OSPFの特徴

OSPF(Open Shortest Path First)は、規模の大きい企業ネットワークに対応できるルーティングプロトコルです。企業の社内ネットワークで一番よく利用されているルーティングプロトコルです。ただ、単にOSPFを利用すれば、規模が大きいネットワークで効率のよいルーティングができるわけではありません。OSPFの仕組みをしっかりと把握した上で適切な設計が必要です。OSPFの特徴を簡単にまとめると、以下のようになります。

  • IGPs(Interior Gateway Protocols)
  • リンクステート型ルーティングプロトコル
  • クラスレスルーティングプロトコル
  • メトリックとして「パスコスト」を採用
  • マルチキャストの利用
  • 認証機能のサポート
  • ルーティングテーブルのコンバージェンス時間が短い
  • ループが発生する可能性が極めて小さい
  • 効率よいルーティングのための「エリア」の概念
  • きちんとしたアドレス設計が必要
  • CPUやメモリへの負荷が大きい

以降、これらの特徴について解説します。また、さらに詳細な解説をしているページのリンクも掲載しています。必要に応じて、詳細な解説ページもあわせてご覧ください。

OSPFの特徴: IGPs

OSPFは、RIPと同じくAS内部のルーティングを対象としたIGPsの一種です。つまり、企業の社内ネットワークにおいてOSPFを利用したルーティングを行います。RIPよりも大規模なネットワークを主な対象としています。

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IGPsについて、以下の記事で解説しています。

ネットワークのおべんきょしませんか？
ルーティングプロトコルの分類 ～適用範囲～
https://www.n-study.com/iprouting/igp-egp/
ルーティングプロトコルの適用範囲によって、EGPsとIGPsに分類できます。EGPsは他の組織(AS)との間で利用するルーティングプロトコルで、IGPsは同じ組織(AS)内で利用するルーティングプロトコルです。

OSPFの特徴: リンクステート型ルーティングプロトコル

OSPFのルーティングアルゴリズムは、リンクステート型です。リンクステート型では、ルータ同士で単純なネットワークアドレス/サブネットマスクではなく、LSA(Link State Advertisement)を交換します。リンクとはOSPFが有効なインタフェース同士のつながりを意味しています。それぞれのOSPFルータがリンクの状態を交換することで、各OSPFルータがネットワーク構成を詳細に把握することができます。

OSPFルータが交換したLSAはリンクステートデータベース(Link State Database : LSDB)に格納されます。LSDBは、各OSPFルータが認識している詳細なネットワーク構成図です。そして、SPF(Shortest Path First)アルゴリズムにより、各ルータを起点とした最短パスツリーを計算して最適ルートを判断し、ルーティングテーブルを作成します。SPFアルゴリズムはダイクストラアルゴリズムとも呼ばれます。次の図は、OSPFでのLSAの交換の様子を表しています。

図 OSPFの動作の概要
図 OSPFの動作の概要

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LSAを交換してLSDBの同期をとる様子について、以下の記事を始めとする詳細な解説をしています。

ネットワークのおべんきょしませんか？
 
OSPFの処理の流れ | ネットワークのおべんきょしませんか？
https://www.n-study.com/ospf-detail/ospf-behavior-overview/
OSPFの仕組みを理解するにあたって、まず、全体的な処理の流れを把握しておくことが重要です。OSPFの処理の流れについて解説します。

OSPFの特徴: クラスレスルーティングプロトコル

OSPFは、サブネットマスクに基づいてネットワークアドレスを認識するクラスレスルーティングプロトコルです。OSPFで交換するLSAには、サブネットマスクも含まれています。そのため、OSPFでは、RIPv1のようなクラスフルルーティングプロトコルではサポートできないVLSMや不連続サブネットをサポートすることが可能です。

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クラスレスルーティングプロトコルについて、以下の記事で解説しています。

ネットワークのおべんきょしませんか？
 
ルーティングプロトコルの分類 ～ネットワークアドレスの認識～
https://www.n-study.com/iprouting/classfull-classless/
ルーティングプロトコルは、ネットワークアドレスをどのように認識するかによって、クラスフルルーティングプロトコルとクラスレスルーティングプロトコルに分類できます。

OSPFの特徴: メトリックとして「パスコスト」を採用

OSPFでは、最適ルート選択の基準(メトリック)として、パスコストを採用しています。デフォルトで、インタフェースの帯域幅に応じて自動的にコストが計算されます。目的のネットワークまでのコストを累積したものがパスコストです。パスコストが最小の経路が最適経路です。帯域幅が大きいほどコストの値が小さくなるので、OSPFでは、帯域幅大きい経路が最適とみなされることになります。

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OSPFのメトリックのパスコストについてさらに詳しくは以下の記事をご覧ください。

ネットワークのおべんきょしませんか？
 
OSPFコストの設定と確認
https://www.n-study.com/ospf-detail/ospf-cost-configuration/
OSPFのメトリックOSPFの最適ルートの選択基準であるメトリックには、「パスコスト」を利用します。宛先ネットワークまでの経路上のコストを累積していき、最もコストが小さい経路が最適経路として、ルーティングテーブルに採用されます。コストの決定は、Ciscoルータの実装ではデフォルトで帯域幅から自動的に計算されます。Cisco以外のベンダのルータも帯域幅から自動で計算していることが多いようです。Ciscoルータの実装でコストを計算する式は、デフォルトで次の通りです。100(Mbps)÷インタフェースの帯域幅(Mbps)たとえば、10Mbps...

OSPFの特徴: マルチキャストの利用

OSPFルータ同士のやり取りは、通常はマルチキャスト(224.0.0.5または224.0.0.6)で行われます。そのため、ネットワーク上のほかのホストやOSPFを有効にしていないルータに余計な負荷をかけることもありません。

OSPF用に予約されているマルチキャストアドレスは224.0.0.5と224.0.0.6です。224.0.0.5は同一ネットワーク内のすべてのOSPFルータのグループです。224.0.0.6は同一ネットワーク内のDRおよびBDRのグループです。

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DRとBDRの詳細について、以下の記事で解説しています。

ネットワークのおべんきょしませんか？
 
OSPF DR/BDR | ネットワークのおべんきょしませんか？
https://www.n-study.com/ospf-detail/ospf-dr-bdr/
DR(Designated Router)/BDR(Backup Designated Router)とは、イーサネットなどのマルチアクセスネットワーク上で効率よくLSDBの同期をとるために選ばれるルータです。

OSPFの特徴: 認証機能のサポート

セキュリティを向上させるために、OSPFでは認証機能をサポートしています。認証機能によって、正規のOSPFルータ間でのみLSAのやりとりを行うようにできます。

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OSPFのネイバー認証の設定について、以下の記事で解説しています。

ネットワークのおべんきょしませんか？
OSPFネイバー認証の設定 ～正規のルータとのみネイバーになる～
https://www.n-study.com/ospf-detail/ospf-neighbor-authentication/
OSPFには、ネイバーの認証機能があります。認証機能により不正なルータとネイバーになることを防ぐことができます。

OSPFの特徴: ルーティングテーブルのコンバージェンス時間が短い

すべてのOSPFルータが共通のネットワークの地図、つまりリンクステートデータベースを持ち、ネットワークに変更があったときだけLSAを送信するトリガードアップデートを採用しています。そのため、何か変更が起きたときでもトリガードアップデートによって各ルータが速やかに変更を認識し、その変更情報をリンクステートデータベースやルーティングテーブルに反映することができます。したがって、RIPのようなディスタンスベクタ型ルーティングプロトコルよりもはるかに高速にコンバージェンスさせることが可能です。

OSPFの特徴: ループが発生する可能性が極めて小さい

各OSPFルータがネットワーク全体の地図であるリンクステートデータベースを保持し、トリガードアップデートを利用することでコンバージェンスが高速です。ネットワーク構成の変化を迅速にルーティングテーブルに反映できるので、間違ったルーティングテーブルになってしまいループが発生する可能性はほとんどありません。

OSPFの特徴: 効率よいルーティングのための「エリア」の概念

リンクステートデータベースは、エリア内のすべてのルータで共通です。大規模なネットワークでは、交換されるリンクステート情報の数とサイズが非常に多くなり、それにともなってリンクステートデータベースサイズも巨大になってしまいます。その結果、ルータのCPUサイクルやメモリを多く消費することになるので、好ましくありません。このような問題を解消するために、OSPFでは「エリア」という概念を取り入れて、大規模ネットワークでより効率よくルーティングできるようにしています。OSPFを効果的に利用するためには、エリアについてよく理解しておくことが重要です。

OSPFのエリアは「同じLSDBを持つOSPFルータのグループ」です。そして、エリアに分割することで、LSDBはエリア内は詳細なネットワーク構成を記述して、エリア外は概要だけとなります。

図 OSPFエリア分割したときのLSDB
図 OSPFエリア分割したときのLSDB

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エリアについて、以下の記事で解説しています。

ネットワークのおべんきょしませんか？
大規模なOSPFネットワークの問題点 | ネットワークのおべんきょしませんか？
https://www.n-study.com/ospf-detail/ospf-single-area-problem/
OSPFのネットワークが大規模になってきた場合の問題点について解説します。
ネットワークのおべんきょしませんか？
 
OSPFエリア ～エリア内は詳しく、エリア外は概要だけ～ | ネットワークのおべんき...
https://www.n-study.com/ospf-detail/ospf-area/
OSPFエリアとは、「同一のLSDBを持つOSPFルータのグループ」です。単一のエリアではなく、複数のエリアに分割することでOSPFは大規模なネットワークで効率よくルーティングテーブルを作成できるようになります。

OSPFの特徴: きちんとしたアドレス設計が必要

OSPFに限ったことではありませんが、ルーティングプロトコルを効率よく利用するためにはきちんとしたアドレス設計が必要です。アドレス設計がいい加減だとルート情報の集約がうまくできません。適切なアドレス設計とエリア設計により、OSPFルートを効率よく集約できるようになります。

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OSPFでのルート集約について、以下の記事で解説しています。

ネットワークのおべんきょしませんか？
OSPFのルート集約と設定
https://www.n-study.com/ospf-detail/ospf-route-summary/
OSPFではABRとASBRでルート集約を行うことができます。OSPFのABR/ASBRでのルート集約の仕組みとCiscoルータでの設定コマンドについて解説します。

OSPFの特徴: CPUやメモリへの負荷が大きい

OSPFはRIPよりも複雑な処理を行います。そのため、RIPを利用するよりもルータのCPUやメモリへの負荷が大きくなってしまいます。

OSPFに関する主なRFC

OSPFの仕様は、RFCで定義されていて標準化されているルーティングプロトコルです。マルチベンダ環境のネットワークでもOSPFを利用したルーティングを行うことが可能です。また、IPv4だけでなくIPv6のルーティングもできるように拡張されています。

OSPFに関するRFCの主なものとして、以下があります。

発行年RFC
1989RFC1131 OSPF specification
1991RFC1247 OSPF Version 2
1998RFC2328 OSPF Version 2
1999RFC2740 OSPF for IPv6
2008RFC5340 OSPF for IPv6
2010RFC5838 Support of Address Families in OSPFv3
表 OSPFに関する主なRFC

ネットワークのおべんきょしませんか？
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