OSPFの特徴とリンクステート型ルーティングプロトコルを解説【CCNA】

本記事ではOSPFの特徴や仕組みについて解説いたします。

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>>参考記事：「[まとめ] OSPF 基礎〜応用・検証結果の記事をまとめました！」

OSPFとは

OSPF(Open Shortest Path First)とは、ネットワーク機器同士が経路情報をやりとりする時に使用するルーティングプロトコルです。

OSPFの主な特徴な標準化されているルーティングプロトコルである点です。
複数のネットワーク機器メーカーで構成されているネットワークであっても、OSPFを使ってネットワークを構築することができます。

さらに、RIPのようなネットワーク規模の制限(RIPのようなホップ数[ネットワーク機器数])の制限もありません。
小規模〜大規模にも柔軟に対応できるルーティングプロトコルです。

このような特徴から現在日本中で多く利用されているルーティングプロトコルです。

その他、OSPFの特徴は以下の通りです。

▼OSPFの特徴▼

ベンダーフリー(メーカーに依存しない)プロトコル
自社のLANで実装されるIGP(Interior Gateway Protocol)
リンクステート型ルーティングプロトコル　※詳細は次章で解説
AD(Administrative Distance)値は「110」
可変長サブネットマスク（VLSM）をサポート
メトリックは「コスト」を使用
ネットワーク変更(障害時)に迅速に対応可能(コンバージェンス時間が短い)
「複数のエリア」に分割することで、大規模なネットワークに対応可能
認証機能・IPv6対応など様々な機能を有している事

それでは、OSPFの特徴の1つである「リンクステート型ルーティングプロトコル」についてご紹介します。

リンクステート型ルーティングプロトコルとは

リンクステート型ルーティングプロトコルとは、OSPFルータ同士でLSA(Link State Advertisement)という「自身のネットワーク・リンク情報」を交換します。

前述の通り、LSAにはそれぞれのルータのネットワーク・リンク情報が含まれておりますので、各ルータから収集したLSAを組み合わせると、パズルのように全体ネットワークを把握できるようになります。

リンクステート型ルーティングプロトコルでは、このように全体ネットワークを把握することで、最適なルーティングを実現しております。

最短経路の計算には「SPF」を使う

最短経路を選出する際「SPF（Shortest Path First）アルゴリズム」を用いて実現しております。

SPFアルゴリズムは、CPUやメモリへの負荷が高い特徴があります。
その為、大規模なネットワークでは計算範囲を限定(OSPFではエリア分割)することで、CPUやメモリの負荷を軽減させることができます。

OSPFのエリアに関して確認されたい方は、以下の記事をご確認ください！

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>>参考記事：「OSPFのエリア分割・分断の必要性！エリアの種類とタイプを解説」

代表的なリンクステート型ルーティングプロトコルは、「OSPF」や「IS-IS」です。
CCNA試験などにも出題される可能性があるので、覚えておきましょう！！

リンクステート型ルーティングプロトコルの動作

それでは、リンクステート型ルーティングプロトコルの挙動・動作を確認してみましょう。

リンクステート型ルーティングプロトコルの挙動

隣接ルータの検出
LSA(ネットワーク情報)の収集&ネットワーク構成の把握
最適経路の選出
最適経路をルーティングテーブルに反映

では上記①〜④の詳細について、1つずつ解説します。

①隣接ルータの検出

まず最初にOSPFが有効化されているルータにてHelloパケットを送出し合い、隣接するOSPFルータを検出します。

その後、検出したOSPFルータとネイバー関係を確立し、そのルータ情報をネイバーテーブルへ反映します。

ネイバーテーブルはネイバー関係を確立したOSPFルータリストが保存されているテーブルの事です。
ネイバーテーブルは「show ip ospf neighbor」コマンドで確認可能です。

OSPFネイバーの確立条件など確認されたい方は、以下の記事をご確認ください！

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>>参考記事：「OSPF ネイバー(2WAY)確立の条件・不具合時の解決方法！」

②LSA(ネットワーク情報)の収集&ネットワーク構成の把握

ネイバー関係を確立後、各OSPFルータでLSA(自身のネットワーク情報)を送信し合います。
それぞれのOSPFルータで送受信したLSAをリンクステートデータベース(LSDB)へ格納します。

OSPFではリンクステートデータベース(LSDB)にて、全体ネットワークを把握できるようになります。

リンクステートデータベースとは、各種LSAを保存するデータベースです。
このデータベースを使うことで、OSPFの特徴の1つである「素早いコンバージェンス」や「ルーティングループの防止」を実現します。
リンクステートデータベースは「show ip ospf database」コマンドで確認可能です。

OSPFデータベースを構成するLSAについて詳しく知りたい方は、以下の記事をご確認ください。

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>>参考記事：「LSA Type 1 〜 7でやりとりされる情報とLSAの生成機器、各LSAの伝搬範囲を解説」

③最適経路の選出

SPFアルゴリズムを用いて、各宛先ネットワークに対する最適経路を決定します。

SPFアルゴリズムは自ルータをルート(頂点)とするツリーを作成し、各ネットワーク経路への最適経路(コスト値が最小の経路を最適経路)として選定します。

④最適経路をルーティングテーブルに反映

最後に最適経路をルーティングテーブルに反映して、完了です。

OSPFのメトリック「コスト」について

それでは、経路の選定時に使用される「メリトック」について、説明します。

メトリックとは、最適な経路を選定する際に使用される「経路選択の判断基準」です。

OSPFではコストというメトリックを使います。
例えば、宛先ネットワークへの通信経路が複数ある場合、最小コスト値を持つ経路が最適経路として扱います。

コスト値の計算式は以下の通りです。