ではなく、BPDUの受信のみが行われます。
スパニングツリーが変化してしまったので、
スパニングツリーの再計算が行われます。

その次に②、③、④と遷移していきます。
それはまた次回。  

前回では、ルートブリッジ、ルートポート、代表ポートが決定しました。

今回は、その続きからです。

次に決まるのは、ブロックポートです。
ブロックポートは、ブロードキャストストームを食い止める役があります。

このブロックポートは、
ルートポートでも、代表ポートでもないポートがなります。

ブロックポートではフレームの転送が行われなくなります。
つまり、このポートがフレームを受け取っても、
他には絶対にフレームを送らないというものです。

この機能のおかげで、ループ状のネットワークから、
スパニングツリー状のネットワークに構成が変えられているのです。

ブロックポートは、
今後のポートの状態変化でも出てきますので、
お忘れなく！！  

前回のネットワーク学習は、
ルートブリッジについての説明でした。
このルートブリッジは、スイッチの電源が入って、一番最初に行われることです。

今回はその次の段階のポートについてです。

ルートブリッジが決定してから
ルートポートが決められます。
ルートポートは、ルートブリッジに1番近いポートのことで、
ルートブリッジ以外の各スイッチにて、ひとつずつ選ばれるものです。

さらに代表ポートが選ばれます。
代表ポートは、スイッチ同士でつなげられたポートの内で選ばれるものです。
つまり各リンクからひとつ選ばれるものです。

このふたつポートの選び方には、コストが使われています。
コストとは、帯域幅の大きさが関係しています。
帯域幅が大きいもの程、コストが小さくなります。

→コストが同じならブリッジIDが小さいものが選ばれます。
→ブリッジIDが同じなら（同じスイッチなら）ポートプライオリティの小さいものが選ばれます。
→ポートプライオリティが同じならポート番号の小さいものが選ばれます。

これで、ルートブリッジ、ルートポート、代表ポートが決まりました。
次回もこの続きを行います。  

前回のスパニングツリープロトコルについての続きです。
スパニングツリープロトコルは、
スイッチを組み合わせたときに生じる問題を解決するためのものでした。

今回は、ルートブリッジについてです。
ルートブリッジはスイッチの代表みたいなもので、
スパニングツリーを構成する際に、選ばれます。
スパニングツリーの大元となるスイッチです。

このスイッチの選び方には、スイッチ同士で

　BPDU（Bridge Protocol Data Unit）

と呼ばれるものでやり取りして決めます。
BPDUの中には「ブリッジID」というものが書かれています。

このブリッジIDとは

　ブリッジプライオリティ
　MACアドレス

の二つが書かれているIDです。

ブリッジプライオリティとは標準で32768であり、
この値をスイッチの設定で変えることができます。
この値が小さいスイッチをBPDUで探し、
ルートブリッジとします。
プライオリティが同じ場合は、MACアドレスの小さいものからルートブリッジとなります。

この他にもポートなどに関して、いろいろと決められます。
それらはまた次回に。  

今回のネットワーク学習は、
スパニングツリープロトコルについてです。

このスパニングツリープロトコルは、
スイッチ間での情報のやり取りをスムースに行うためのプロトコルのひとつです。

システムが止まってしまうことを恐れて、
予備の回線がよく作られます。
予備の回線とは、
片方の回線がダウンしてしまっても、
別の回線に切り替わって、
ネットワーク自体がダウンしてしまわないようにするものです。
それを実現するためには、スイッチを使っていくつかの予備ルートを作ります。

しかし単純にスイッチを増やしてルートを作っても、
ルーティングの問題が出てきます。

それが、ブロードキャストストームと呼ばれるものです。
スイッチは本来ARPをフラッディングして周りのMACアドレスの情報をもらっています。
しかし、予備のスイッチができることで、フラッディングするARPが、
スイッチ間で、無限に続く現象が起きてしまいます。
この現象が起きると、ネットワークに大きな負担となってしまいます。

このようなことが起きないようにするためのプロトコルが、
スパニングツリープロトコルなのです。

詳しいお話はまた今度。  

今回のネットワーク学習は
パケットについてです。
いままで、レイヤー３のルータについてののお話が多かったのですが、
その中で、頻繁に出てきたパケットについての説明がまだでした。

パケットとは、細かく分けられたデータのひとつのことです。
データは大きいままだとネットワークの回線を占領してしまいます。
そのようなことがないように細かく分けて送られているのです。

そのレイヤー３でのパケットと呼ばれるデータは、
レイヤー４ではセグメントと呼ばれまた少しだけ形状が変わりますが、
分けられたデータの部分の変化はありません。

レイヤー２ではフレームと呼ばれます。
このフレームもパケットとは少しだけ様子が変わりますが、
データの部分の変化はありません。

このように、データは分割され、
レイヤーを行き交う際に、形や名前を変えて送られていきます。

それぞれの詳しい形についてはまた今度。  

今回はOSPFのエリアについてです。
OSPFは、IGPsのルーティングプロトコルです。
その特徴のひとつに、リンクステートデータベースを持つというものがありました。
このリンクステートデータベースは、
OSPFネットワーク内のすべてのルータのネットワークに関する情報がつまっています。
しかし、
大規模なASで、すべてのルータのネットワーク情報をひとつのデータベースにしてしまうと、
ものすごい量になってしまいます。
その後のルートの計算も大変になってしまいます。
ネットワークの変更も大規模なものとなるでしょう。

そのようなことがないように、
OSPFにはエリアという設定があります。
今までも何度か出てきました。

このエリアとは
簡単に言えば、OSPFネットワークを分割した部分のことです。

エリア内のルータは同じリンクステートデータベースを持ちます。
エリアごとに違うリンクステートデータベースを持ちます。
つまり、分割することで、そのデータベースが小さくなり、エリアごとに点在することになります。

このエリアの機能により、大規模なASでも、
OSPFが使えるのです。

詳しい内容はまた今度。  

今回は、前回最後に出てきたOSPFヘッダというものについてです。

OSPFヘッダとは、
　Helloパケット
　DDパケット
　LSRパケット
　LSUパケット
　LSAckパケット
これら、OSPFパケットと言われるものの頭に付いている情報のことです。

以下がOSPFパケットのOSPFヘッダに書かれている情報です。
　①バージョン
　②タイプ
　③パケット長
　④ルータID
　⑤エリアID
　⑥チェックサム
　⑦認証タイプ
　⑧認証データ

①のバージョンは、OSPFのバージョンのことです。
②のタイプは、このあとにHelloかDDかなどを知るための番号が入ります。
③はOSPFパケットの長さが入ります。
④のルータIDと⑤のエリアIDは、このパケットを送るものの場所を示すものとなります。
⑥チェックサムはデータの破損を調べるものです。
⑧の認証情報は、⑦に入る認証タイプによって示すものが少し変化し、
パスワードなどが入ったりします。
これらの内容がいつも頭について、OSPFパケットは送られていくのです。

以上OSPFヘッダでした。  

前回出てきた新しい言葉の中に「〇〇パケット」とかがいっぱい出てきました。
ルータの状態変化を理解するにはこのパケットの役割を知らなくてはなりません。

それらを含むOSPFで使われるパケットをOSPFパケットと言います。
以下のような種類があります。

　①Helloパケット
　②DDパケット
　③LSRパケット
　④LSUパケット
　⑤LSAckパケット

これらの役割を説明いたします。

①のHelloパケットは、前に出てきました。
相手ルータが元気かどうかなどを定期的にこのパケットを使って
調べているものでした。

②のDDパケットは、リンクステートデータベースに、
抜けがないかを調べる機能がありました。

③のLSRパケットには、DDパケットによって判明した、
欠けているLSAを要求するものでした。

④のLSUパケットには、LSRで要求されたLSAが入っています。

⑤のLSAckパケットには、LSAが無事に届けられたことを相手ルータに
伝えるための情報などが詰まっています。

以上が各OSPFパケットの役割のまとめです。

①～⑤すべてのパケットの頭にはOSPFヘッダが付けられています。
OSPFヘッダについてはまた今度！！  

前回はルータの状態変化の途中まででした。

今回はその続きからです。

　①DOWN
　②INIT
　③２WAY
　④EXSTART
　⑤EXCHANGE
　⑥LOADING
　⑦FULL

という変化があり、④までが前回でした。

⑤EXCHANGEの状態では、
マスタールータがDDパケットを送信され、
それを受ける取り、データベースにないLSAが判明します。

⑥LOADINGの状態では⑤で、データベースにないLSAが
判明したので、はじめてLSAの要求をします。
その要求はLSRパケットによって行います。
その要求を受けたところから、はじめてLSAを含んだLSUが送られてきます。
すべて確実に送られてきたら、LSAckを返信し、正常に受け取ったことを伝えます。

⑦FULLの状態では、完全にリンクステートデータベースの同期がとれた状態となります。

以上がルータの状態変化です。
初めての言葉も多かったので、次回はその説明をします。
  

前回Helloが分かったので
次はルータの状態変化についてです。

前回「Hello」についてでした。
ルータが接続されたときには、まずはHelloを交換します。
何も交換していない状態から、Helloが交換されて、
リンクステートデータベースができるまでのルータの状態は、７段階に分かれます。

　①DOWN
　②INIT
　③２WAY
　④EXSTART
　⑤EXCHANGE
　⑥LOADING
　⑦FULL

①のDOWNの状態が最初です。
まだHelloを受け取っていない状態です。

②のINITは、片方のルータがHelloを受け取った状態であり、
もう一方はまだ相手の存在が分かっていない状態です。
Helloを受け取ったルータは、相手の情報や、
相手のルータのネットワークの情報などを把握することができます。

③の２WAYの状態のときは、Helloを受けた相手が返事をして、
お互いの存在を把握したときのことです。
この時点でDR/BDRが分かっていることになります。
この後からは、DRとの情報交換になります。

④のEXSTARTのでは、マスタールータと、スレーブルータを決めます。
ルータIDが高い方がマスターになります。つまりDRとは関係のなく決まります。
これらはデータベースを交換するときに必要となる関係です。
さらに、データベースの交換に必要なDDパケットのシーケンス番号を決めます。
これで、データベースの交換の準備ができました。

続きは次回。  

ずっと前から放置していた、Helloプロトコルについてです。

このプロトコルは、
ルータがきちんと動いているのかを調べるためのプロトコルとして使われています。

OSPFでも使われています。
情報やり取りする前に、このプロトコルを使って相手ルータの情報などを得て記憶します。
お互いのHelloプロトコルを得て相手ルータの存在を知ります。

Holloには

　ネイバー
　DRのIPアドレス
　BDRのIPアドレス
　ルータID
　エリアID
　OSPFプライオリティ

などが入っています。
これらの情報を10秒周期で送っています（ＮＢＭＡの場合は30秒）。
つまりルータは10秒おきに「　Hello　　」って言っているわけですね！！
そのHelloを聞いたルータは、もちろんHelloの返事をしなくてはなりません。
この返事が送信周期の4倍の時間かかっても帰ってこなかったら、
そのルータは機能していないものだと判断されます。

・・・なんか「Hello」のやりとりが急に寂しく感じてきたのは私だけでしょうか？

Helloはとても大切なので、
絶対に忘れないようにしましょう。

はじめて出てきた言葉については、また今度。  

今回は、前回「チョロッ」と出てきた、DR/BDRについてです。
DR（Designated Ruter）と、
BDR（Backup Designated Ruter）は前回の
ネイバーとアジャセンシーの部分に大きく関係していました。

BDRはDRのバックアップですので、
主にDRの動きについてみていきましょう。

DRはネットワークにひとつあります。
同じネットワーク内にあるルータは、そのネットワーク内のDRとアジャセンシーとなります。
そのため各ルータのLSAは、１つのルータに集められます。

そのようにすることで、効率よく情報が広まるようにできています。
BDRもネットワークに１つ作られ、他のルータとアジャセンシーになります。

ネットワークにDR/BDRが作られるといいましたが、
どのルータがDR/BDRになるかの選定方法があります。

　①OSPFプライオリティの値が大きいルータ
　②ルータIDが大きいルータ

①のOSPFプライオリティとは、ルータに設定できる値（0～255）で、
これによってDR/BDRにしたいルータを設定することができます。

①のプライオリティが設定の次の選定方法として、
②のルータIDを使う方法があります。
①も②も１番大きい値のルータからDRとなり、
その次に大きい値のルータがBDRとなります。

選定方法としては以上ですが、ネットワークの編成が変わり、
今あるDRのプライオリティよりも高いプライオリティなどが接続された場合などには、
ネットワークの混乱を防ぐために、DRの変更を行いません。
もちろんBDRについても同じです。

この機能を応用することで、DR/BDRのルータを操作することもできたりします。  

「ネイバー」と「アジャセンシー」とは、OSPFを語るのに重要な言葉です。

２つは、ルータ同士の関係性などをあらわします。
人で言えば、ご近所、親戚、友人といった、人間関係のようなものです。

ネイバーとは、同じネットワークに存在するルータとの関係のことです。
同じネットワークに接続していることがわかった時点で、もうネイバーです。

アジャセンシーというのは、LSAを交換する相手のことです。
LSAとは、前に出てきましたが、自分が持っているインターフェースの
情報、帯域、ネットワークのタイプなどです。
正直、ネイバーのルータすべてとLSAを交換するのは無駄が多い方法であり、
アジャセンシーを形成することでその無駄を減らしています。

前回出てきたマルチアクセスネットワークでは、

　DR、BDR

という、そのネットワークでのルータの代表を２つつくります。
その他のルータは、この代表とだけアジャセンシーになります。
つまりルータは、このDRとBDRという代表にだけLSAを送ります。

もちろん、LSAはネイバーのルータすべてに渡さないと意味がないので、
DRとBDRはそれらの情報を各ルータに送り、各ルータのデータベースが構築されます。

ネイバーと、アジャセンシーがだいたい分かったと思います。
DRやBDRなど、詳しい話はまた次回。  

今回のネットワーク学習は、OSPFのネットワークタイプについてです。

そのタイプは、大きく３つに分かれます。

　①ブロードキャストマルチアクセスネットワーク
　②ポイントツーポイントネットワーク
　③非ブロードキャストマルチアクセスネットワーク（NBMA）

実際にどのネットワークが当てはまるかと言うと、

①のブロードキャストマルチアクセスネットワークは、
イーサーネットなどのネットワーク

②のポイントツーポイントネットワークは、
PPPなどのネットワーク

③の非ブロードキャストマルチアクセスネットワークは、
ATMや、フレームリレー

などです。
①は、
　・　複数のルータを接続できる
　・　ブロードキャスト、マルチキャストができる

②は、
　・　ルータ同士が1対1で、接続されている

③は、
　・　複数のルータを接続できる
　・　ブロードキャストがない

OSPFでは、このネットワークの違いによって、
少し違ったアクションで、ルーティングをします。
それについてはまた今度説明したいと思います。

今回は、

　①ブロードキャストマルチアクセスネットワーク
　②ポイントツーポイントネットワーク
　③非ブロードキャストマルチアクセスネットワーク

の3種類があるということを覚えてしまいましょう。