このチュートリアルは、OSPFメトリック計算式とSPFアルゴリズムのステップバイステップを、例を挙げて詳細に説明します。 SPF (Shortest Path First) アルゴリズムが最短パスツリー (SPT) を構築するためにルートの累積コストを計算する方法と、OSPF メトリック計算式が参照帯域幅値を変更することによって操作できる方法について説明します。
Shortest Path First (SPF) アルゴリズム
初期化時や経路情報における何らかの変更によって、OSPF ルーターは LSA を発生することはご存じのとおりです。 このLSA（Link State Advertisement）には、そのルータ上のすべてのリンク状態のコレクションが含まれています。 ルーターはこのLSAをネットワークに伝播します。 このLSAを受信した各ルータは、そのLSAデータベースにそのコピーを保存し、このLSAを他のルータにフラッドします。
データベースが更新された後、ルータはすべての利用可能なルートから各宛先に最適な単一のルートを選択します。
Just like other routing algorithm SPF also used a metric component called cost to select the best route for routing table.
This tutorial is the last part of our article “OSPF Routing Protocol Explained with examples”.ルーターはSPFアルゴリズムを使って最適経路を選択する.
Tutorial has the best routes for the best route in the respective destination.
OSPF Fundamental Terminology Explained
This tutorial is the first part of this article.You can read other parts of this article here.
このチュートリアルは、この記事の最初の部分です。 このパートでは、OSPFの基本的な用語であるFeature、AdvantageとDisadvantage、Autonomous System、Area concept、ABR、IR、Link、State、LSAとLSDBを例を使って説明します。
OSPF Neighborship Condition and Requirement
このチュートリアルはこの記事の第2パートになります。 OSPFネイバーシップは、エリアID、認証、HelloおよびDead間隔、スタブエリア、MTUの設定値が一致した場合にのみ、2つのルータ間で構築されます。 このパートでは、これらのパラメータとOSPF隣接関係を例を挙げて詳しく説明します。
OSPF Neighbor States Explained with Example
このチュートリアルは、この記事の3番目のパートです。 OSPFの隣接プロセスは、OSPF State down、OSPF State Init、OSPF State two way、OSPF State Exstart、OSPF State Exchange、OSPF State Loading、OSPF State fullの7つの状態を経て、OSPFの隣接が成立します。 このパートでは、これらの状態とDR BDRの選択プロセスについて、例を挙げて詳しく説明します。
OSPF Configuration Step by Step Guide
このチュートリアルは、この記事の第4パートにあたります。 OSPFの設定には、プロセスID、エリアID、ワイルドカードマスクなどがあり、その設定は少し難しくなっています。
OSPF メトリックコスト
論理的には、パケットは100Mbpsイーサネットリンクを横断するより、56Kbpsシリアルリンクを横断した方がより多くのオーバーヘッドに直面することになります。 また、高い帯域幅のリンクの方が低い帯域幅のリンクよりも短時間で通過することができます。 OSPFはこのロジックを使ってコストを計算します。 コストは帯域幅に反比例します。 高い帯域幅はコストが低くなります。
OSPFでは，次の式でコストを計算します。
Cost = Reference bandwidth / Interface bandwidth (bps).
OSPFのドキュメント（RFC2338）では，Reference bandwidthは任意の値として定義されています。 ベンダーは独自の参照帯域幅を使用する必要があります。 Ciscoでは100Mbps（108）帯域を参照帯域としています。 この帯域幅で計算すると、
Cost = 108/interface bandwidth in bps
Key points
- Costは正の整数値
- 小数値は最も近い正の整数に切り捨てられる
- この式が成り立つとすると、以下のようになります。
- 1 以下の値はすべて 1 と見なされます。
式がわかったので、いくつかの必須インターフェースのデフォルトのコストを計算してみましょう。
| インターフェースタイプ | 帯域幅 | メトリクス計算 | コスト |
| Ethernet Link | 10Mbps | 100000000/1000000000 = 10 | |
| FastEthernet Link | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| Serial Link | 1544Kbps (default) | 100000000/1544000 = 64．76 | 64 |
共通回線のコスト
| 回線 | 帯域幅距離計算 | コスト | ||
| 56Kbps回線 | 100000000/56000 = 1785.71 | 1785 | ||
| 64 Kbps回線 | 64Kbps | 100000000/64000 = 1562.5 | 1562 | |
| 128 Kbps回線 | 128Kbps | 100000000/128000 = 781.1 | 128Kbps | 127Kbps | 781 |
| 512 Kbps回線 | 512 Kbps | 100000000/512000 = 195.31 | 195 | |
| 1Mbps 回線 | 100000000/1000000 = 100 | 100 | ||
| 10Mbps 回線 | 10Mbps | 100000000/1000000 = 1Mbps 10 | 10 | |
| 100 Mbps回線 | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 | |
| 1 Gbps回線 | 1 Gbps 0 = 0.1Gbpsの場合、1Gbpsの場合、1Gbpsの場合、0.1Gbpsの場合、1Gbpsの場合、1Gbpsの場合、1Gbpsの場合、1Gbpsの場合、1Gbpsの場合、0.0Gbpsの場合。1 | 1 | ||
| 10 Gbps回線 | 10Gbps | 100000000/100000000 = 0.01 | 1 |
SPT (Shortest Path Tree)
OSPFルータは最短経路木を構築している。 SPTは、ルータがルート、宛先ネットワークがリーフであるファミリーツリーのようなものです。 SPFアルゴリズムは、葉とルート間のブランチコストを計算します。 最もコストの低い枝がリーフに到達するために使用される。 専門用語で言うと、送信元と送信先の間の累積コストが最も低いルートがルーティングテーブルに選択されることになる。
累積コスト=ルート内のすべての送信インターフェースコストの合計
ルーティングテーブルの最適ルート=累積コストが最も低いルート
まとめ
- OSPFはSPTツリーを使用してルーティングテーブルの最適ルートを計算します。
- 累積コストは、パス内の送信OSPFインタフェースのすべてのコストの合計です。
- 複数の経路が存在する場合，SPFは累積コストを比較します。
これで、SPFアルゴリズムの基本を理解した。 このチュートリアルの残りの部分では、SPFアルゴリズムが利用可能な経路から最適な経路を選択する方法を学びます。
次の図に示すように練習用ラボを作成するか、この事前に作成された練習用ラボをダウンロードして練習トレーサーにロードします。
OSPF設定のあるOSPF実習用トポロジーをダウンロードします。
Router0のCLIプロンプトにアクセスします。
特権モードでshow ip route ospfコマンドを実行して、OSPFプロトコルを通して学習したすべてのルートを表示します。
出力に示すように、Router0にはルーティングテーブルにOSPFから6つのルートが入っています。
経路 20.0.0.0
20.0.0/8のネットワークを得るために、3つの経路があることがわかります。 各ルートの累積コストを計算してみましょう。
ルートR0-R1-R2-を経由する場合R6
Via route R0 – R3 – R4 – R6
Via route R0 – R5 – R6
| ルータ | 終了インターフェース | 帯域幅 | メトリック計算 | コスト |
| R0 | Fa0/1 | 100Mbps | 1000000/100000000= 1 | 1 |
| R5 | Fa0/0 | 100000000/100000000=1 | 1 | |
| R0 | Fa0/1 | 100Mbps | 100000000/100000000 = 1 | 1 |
| ルート累積コスト (1+ 1 + 1 = 3 | ||||
これらのルートの中で。 ルートR0-R5-R6が最も累積コストが低い。 2334>
Route 192.168.0.4
Via Route R0 – R1
R0 の Serial 0/0/0 cost (1562) + R1 の Serial 0/0/1 cost (1562) = 3124 (Cumulative cost)
Via Route R0 – R3 – R4 – R6 – R2
Via Route R0 – R5 – R6 – R2
これらのルートの内、R0-R5-R6 のルートは、以下のとおりです。 ルートR0 – R5 – R6 – R2はコストが最も低いので、ルーティングテーブルに選ばれました。
Route 192.168.0.8
経路R0 – R1
R0 のシリアル 0/0/0 コスト (1562) + R1 のシリアル 0/0/1 コスト (1562) + R2 のシリアル 0/0/0 (1562) = 4686（累積コスト）
経路R0 – R3 – R4 – R6
R0 のシリアル 0/0/1 コスト（64） + R3 のシリアル 0/0/0 コスト (64)+R4 (累積) 経路R1 – R5 – R6 R0 のシリアル 0/0/0 コスト（1562） + R2 (累積) R4のシリアル0/0/1コスト（64）＋R6のシリアル0/0/0コスト（64）＝256（累積コスト）＜2334＞＜8182＞ルートR0〜R5〜R6＜5316＞＜6981＞ろのFastEthernet 0/1コスト（1）＋R5のFastEthernet 0/0コスト（1）＋R6のシリアル0/0/0コスト（64）＝66（累積コスト）＜2334＞＜6981＞このうちルート。 ルートR0 – R5 – R6が最もコストが低いので、ルーティングテーブルに選択されました。
Route 192.168.1.4
ルートR0 – R1 – R2 – R6
経由
R0のシリアル0/0/0コスト（1562）＋R1のシリアル0/0/1（1562）＋R2のシリアル0/0/0（1562）＋R6のFastEthernet 0/0（1）＝4687（累積コスト）
R0 – R3 – R4 – R6
R0経由の場合は Serial 0/0/1 コスト (64) + R3 の Serial 0/0/0 コスト (64) + R4 の Serial 0/0/1 コスト (64) + R6 の FastEthernet 0/0 (1) = 193
Via R0 – R5
R0 の FastEthernet 0/1 コスト (1) + R5 の FastEthernet 0/0 コスト (1) = 2
このうちルートについてですが。 ルートR0～R5が最もコストが低いので、最適なルートとして選択されました。
Route 192.168.2.4
Via Route R0 – R1 – R2 – R6 – R4
Via Route R0 – R5 – R6 – R4
R0 の FastEthernet 0/1 コスト (1) + R5 の FastEthernet 0/0 コスト (1) + R6 の Serial 0/0/1 (64) + R4 のシリアル 0/0/0 コスト (64) = 130
経路 R0 – R3
R0 のシリアル 0/0/1 コスト (64) + R3 のシリアル 0/0/0 コスト (64) = 128
これらのルートの中で、どのようなものがあるでしょうか。 ルートR0 – R3は、宛先192.Coのコストが最も低くなります。168.2.4.
Route 192.168.2.8
ルートR0 – R3 – R4
経由
R0のシリアル0/0/1コスト（64）＋R3のシリアル0/0/0コスト（64）＋R4のシリアル0/0/1コスト（64）= 192
ルートR0 – R1 – R2 – R6
経由
ロのシリアル0/0/0コスト（1562）＋ R1のシリアル0/0/1コスト（1562）＋R2のシリアル0/0/1コスト（1562）＋ R3のシリアル0/1/1コスト（1662）＋ R3のシリアル0/0/1コスト（1662）＋ R3のシリアル0/0/1コスト（1662）＋ R4のシリアル0/0/1コスト（1762）＋R4のシリアル0/0/1コスト（1762）＋ R3のシリアル0/0/1コスト（1762 Serial 0/0/0 cost (1562) + R6’s Serial 0/0/1 cost (64) = 4750
Via Route R0 – R5 – R6
R0 の FastEthernet 0/1 cost (1) + R5 の FastEthernet 0/0 cost (1) + R6 の Serial 0/0/1 cost (64) = 66
R0-R5-R6がコスト値が最も低くなっています。
各宛先の最適なルートを選択した後、OSPFネットワークは次の図のようになります。
OSPF ルートコストの操作
OSPFルートコストを操作するには、2つの方法があります。
- インタフェースの帯域を変更する
- 参照帯域値を変更する
インタフェースの帯域を変更する
Sub interface modeコマンドBandwidthで対応インタフェースの帯域を設定します。
インタフェースを有効にすると，ルータは自動的にインタフェースの種類に応じた帯域を設定します。 例えば、シリアルインターフェイスのデフォルト帯域幅は1544kです。 帯域幅コマンドでこの値を変更するまで、この値は必要な場所で使用されます。
帯域幅についてもう1つ確認させてください。 bandwidthコマンドでデフォルト帯域を変更しても，インタフェースの実際の帯域は変わりません。
では、このコマンドはどのような目的を解決するのでしょうか。
このコマンドは、OSPFやEIGRPなど経路選択処理に帯域を使用するルーティングプロトコルに影響を与えるためにのみ使用されます。 R0のシリアル0/0/0，R1のシリアル0/0/1，R2のシリアル0/0/0でデフォルト帯域（1544Kbps）をカスタム帯域（64kbps）に変更しました。 この変更により、R0は192.168.0.4のネットワークのために別のルータを使用するようになりました。4 from R0
Via Route R0 – R1
R0 の Serial 0/0/0 cost (1562) + R1 の Serial 0/0/1 cost (1562) = 3124 (Cumulative cost)
Via Route R0 – R5 – R6 – R2
Via Route R0 – R3 – R4 – R6 – R2
この中で、R0のSerial 0/0/1 cost (1562) は、以下の通りです。 ルートR0 – R5 – R6 – R2はコストが最も低いので、ルーティングテーブルに選ばれました。
さて…デフォルト帯域幅を使用した場合、どのルートが選ばれたでしょうか？
R0からデフォルト帯域幅で目的地192.168.0.4へのコストです。
Via Route R0 – R1
R0のシリアル0/0/0のコスト（64）+R1のシリアル0/0/1のコスト（64）=128（累積コスト）
Via Route R0 – R5 – R6 – R2
Via Route R0 – R3 – R4 – R6 – R2
これらのルート中で、以下のものがあります。 ルートR0 – R1はコスト値が最も低いので、ルーティングテーブルに選択されます。
参照帯域幅の値を変更する
先に述べたように、OSPFはデフォルトで100Mbpsの帯域幅を参照帯域幅として使用します。 この値を変更すると、経路のコストも変更されます。 仮に1000Mbpsを基準帯域とした場合、100Mbpsのリンクのコストは10となります。 これは、特にネットワークに高い帯域幅のリンクがある場合、素晴らしいことです。 たとえば、次の図を見てください。
R2は、10.0.0.0/8のネットワークを取得するためにどのルートを取るでしょうか。
ルートR2 – R3
このルートでは、2つの出口ポイントを持っています。
R2 の FastEthernet コスト (100000000/100000000) = 1
R3 の FastEthernet コスト (100000000/100000000) = 1
このルートのコスト 1 + 1 = 2
Route R2 – R1 – R3
このルートでは3つの出口点が存在します。
R2 の FastEthernet コスト (100000000/1000000000) = .1 (1 以下は 1 とみなす)
R3 の FastEthernet (100000000/1000000000) = .1（1以下は1とみなす）
R3 の FastEthernet コスト (100000000/100000000) = 1
このルートのコスト 1 + 1 + 1 = 3
デフォルトの参照帯域では R2 はルート R2 – R3 を選択しますが、これは良いことではありません。
Auto-cost reference-bandwidth ref-bandコマンドで参照帯域を調整することができます。 参照帯域の不一致により，ルータでSPFアルゴリズムが継続的に実行され，重大なパフォーマンス上の問題が発生する可能性があります。 有効な範囲は1〜4294967です。
Sadly packet tracerにこのコマンドは含まれていません。 このコマンドの練習には、このコマンドをサポートしている他のシミュレータソフトを使用するか、実際のルータを使用してください。
次のコマンドを使用して、3つのルータすべてで基準帯域幅を1000Mbpsに変更します。 帯域幅
{module in_art_slot_10}
Route R2 – R3
R2 の FastEthernet コスト (1000000000/100000000) = 10
R3 の FastEthernet コスト (1000000000/100000000) = 10
このルートのコスト 10 + 10 = 20
ルートR2 – R1 – R3
R2 の FastEthernet コスト (1000000000/1000000000) = 1
R3 の FastEthernet (1000000000/1000000000) = 1
R3 の FastEthernet コスト (1000000000/100000000) = 10
このルートのコスト 1 + 1 + 10 = 12
この場合、ルート R2->R3->R4->R5->R6->R7->R7-9R1-R3が選択されます。 目的地までの最短経路である。
以上、今回はここまでです。 OSPFルーティングプロトコルについて、より深く理解していただけたと思います。 次回は、アクセスリストについて、例を挙げて詳しく説明します。