ネクストホップとして出口インターフェースまたは IP アドレスを指定したスタティックルート

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はじめに:

このドキュメントではネクストホップとして出口インターフェースを指定するスタティックルートと IP アドレスを指定するスタティックルートの違いを説明しています。

!-- Pointing to next hop address

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.1.1.2

!-- Pointing to the interface

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 fa0/0

基本概要:

宛先にパケットを転送するため、ルータは出口インターフェースを決定し、パケットを伝送路上に送出する前にレイヤ2のフレームを書き換える必要があります。ルータがレイヤ2フレームを書き換えるためにはレイヤ2アドレスに対応する IP アドレスを解決し、ネクストホップに送出する前にフレームを再構築する必要があります。アドレス解決は、イーサネットにおける ARP や フレームリレーにおける静的/動的に学習された DLCI などを使用して動的に行うことができます。

ルータでスタティックルートを設定する時に、理解しておくべき2つのポイントがあります。

1) ネクストホップに IP アドレスを指定したスタティックルートを設定する場合、ルータは宛先ごとにレイヤ2フレームを書き換えるため、ネクストホップ IP アドレスのレイヤ2アドレスを必要とします。

例: ip route 2.2.2.0 255.255.255.0 10.1.1.2

ルータは、パケットを宛先アドレス 2.2.2.2 に転送するため、10.1.1.2 のレイヤ2 MAC アドレスを必要とします。

2) 出口インターフェースを指定してスタティックルートを設定した場合、ルータは宛先アドレスのインターフェースが直接接続されていると仮定します。そして、イーサネットの場合には指定されたインターフェースから宛先アドレスに ARP リクエストを送出して、フレームリレーの場合にはマッピングテーブルから静的/動的に学習したエントリを検索して、宛先のレイヤ2アドレスを探そうとします。

例: ip route 2.2.2.0 255.255.255.0 fa0/0

ルータはパケットを 宛先 IP アドレス 2.2.2.2 に転送するため、 IP アドレス 2.2.2.2 のホストが fa0/0 のインターフェースの先に直接接続されていると仮定し、 IP アドレス 2.2.2.2 に対応するレイヤ2 MAC アドレスを必要とします。

一般的に、インターフェースはポイントツーポイントまたはマルチポイントで接続されます。上記 2) の状態はポイントツーポイント接続とマルチポイント接続で異なる動作をします。

ポイントツーポイント接続されたインターフェースでは、2つのデバイスは直接接続されているため、出口インターフェースを指定してのスタティックルートとネクストホップ IP アドレスを指定してのスタティックルートに違いはありません。ルータはパケットを転送するため、宛先アドレスごとにネクストホップ IP アドレスのインターフェースのレイヤ2アドレスを使用します。

マルチポイント接続されたインターフェースでは、インターフェースは複数のデバイスと接続することができます。そこで上記 2) の状態では、ネクストホップを指定してスタティックルートを設定する場合、ルータは宛先アドレスごとに レイヤ3アドレスからレイヤ2アドレスへの解決をする必要があります。イーサネットがマルチポイント接続であるのに対して、フレームリレー及び ATM では設定によってマルチポイント接続またはポイントツーポイント接続が使用できます。

設定概要:

以下がトポロジ図と初期設定です。

トポロジ図:

初期設定:

R1	R2	R3
interface Loopback0 ip address 1.1.1.1 255.255.255.255 ! interface FastEthernet0/0 ip address 10.1.1.2 255.255.255.252 duplex auto speed auto ! interface FastEthernet0/1 ip address 20.1.1.1 255.255.255.0 duplex auto speed auto ! ip route 2.2.2.2 255.255.255.255 10.1.1.1 ip route 3.3.3.3 255.255.255.255 20.1.1.2	interface Loopback0 ip address 2.2.2.2 255.255.255.255 ! interface FastEthernet0/0 ip address 10.1.1.1 255.255.255.252 duplex auto speed auto ! ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.1.1.2	interface Loopback0 ip address 3.3.3.3 255.255.255.255 ! interface FastEthernet0/0 ip address 20.1.1.2 255.255.255.252 duplex auto speed auto ! ip route 0.0.0.0  0.0.0.0 20.1.1.1

ケース1: R2 でネクストホップアドレスに、隣接するルータ R1 のアドレスを指定してスタティックルートを設定します。上述のように、宛先アドレスにパケットを転送するため、 R2 はレイヤ2フレーム内で R1 の MACアドレスを使用します。

R2 から R1 と R3 ループバックアドレスへの接続を確認:

R2#ping 1.1.1.1 so 2.2.2.2

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 1.1.1.1, timeout is 2 seconds:

Packet sent with a source address of 2.2.2.2

!!!!!

Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 20/28/40 ms

R2#ping 3.3.3.3 so 2.2.2.2

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 3.3.3.3, timeout is 2 seconds:

Packet sent with a source address of 2.2.2.2

!!!!!

Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 16/35/60 ms

R2#sh ip arp

Protocol  Address          Age (min)  Hardware Addr   Type   Interface

Internet  10.1.1.1                -   c000.3148.0000  ARPA   FastEthernet0/0

Internet  10.1.1.2                0   c001.3148.0000  ARPA   FastEthernet0/0

ケース2: R2 で出口インターフェースを指定してスタティックルートを設定します。上述のように、パケットを転送するため、R2 は宛先アドレスが直接接続されていると仮定して、指定されたインターフェースから宛先アドレスに ARP リクエストを送出して、レイヤ2 MAC アドレスを見つけようとします。

R2(config)#no ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 10.1.1.2

R2(config)#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 fa0/0

R2 から R1 と R3 のループバックアドレスへの接続を確認します。また、パケットレベルの情報を得るために、 R2 の IP パケットのデバッグを有効にします。

R2#debug ip packet detail

IP packet debugging is on (detailed)

R2#ping 3.3.3.3 so 2.2.2.2

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 3.3.3.3, timeout is 2 seconds:

Packet sent with a source address of 2.2.2.2

IP: tableid=0, s=2.2.2.2 (local), d=3.3.3.3 (FastEthernet0/0), routed via RIB

IP: s=2.2.2.2 (local), d=3.3.3.3 (FastEthernet0/0), len 100, sending

    ICMP type=8, code=0

IP: s=2.2.2.2 (local), d=3.3.3.3 (FastEthernet0/0), len 100, encapsulation failed

    ICMP type=8, code=0.

IP: tableid=0, s=2.2.2.2 (local), d=3.3.3.3 (FastEthernet0/0), routed via RIB

IP: s=2.2.2.2 (local), d=3.3.3.3 (FastEthernet0/0), len 100, sending

    ICMP type=8, code=0

IP: s=2.2.2.2 (local), d=3.3.3.3 (FastEthernet0/0), len 100, encapsulation failed

R2#sh ip arp

Protocol  Address          Age (min)  Hardware Addr   Type   Interface

Internet   1.1.1.1                 0  Incomplete          ARPA

Internet   3.3.3.3                 0  Incomplete          ARPA

Internet  10.1.1.1                -   c000.3148.0000  ARPA   FastEthernet0/0

Internet  10.1.1.2               16   c001.3148.0000  ARPA   FastEthernet0/0

Internet  10.1.1.5                -   c000.3148.0001  ARPA   FastEthernet0/1

IP アドレス 1.1.1.1 と 3.3.3.3 は fa0/0 に直接接続されていないので、R2 はそれらのレイヤ2 MAC アドレスを得られず、ARP テーブルのエントリーは incomplete となり、R2 ではレイヤ2のカプセル化が失敗して宛先へのパケットをドロップします。

上の問題を解決する2つの方法がありますが、ユーザへ勧められるような解決方法ではありません。

1) ネクストホップルータでプロキシー ARP を有効化する:

ルータでプロキシー ARP を有効化している場合、ルータはアドレス解決要求を受け取るたびにそのアドレスがルータのルーティングテーブルに存在する場合のみ、自分自身のインターフェースのアドレスから、アドレス解決を要求したルータにプロキシー ARP を送信します。

この例では、 R1 は両方のアドレスがルーティングテーブルに存在するため、レイヤ2 MAC アドレスが 10.1.1.2 であるプロキシー ARP をアドレス 3.3.3.3 と 2.2.2.2 のために R2 に送信します。デフォルトの設定ではほとんどのルータでプロキシー ARP は有効化されています。

R1#conf t

Enter configuration commands, one per line.  End with CNTL/Z.

R1(config)#int fa0/0

R1(config-if)#ip proxy-arp

R1(config-if)#do sh ip int fa0/0 | in Proxy

             Proxy ARP is enabled

             Local Proxy ARP is enabled

Verifying connectivity from R2 to R1 and R3 loopback address:

R2#ping  1.1.1.1 so 2.2.2.2

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 1.1.1.1, timeout is 2 seconds:

Packet sent with a source address of 2.2.2.2

!!!!!

Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 20/28/40 ms

R2#ping 3.3.3.3 so 2.2.2.2

Type escape sequence to abort.

Sending 5, 100-byte ICMP Echos to 3.3.3.3, timeout is 2 seconds:

Packet sent with a source address of 2.2.2.2

!!!!!

Success rate is 100 percent (5/5), round-trip min/avg/max = 16/35/60 ms

R2 の ARP テーブルを詳細に確認すると、アドレス解決テーブルにおいてアドレス 3.3.3.3 と 1.1.1.1 に対応する MAC アドレスが同一になっています。これは、 R1 が自分自身のインターフェースのアドレスからプロキシー ARP を送信したためです。

R2#sh ip arp

Protocol  Address          Age (min)  Hardware Addr   Type   Interface

Internet   1.1.1.1                 0   c001.3148.0000 ARPA FastEthernet0/0

Internet   3.3.3.3                 0   c001.3148.0000 ARPA FastEthernet0/0

Internet   10.1.1.1                -   c000.3148.0000  ARPA   FastEthernet0/0

Internet   10.1.1.2               40  c001.3148.0000 ARPA FastEthernet0/0

したがって、スタティックルートがインターネットへのデフォルトゲートウェイである場合などに、大量のブロードキャストトラフィックが発生してしまったり、 R2 において ARP キャッシュの数が大量になってしまう可能性があります。

2) ARP テーブルに手動で ARP エントリーを追加する:

以下のように、レイヤ2フレームを構築するために、宛先アドレスへの ARP エントリーを手動で追加することができます。

R2(config)#arp 1.1.1.1 c001.3148.0000 arpa

R2(config)#arp 3.3.3.3 c001.3148.0000 arpa

R2#sh ip arp

Protocol  Address          Age (min)  Hardware Addr   Type   Interface

Internet    1.1.1.1                 -   c001.3148.0000 ARPA

Internet    3.3.3.3                 -   c001.3148.0000 ARPA

Internet  10.1.1.1                -   c000.3148.0000  ARPA   FastEthernet0/0

Internet  10.1.1.2                4  c001.3148.0000 ARPA FastEthernet0/0

宛先アドレスごとにレイヤ2フレームを構築するため、アドレス解決テーブルに手動でエントリーを追加する必要があります。

結論:

-> ポイントツーポイント接続のインターフェースでは、インターフェースを指定したスタティックルート及びネクストホップアドレスを指定したスタティックルートを使用可能です。ネクストホップは1つだけ存在し、そのレイヤ2アドレスはレイヤ2フレームを構築するために使用されます。

-> マルチポイント/ブロードキャスト接続されたインターフェースでは、宛先アドレスごとにレイヤ2アドレスを解決する必要性をなくすため、ネクストホップアドレスを指定したスタティックルートを使用する方が適切です。上記で示したような、インターフェースを指定したスタティックルートを使用する方法もありますが、拡張性のある解決法ではありません。

英語版:https://supportforums.cisco.com/docs/DOC-27825