[コンピュータネットワーク] 14. インターネットルーティング：OSPFとBGP

階層的ルーティング構造
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[AS 1: ISP-A]          [AS 2: ISP-B]         [AS 3: Google]
+-----------+          +-----------+          +-----------+
| R1---R2   |          | R5---R6   |          | R8---R9   |
| |    |    |<-------->|  |   |    |<-------->|  |   |    |
| R3---R4   |          | R7        |          | R10--R11  |
+-----------+          +-----------+          +-----------+

AS内部：OSPF、RIPなど（intra-ASルーティング）
AS間：  BGP（inter-ASルーティング）

ASの種類
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1. Stub AS：1つの他のASとのみ接続（企業、大学）
   [外部] <---> [Stub AS]

2. Multihomed AS：複数のASと接続されるがトランジットトラフィック不可
   [AS A] <---> [Multihomed AS] <---> [AS B]

3. Transit AS：トラフィックの通過を許可するAS（ISP）
   [AS A] <---> [Transit AS] <---> [AS B]
                    通過許可

RIPの特性
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- アルゴリズム：Distance-Vector（ベルマン-フォード）
- メトリック：ホップ数（hop count）、最大15ホップ
- 更新周期：30秒ごとに隣接ノードに距離ベクトルを送信
- タイムアウト：180秒間更新がなければ経路を無効化
- 転送方式：UDPポート520
- 適用範囲：小規模ネットワーク（15ホップ制限）

OSPFの特性
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- アルゴリズム：Link-State（ダイクストラ）
- メトリック：帯域幅、遅延など管理者が設定可能
- 更新：変更時に即座に（または30分周期）
- 転送方式：IP直接（プロトコル番号89）
- 認証：MD5認証サポート
- 適用範囲：大規模ネットワーク

OSPF階層的構造
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             [バックボーンエリア（Area 0）]
            /         |          \
     [エリア1]    [エリア2]    [エリア3]
     +------+    +------+    +------+
     |R1  R2|    |R4  R5|    |R7  R8|
     |  R3  |    |  R6  |    |  R9  |
     +------+    +------+    +------+

- バックボーンエリア（Area 0）：すべてのエリアを接続する中心エリア
- エリア境界ルータ（ABR）：2つのエリアにまたがるルータ
- AS境界ルータ（ASBR）：他のASと接続されたルータ

OSPFエリア間ルーティング
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エリア1のR1からエリア3のR9へパケット送信：

  R1（エリア1）
    |
    | エリア1内部OSPFルーティング
    v
  ABR1（エリア1/バックボーン境界）
    |
    | バックボーン（Area 0）OSPFルーティング
    v
  ABR3（バックボーン/エリア3境界）
    |
    | エリア3内部OSPFルーティング
    v
  R9（エリア3）

各エリア内部：詳細なトポロジ情報を交換
エリア間：要約された距離情報のみを交換

BGPの2つの形態
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1. eBGP（External BGP）：異なるASのルータ間
   AS1のゲートウェイ <---eBGP---> AS2のゲートウェイ

2. iBGP（Internal BGP）：同じAS内部のルータ間
   AS1のゲートウェイ <---iBGP---> AS1の内部ルータ

eBGP：AS間の経路情報交換
iBGP：学習した経路情報をAS内部に伝播

BGP経路広告の例
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AS2がAS1に広告：
  プレフィックス：138.16.64.0/24
  AS-PATH：AS3 AS2
  NEXT-HOP：201.44.13.1

主要な経路属性：
  - AS-PATH：経路が通過するASのリスト
    例：AS3 AS2 --> AS2を経由してAS3に到達
  - NEXT-HOP：次のASに向かうゲートウェイルータのIPアドレス
  - LOCAL-PREF：AS内部での経路選好度（高いほど選好）
  - MED：他のASに選好経路を伝える値（低いほど選好）

BGP経路選択の優先順位
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1. LOCAL-PREFが最も高い経路（ポリシーベース）
2. AS-PATHが最も短い経路
3. NEXT-HOPに最も近い経路（Hot-Potatoルーティング）
4. BGP識別子が最も小さい経路

例：
  経路A：LOCAL-PREF=200, AS-PATH=[AS2, AS5], NEXT-HOP=R1
  経路B：LOCAL-PREF=100, AS-PATH=[AS3], NEXT-HOP=R2

  --> 経路Aを選択（LOCAL-PREFがより高い）

Hot-Potatoルーティング
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AS1内部：

        iBGP          iBGP
[R1] <-------> [R2] <-------> [R3]
 |              |               |
 | 内部コスト2  | 内部コスト5    | 内部コスト3
 |              |               |
[GW1]          [GW2]          [GW3]
 |eBGP          |eBGP          |eBGP
 v               v               v
[AS2]          [AS3]          [AS2]

R2がAS2のプレフィックスに到達するには：
  - GW1経由：内部コスト2（R2->R1->GW1）
  - GW3経由：内部コスト3（R2->R3->GW3）
  --> GW1を選択（Hot-Potato：最も近い出口）

AS間の関係
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         [Tier-1 ISP A] <--ピアリング--> [Tier-1 ISP B]
          /          \                    /          \
    プロバイダ      プロバイダ       プロバイダ      プロバイダ
      /                \              /                \
[顧客AS1]        [顧客AS2]    [顧客AS3]        [顧客AS4]

- 顧客はプロバイダに費用を支払いトラフィック転送を受ける
- ピアは互いの顧客トラフィックを無料で交換
- プロバイダは顧客の経路を他に広告

BGPポリシー規則
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AS Xの立場で：

1. 顧客から受けた経路：すべてに広告（収益発生）
2. ピアから受けた経路：顧客にのみ広告（ピアやプロバイダには広告しない）
3. プロバイダから受けた経路：顧客にのみ広告（ピアや他のプロバイダには広告しない）

原則：トラフィックが自分を通過するとコストが発生するため、
      収益となる顧客トラフィックのみ積極的に中継

OSPFとBGPの相互作用
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AS内部：
  - OSPFがAS内部のルータ間最短経路を計算
  - 各ルータはAS内部のすべての宛先への経路を把握

AS間：
  - eBGPで外部ASのプレフィックス情報を学習
  - iBGPで学習した情報をAS内部に伝播
  - NEXT-HOPまでの経路はOSPFが提供

フォワーディングテーブル構成：
  宛先プレフィックス | 次ホップ      | 出典
  -------------------+--------------+-------
  10.1.0.0/16        | 192.168.1.2  | OSPF
  172.16.0.0/12      | 192.168.1.5  | OSPF
  8.8.8.0/24         | 10.0.0.1     | BGP
  0.0.0.0/0          | 10.0.0.1     | BGP