all about routers types routers
コンピュータネットワークシステムにおけるルーターの役割と重要性：
この前のチュートリアル フルネットワーキングトレーニングシリーズ について説明してくれました レイヤ2およびレイヤ3スイッチ 詳細に。このチュートリアルでは、ルーターについて詳しく説明します。
ルーターは、長距離に広がるさまざまなネットワークをつなぐため、日常生活のあらゆる場所で広く使用されています。
名前は自明であるため、ルーターは実行する作業から命名法を取得します。つまり、コンピューターネットワークシステムのルーティングアルゴリズムを使用して、送信元側から宛先側にデータパケットをルーティングします。
ビジネスアナリストの面接の質問と回答
学習内容：
ルーターとは？
バンガロールに支社があり、ハイデラバードに支社がある通信会社がある場合、それらの間の接続を確立するには、高帯域幅のSTMリンクまたはDS3リンクを介して光ファイバーケーブルで接続された両端のルーターを使用します。
このシナリオでは、データ、音声、またはビデオの形式のトラフィックは、3番目の不要なトラフィックの干渉なしに、両端から専用に流れます。このプロセスは費用効果が高く、時間効率が良いです。
同様に、このルーターもソフトウェアテスター間の接続を確立するための重要な役割を果たします。これについては、チュートリアルでさらに詳しく説明します。
以下は、2つのルーター（R1とR2）が3つの異なるネットワークを接続しているルーターネットワークの図です。
このチュートリアルでは、ルーターのさまざまな側面、機能、およびアプリケーションについて学習します。
ルーターの種類
ルーターには基本的に2つのタイプがあります。
ハードウェアルーター： これらは、製造業者によって提供される独特の組み込みソフトウェア能力を備えたハードウェアです。彼らはルーティング能力を使用してルーティングを実行します。基本的なルーティング機能に加えて、さらにいくつかの特別な機能があります。
Cisco 2900ルータ、ZTE ZXT1200、ZXT600ルータは、一般的に使用されるハードウェアルータの例です。
ソフトウェアルーター： これらはハードウェアルーターと同じように動作しますが、個別のハードウェアボックスはありません。おそらく、ウィンドウ、Netware、またはLinuxサーバーです。これらはすべて、ルーティング機能が組み込まれています。
ソフトウェアルーターは通常、大規模なコンピューターネットワークシステムのゲートウェイおよびファイアウォールとして使用されますが、どちらのタイプのルーターにも独自の機能と重要性があります。
ソフトウェアルーターにはWAN接続用のポートが制限されており、他のポートまたはカードはLAN接続をサポートしているため、ハードウェアルーターの代わりにはなりません。
ルーティングの機能が組み込まれているため、すべてのカードとポートは、構成と容量に応じてWANルーティングなどを実行します。
ルーターの機能
- OSI参照モデルのネットワーク層で動作し、IPアドレス指定とサブネット化の概念で隣接デバイスと通信します。
- ルータの主なコンポーネントは、中央処理装置（CPU）、フラッシュメモリ、不揮発性RAM、RAM、ネットワークインターフェイスカード、およびコンソールです。
- ルーターには、ファストイーサネットポート、ギガビット、STMリンクポートなど、さまざまな種類の複数のポートがあります。すべてのポートは高速ネットワーク接続をサポートしています。
- ネットワークで必要なポートのタイプに応じて、ユーザーはそれに応じてポートを構成できます。
- ルーターは、データのカプセル化とカプセル化解除のプロセスを実行して、不要な干渉を除去します。
- ルーターには、サブネットワークを無傷のネットワークとして扱うことにより、大規模なネットワークシステムでトラフィックをルーティングするためのインテリジェンスが組み込まれています。これらには、次のリンクとそれに接続されているホップのタイプを分析する機能があり、スイッチやブリッジなどの他のレイヤー3デバイスよりも優れています。
- ルーターは常にマスターモードとスレーブモードで動作するため、冗長性が提供されます。マスターに障害が発生した場合、両方のルーターはソフトウェアおよびハードウェアレベルで同じ構成になり、スレーブはマスターとして機能し、タスク全体を実行します。したがって、完全なネットワーク障害を回避できます。
IPルーティング
これは、あるネットワークのエンドデバイスから他のネットワークのリモートエンドデバイスにパケットを送信する手順です。これはルーターによって実現されます。
ルーターは宛先のエンドIPアドレスとネクストホップアドレスを検査し、結果に従ってデータパケットを宛先に転送します。
ルーティングテーブルは、ネクストホップアドレスと宛先アドレスを見つけるために使用されます。
デフォルトゲートウェイ： デフォルトゲートウェイはルーターそのものです。これは、エンドデバイスホストが明示的な宛先ネットワークのネクストホップルートエントリを持たず、そのネットワークに到達する方法を特定できないネットワークに展開されます。
したがって、ホストデバイスは、リモートネットワークに向けられたデータパケットが最初にデフォルトゲートウェイに送信されるように構成されます。
次に、デフォルトゲートウェイは、宛先ネットワークへのルートを送信元エンドホストデバイスに提供します。
ルーティングテーブル
ルーターには、RAMと呼ばれる内部メモリがあります。ルーティングテーブルが収集するすべての情報は、ルーターのRAMに保存されます。ルーティングテーブルは、テーブルからIPアドレスやその他の関連情報を学習することでパケットのパスを識別し、パケットを目的の宛先またはネットワークに転送します。
ルーティングテーブルに含まれるエンティティは次のとおりです。
- 宛先ホストとネットワークのIPアドレスとサブネットマスク
- 宛先ネットワークに到達するために必要なすべてのルーターのIPアドレス。
- 外向性のインターフェース情報
ルーティングテーブルにデータを入力するには、次の3つのさまざまな手順があります。
- 直接接続されたサブネット
- 静的ルーティング
- 動的ルーティング
接続されたルート： 理想的なモードでは、ルーターのすべてのインターフェースは「ダウン」状態のままになります。したがって、ユーザーが構成を実装するインターフェイスでは、最初に状態を「ダウン」から「アップ」に変更します。構成の次のステップは、すべてのインターフェースにIPアドレスを割り当てることです。
これで、ルーターは、直接接続されたアクティブなインターフェイスを介してデータパケットを宛先ネットワークにルーティングするのに十分なほどスマートになります。サブネットもルーティングテーブルに追加されます。
静的ルーティング： 静的ルーティングを使用することにより、ルーターは、インターフェイスの1つに物理的または直接接続されていない遠端ネットワークへのルートを収集できます。
グラフ実装c ++隣接リスト
ルーティングは、グローバルに使用される特定のコマンドを実行して手動で実行されます。
コマンドは次のとおりです。
IP route destination_network _IP subnet_mask_ IP next_hop_IP_address. これは通常、多くの手動構成が必要であり、プロセス全体が非常に長いため、小さなネットワークでのみ使用されます。
例は次のとおりです。
ルータ1は、ファストイーサネットインターフェイスでルータ2に物理的に接続されています。ルータ2もサブネット10.0.2.0/24に直接接続されています。サブネットはルーター1に物理的に接続されていないため、パケットを宛先サブネットにルーティングする方法がわかりません。
次に、次のように手動で構成する必要があります。
- ルータ1のコマンドプロンプトに移動します。
- show IP routeと入力すると、ルーティングテーブルの構成は次のようになります。
Router＃show IP route
C 192.164.0.0/24は直接接続され、FastEthernet0 / 0、Cは接続を表します。
- ここで、構成にstatic routeコマンドを使用して、ルーター1がサブネット10.0.0.0/24に到達できるようにします。
Router＃conf t
ルーター（構成）＃ip route 10.0.0.0 255.255.255.0 192.164.0.2
ルーター（config）＃exit
Router＃show ip route
10.0.0.0/24はサブネット化され、1つのサブネット
S 10.0.0.0 (1/0) 192.164.0.2経由
C 192.164.0.0/24が直接接続されている、FastEthernet0 / 0
Sは静的を表します。
注：ルーターのコマンドプロンプトには他にも多くの情報がありますが、ここではそのコマンドとトピックに関連する情報のみを説明しました。
動的ルーティング： このタイプのルーティングは、少なくとも1つのタイプのルーティングプロトコルで機能します。ルーティングプロトコルは、ルーター間でルーティング情報を共有できるようにルーターによって実行されます。このプロセスにより、ネットワーク内の各ルーターはその情報を学習し、独自のルーティングテーブルを構築する際にそれを展開します。
ルーティングプロトコルは、データをルーティングしていたリンクがダウンした場合に、ルーティングパケットのパスを動的に変更するように機能するため、障害に強いものになります。
動的ルーティングは、時間と管理負荷を節約する手動構成も必要ありません。
ルーターが使用するルートとそれに対応するサブネットを定義するだけで、残りはルーティングプロトコルによって処理されます。
アドミニストレーティブディスタンス
ネットワークでは複数のルーティングプロトコルを実行でき、ルーターはさまざまなソースからネットワークに関するルート情報を収集できます。ルーターの主なタスクは、最適なパスを検索することです。管理距離番号は、トラフィックのルーティングに最適なパスを見つけるためにルーターによって実行されます。アドミニストレーティブディスタンスの数が少ないことを示すプロトコルが使用に最適です。
メトリック
ルーターが同じプロトコルから同じネットワークの宛先ホストに到達するための2つの異なるパスを見つけた場合、トラフィックをルーティングしてルーティングテーブルに格納するのに最適なパスを選択する必要があると考えてください。
メトリックは、最適なパスを修正するために展開される測定パラメーターです。ここでも、メトリックの数が少なくなるほど、パスが良くなります。
ルーティングプロトコルの種類
ルーティングプロトコルには次の2種類があります。
- 距離ベクトル
- リンク状態
上記の両方のタイプのルーティングプロトコルは、内部ルーティングプロトコル（IGP）です。これは、1つの自己管理ネットワークシステム内でルーティングデータを交換するために使用されたことを示します。一方、ボーダーゲートウェイプロトコル（BGP）は、外部ルーティングプロトコル（EGP）の一種であり、インターネット上の2つの異なるネットワークシステム間でルーティングデータを交換するために使用されることを示します。
ディスタンスベクタープロトコル
RIP（ルーティング情報プロトコル）：RIP 距離ベクトルプロトコルの一種です。名前のとおり、ディスタンスベクタールーティングプロトコルは、距離を使用して、リモートネットワークに到達するための最適なパスを取得します。距離は基本的に、リモートネットワークに接近している間に間に存在するルーターの数です。 RIPには2つのバージョンがありますが、バージョン2はどこでも最も一般的に使用されています。
バージョン2には、サブネットマスクを提示し、マルチキャストを実行してルーティング更新を送信する機能があります。ホップカウントはメトリックとして実行され、管理カウントは120です。
RIPバージョン2は、30秒間隔でルーティングテーブルを起動するため、このプロセスでは多くの帯域幅が使用されます。マルチキャストアドレス224.0.0.9を利用して、ルーティング情報を起動します。
EIGRP（Enhanced Interior Gateway Routing Protocol）： これは、プログレッシブタイプのディスタンスベクタープロトコルです。
それが支援するさまざまなタイプのルーティングの側面は次のとおりです。
- クラスレスルーティングとVLSM
- 負荷分散
- 増分更新
- ルートの要約
ルーティングプロトコルとしてEIGRPを使用するルータは、マルチキャストアドレス224.0.0.10を実行します。 EIGRPルータは、必要なすべての情報を含む3種類のルーティングテーブルを維持します。
EIGRPのアドミニストレーティブディスタンスは90であり、帯域幅と遅延を使用してメトリックを決定します。
リンクステートプロトコル
リンクステートプロトコルの目的も距離ベクトルプロトコルの目的と同様であり、宛先への最適なパスを見つけますが、それを実行するために独自の技術を展開します。
リンクステートプロトコルは、ルーティングテーブル全体を起動するのではなく、代わりにネットワークトポロジに関する情報を起動します。その結果、リンクステートプロトコルを使用するすべてのルーターは、同様のネットワークトポロジ統計を持つ必要があります。
これらは構成が難しく、ディスタンスベクタープロトコルよりも多くのメモリストレージとCPUメモリを必要とします。
これは、ディスタンスベクタープロトコルよりも高速に動作します。また、3つのタイプのルーティングテーブルを維持し、最短パス優先アルゴリズムを実行して最適なパスを見つけます。
OSPFは、一種のリンクステートプロトコルです。
OSPF（最初に最短パスを開く）：
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- これはクラスレスルーティングプロトコルであり、VLSM、増分更新、手動ルート要約、および等コストのロードバランシングをサポートします。
- OSPFでは、インターフェイスコストのみがメトリックパラメータとして使用されます。アドミニストレーティブディスタンス番号は110に設定されています。ルーティングアップデート用に展開されたマルチキャストIPは224.0.0.5および224.0.0.6です。
- OSPFプロトコルを使用する隣接ルーター間のリンクは、ルーティング更新を共有する前に最初に設定されます。これはリンクステートプロトコルであるため、ルーターはルーティングテーブル全体をフロートさせるのではなく、ネットワークトポロジに関する統計のみを共有します。
- 次に、各ルーターはSFPアルゴリズムを実行して最上位パスを決定し、ルーティングテーブルに含めます。このプロセスを使用することにより、ルーティングループエラーの可能性が最小限に抑えられます。
- OSPFルーターは、マルチキャストIP 224.0.0.5でhelloパケットを送信して、ネイバーとのリンクを設定します。次に、リンクが確立されると、ネイバーへのフローティングルーティングアップデートが開始されます。
- OSPFルーターは、ネットワーク上で10秒ごとにhelloパケットを送信します。ネイバーから40秒以内に返信helloパケットを受信しない場合、そのネイバーはダウンしていると宣言されます。ネイバーになるルーターには、サブネットID、エリアID、helloおよびデッドインターバルタイマー、認証、MTUなどの共通のフィールドが必要です。
- OSPFには、各メッセージ認証のプロセスがあります。これは、ルーターが誤ったルーティング情報を送信するのを防ぐために使用されます。誤った情報は、サービス拒否攻撃につながる可能性があります。
- 認証には、MD5とクリアテキスト認証の2つの方法があります。 MD5が最も一般的に使用されます。ルーティングテーブルにフローティングしながら、ルートの手動要約プロセスをサポートします。
BGP（ボーダーゲートウェイプロトコル）：
これまで、小規模ネットワークに使用される内部ルーティングプロトコルについて説明してきました。ただし、大規模ネットワークの場合、大規模ネットワークのインターネット経由のトラフィックを処理する機能があるため、BGPが使用されます。
- BGPを使用する業界には、2つの自治システム（自律システム）間の接続を確立するために別のネットワークと共有される排他的な自律システム番号があります。
- この合弁事業の助けを借りて、業界や携帯電話事業者などのネットワークサービスプロバイダーはBGPコマンドのルートを提供できます。このため、システムは優れた冗長性でインターネットの速度と効率を向上させます。
- ネットワークポリシー、構成された一連のルール、およびルーティングパスに基づいてルーティング評価を構築し、主要なコアルーティングの結論の取得にも参加します。
- BGPは、ルーター間の手動構成によってネイバーを作成し、ポート179でTCPセッションを構築します。BGPプレゼンターは、接続を確立するために、60秒ごとに19バイトのメッセージをネイバーに送信します。
- ルートマップメカニズムは、BGP内のルートのフローを処理します。それは一連のルールに他なりません。すべてのルールは、指定された基準と同等のルートについて、どの決定を実装するかを説明します。最終的にルーティングテーブルに保存する前に、ルートを破棄するか、ルートのいくつかの属性を変更するかを決定します。
- BGPパス選択基準は他とは異なります。最初に、次の方法で宛先に到達するためのループのない同期されたルートのパス属性を見つけます。
ルーターの動作
- ルータのハードウェア部分では、物理的な接続は入力ポートを介して行われます。また、転送テーブルのコピーも保持します。スイッチングファブリックは、パケットを転送する出力ポートをルーターに指示する一種のIC（集積回路）です。
- ルーティングプロセッサは、ルーティングテーブルをその中に保存し、パケットの転送に使用されるいくつかのルーティングプロトコルを実装します。
- 出力ポートは、データパケットをその場所に送り返します。
作業は2つの異なる平面に分割されます。
- コントロールプレーン ：ルーターは、データパケットをリモートホストに送信するために使用されるすべての静的ルートと動的ルートを格納するルーティングテーブルを維持します。コントロールプレーンは、フォワーディングプレーンで使用されるフォワーディングインフォメーションベース（FIB）を作成するロジックであり、接続するルーターの物理インターフェイスに関する情報も備えています。
- フォワーディングプレーン ：ルーティングテーブルのレコードに基づいてコントロールプレーンから収集した情報に基づいて、データパケットを正しいリモートネットワークホストに転送します。また、正しい内向きおよび外向きの物理的接続も処理します。
- フォワーディング ：ルーターの主な目的は、WANネットワークなどの大規模なネットワークを接続することです。レイヤー3で動作するため、リモートネットワーク宛てのパケットに格納されている宛先IPアドレスとサブネットマスクに基づいて転送を決定します。
- 図に示すように、ルーターAは2つのパスを介してルーターCにアクセスできます。1つはサブネットBを直接経由し、もう1つはサブネットAとサブネットCを使用してルーターBを経由します。このようにして、ネットワークは冗長になりました。
- パケットがルーターに到着すると、最初にルーティングテーブルを調べて、宛先に到達するのに最適なパスを見つけ、ネクストホップのIPアドレスを取得すると、データパケットをカプセル化します。最適なパスルーティングプロトコルを見つけるために使用されます。
- ルートは、各ノードに到着する各データパケットに関連付けられたヘッダーから情報を収集することによって学習されます。ヘッダーには、宛先ネットワークのネクストホップのIPアドレス情報が含まれています。
- 宛先に到達するために、ルーティングテーブルにいくつかのパスが記載されています。前述のアルゴリズムを使用することにより、データを転送するために最適なパスを使用します。
- また、パケットを転送する準備ができているインターフェイスにアクセスできるかどうかもチェックします。必要な情報をすべて収集すると、決定されたルートに従ってパケットを送信します。
- また、ルーターは、ルーターが処理できるペースよりも速いペースでパケットがネットワークの希望に到達したときに、輻輳を監視します。使用される手順は、テールドロップ、ランダム早期検出（RED）、および加重ランダム早期検出（WRED）です。
- これらの背後にある考え方は、キューのサイズが構成中に事前定義されたものを超え、バッファに格納できる場合に、ルーターがデータパケットをドロップすることです。したがって、ルーターは新しく到着した着信パケットを破棄します。
- このルーターとは別に、最初に転送するパケットを選択するか、複数のキューが存在する場合はどの番号で転送するかを決定します。これは、QoS（サービス品質）パラメーターによって実装されます。
- ポリシーベースのルーティングの実行もルーターの機能です。これは、ルーティングテーブルで定義されているすべてのルールとルートをバイパスし、新しいルールセットを作成して、データパケットを即時または優先的に転送することによって行われます。これは、要件に基づいて行われます。
- ルータ内でさまざまなタスクを実行することにより、CPU使用率は非常に高くなります。そのため、その機能の一部は特定用途向け集積回路（ASIC）によって実行されます。
- イーサネットポートとSTMポートは、物理的な接続のために光ファイバーケーブルまたは別の伝送メディアを接続するために使用されます。
- ADSLポートは、CAT5ケーブルまたはCAT6ケーブルをそれぞれ使用してルーターをISPに接続するために使用されます。
ルーターのアプリケーション
- ルーターは、テレコムサービスプロバイダーの構成要素です。これらは、MGW、BSC、SGSN、IN、その他のサーバーなどのコアハードウェア機器をリモートロケーションネットワークに接続するために使用されます。したがって、モバイル運用のバックボーンとして機能します。
- ルーターは、NOCセンターと呼ばれる組織の運用および保守センターの展開に使用されます。すべての遠端機器は、ルーターを介して光ケーブルを介して中央の場所に接続されており、メインリンクおよび保護リンクトポロジで動作することで冗長性も提供します。
- 有線通信と無線通信の両方に使用される接続に高帯域幅のSTMリンクを使用するため、高速のデータ転送をサポートします。
- ソフトウェアテスターは、WAN通信にもルーターを使用します。ソフトウェア組織のマネージャーがデリーにあり、その幹部がバンガロールやチェンナイなどの他のさまざまな場所にいるとします。次に、エグゼクティブは、WANアーキテクチャを使用してPCをルーターに接続することにより、ルーターを介してソフトウェアツールやその他のアプリケーションをマネージャーと共有できます。 。
- 現代のルーターには、ハードウェア内に組み込まれたUSBポートの機能があります。十分なストレージ容量を備えた内部メモリがあります。外部ストレージデバイスは、データの保存と共有のためにルーターと組み合わせて使用できます。
- ルーターにはアクセス制限の機能があります。管理者は、少数のクライアントまたは人だけがルーター全体のデータにアクセスでき、他の人は検索するように定義されているデータにのみアクセスできるようにルーターを構成します。
- これとは別に、ルーターは、1人だけが権限を持つように構成できます。つまり、所有者または管理者がソフトウェア部分で変更、追加、または削除機能を実行し、他の人は表示権限のみを持つことができます。これにより、安全性が高くなり、データの機密性が最重要事項である軍事作戦や金融会社で使用できます。
- ワイヤレスネットワークでは、ルーターでVPNを構成することで、インターネット、ハードウェアリソース、ビデオ、データ、音声を遠く離れた場所で共有できるクライアントサーバーモデルで使用できます。下の図に例を示します。
- ルーターは、インターネットサービスプロバイダーによって、Webページ、音声、画像、またはビデオファイルとして電子メールの形式で送信元から宛先にデータを送信するために広く使用されています。宛先にIPアドレスが必要な場合、データは世界中のどこにでも送信できます。
結論
このチュートリアルでは、ルーターのさまざまな機能、タイプ、動作、およびアプリケーションについて深く学習しました。また、ルーターが送信元ネットワークから宛先ネットワークにデータパケットをルーティングするための最適なパスを見つけるために使用する、いくつかの種類のルーティングプロトコルの動作と機能についても見てきました。
さらに読む=> ルーターのファームウェアを更新する方法
ルーターのさまざまな側面をすべて分析することにより、ルーターが現代の通信システムで非常に重要な役割を果たしているという事実に気づきました。小規模なホームネットワークからWANネットワークまで、ほぼすべての場所で広く使用されています。
ルーターを使用すると、データ、音声、ビデオ、画像のいずれの形式であっても、長距離の通信がより信頼性が高く、高速で、安全で、費用対効果が高くなります。