OSPFとは何か

OSPFはOpen Shortest Path Firstの略です。 企業ネットワークや拠点間ネットワークなど、 複数のルーターで構成される組織内ネットワークで広く利用されます。

OSPFは、組織内で使うIGP（Interior Gateway Protocol）の一つです。 インターネット上の異なる組織同士で経路を交換するBGPとは、主な利用範囲が異なります。

なぜOSPFが使われるのか

ルーターが数台だけで、ネットワーク変更も少ない場合は、 スタティックルートでも管理できます。 しかし、ルーターや経路が増えると、手動設定だけでは変更や障害への対応が難しくなります。

まずOSPFの全体像を1枚で理解する

次の構成では、R1、R2、R3がOSPFを使用しています。 それぞれのルーターは、自分に直接接続されたネットワークの情報を交換します。

R1はLAN-Aの存在を、R3はLAN-Cの存在をOSPFで知らせます。 情報交換が完了すると、R1はR3側のLAN-Cへ向かう経路を学習し、 R3もR1側のLAN-Aへ向かう経路を学習します。

OSPFが経路を学習する4つの流れ

1. Helloパケットで隣接ルーターを見つける OSPFが有効なインターフェースからHelloパケットを送信し、 同じセグメント上でOSPFを動作させているルーターを発見します。
2. ネイバー関係を確立する エリア番号やHello/Deadタイマーなどの条件が一致すると、 ルーター同士はネイバーとなり、必要に応じて隣接関係を形成します。
3. LSAを交換し、LSDBを同期する 各ルーターが持つリンク状態の情報をLSAとして交換し、 同じエリア内でネットワーク構成を表すLSDBをそろえます。
4. SPF計算を行い、経路をルーティングテーブルへ登録する LSDBをもとに、自分を起点とした最短経路ツリーを計算し、 採用された経路をルーティングテーブルへ登録します。

OSPFの基本用語

Router IDはIPアドレスのように見えるが、識別子である

Router IDは1.1.1.1のような形式で表示されますが、 パケット転送先として使うIPアドレスそのものではなく、OSPFルーターを識別するIDです。

Cisco IOSでは、Router IDを明示しない場合、一般にOSPFプロセス開始時に ループバックインターフェースの最大IPアドレス、 それがなければ稼働中インターフェースの最大IPアドレスから選ばれます。 実務では、意図しない変更を避けるために明示設定するのが安全です。

OSPFのエリアとは何か

OSPFでは、ネットワークをエリアという単位で分割できます。 小規模な構成ではすべてのルーターをArea 0へ所属させる単一エリア構成が分かりやすいですが、 大規模になると複数エリアへ分割します。

Area 0はバックボーンエリア

Area 0はOSPFの中心となるバックボーンエリアです。 通常、Area 10やArea 20などの非バックボーンエリアは、 Area 0へ論理的に接続するよう設計します。

エリアを分ける主な目的

• LSDBの規模を抑える
• トポロジ変更時のSPF再計算範囲を整理する
• LSAの拡散範囲を制御する
• 経路集約や運用上の境界を作りやすくする

OSPFで使う5種類のパケット

OSPFルーター同士は、役割の異なる5種類のOSPFパケットを使用して、 ネイバー発見やデータベース同期を行います。

IPv4のOSPFでは、状況に応じて224.0.0.5（AllSPFRouters）や 224.0.0.6（AllDRouters）などのマルチキャストアドレスを使用します。

OSPFネイバーが確立するまでの状態

OSPFネイバーは、Helloを受信した直後にいきなりFull状態になるわけではありません。 データベースを比較・同期しながら複数の状態を進みます。

一般的なポイントツーポイント接続では、正常にLSDB同期が完了するとFullになります。 Ethernetなどのブロードキャスト型ネットワークではDR/BDRの選出があるため、 すべてのルーター同士が必ずFullになるわけではなく、2-Wayが正常な組み合わせもあります。

OSPFのコストと経路選択の基本

OSPFは、経路選択にコストを使用します。 宛先までに通過する各インターフェースのコストを合計し、 基本的に合計コストが小さい経路を優先します。

Cisco IOSの初期設定では、一般に次の考え方でインターフェースコストを算出します。

初期の参照帯域幅が100Mbpsの場合、100Mbps以上の回線が同じコスト1になることがあります。 1Gbps、10Gbps、40Gbpsなどを正しく差別化したい環境では、 すべてのOSPFルーターで参照帯域幅を統一して見直します。

宛先への経路が複数あり、経路種別とコストが同じ場合は、 等コストマルチパスとして複数経路を利用できる場合があります。

ルーティングテーブルでOSPF経路を読む

Cisco IOSのshow ip routeでは、OSPFで学習した経路が OやO IAなどのコードで表示されます。

R1# show ip route ospf
O    192.168.20.0/24 [110/2] via 10.0.12.2, 00:03:21, GigabitEthernet0/0
O    192.168.30.0/24 [110/3] via 10.0.12.2, 00:03:21, GigabitEthernet0/0

[110/2]は、Cisco IOSでは一般に 管理距離110／OSPFメトリック2を表します。 その後ろにネクストホップ、経過時間、出力インターフェースが続きます。

Cisco IOSでOSPFを設定する基本例

次の3台構成で、すべてのネットワークをArea 0へ参加させます。

R1の設定

R1(config)# router ospf 1
R1(config-router)# router-id 1.1.1.1
R1(config-router)# network 10.0.12.0 0.0.0.3 area 0
R1(config-router)# network 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0
R1(config-router)# passive-interface GigabitEthernet0/1

R2の設定

R2(config)# router ospf 1
R2(config-router)# router-id 2.2.2.2
R2(config-router)# network 10.0.12.0 0.0.0.3 area 0
R2(config-router)# network 10.0.23.0 0.0.0.3 area 0

R3の設定

R3(config)# router ospf 1
R3(config-router)# router-id 3.3.3.3
R3(config-router)# network 10.0.23.0 0.0.0.3 area 0
R3(config-router)# network 192.168.30.0 0.0.0.255 area 0
R3(config-router)# passive-interface GigabitEthernet0/1

各コマンドの意味

OSPFの確認コマンドと確認順序

OSPF設定後は、いきなりエンドツーエンドのpingだけを確認するのではなく、 下位の条件から順番に確認します。

1. インターフェースがup/upか確認する show ip interface briefで物理・データリンク状態とIPアドレスを確認します。
2. 直結相手へpingできるか確認する OSPF以前に、同一セグメントのIP通信が成立していることを確認します。
3. OSPFが対象インターフェースで有効か確認する show ip ospf interface briefでプロセス、エリア、コスト、状態を確認します。
4. ネイバーが期待する状態か確認する show ip ospf neighborでRouter ID、状態、Dead Time、接続先を確認します。
5. LSDBに必要な情報があるか確認する show ip ospf databaseでLSAの登録状況を確認します。
6. OSPF経路がルーティングテーブルへ登録されたか確認する show ip route ospfで宛先、コスト、ネクストホップを確認します。
7. 最終的な通信試験を行う pingやtracerouteで、実際の宛先まで通信できるか確認します。

show ip ospf neighbor

R2# show ip ospf neighbor

Neighbor ID     Pri   State           Dead Time   Address         Interface
1.1.1.1           1   FULL/DR         00:00:36    10.0.12.1      GigabitEthernet0/0
3.3.3.3           1   FULL/BDR        00:00:33    10.0.23.2      GigabitEthernet0/1

主な確認箇所は、Neighbor ID、State、Dead Time、Address、Interfaceです。 ポイントツーポイント型ではFULL/-、 EthernetではFULL/DRやFULL/BDRなどと表示されることがあります。

show ip ospf interface brief

R2# show ip ospf interface brief
Interface    PID   Area            IP Address/Mask    Cost  State Nbrs F/C
Gi0/0        1     0               10.0.12.2/30       1     DR    1/1
Gi0/1        1     0               10.0.23.1/30       1     BDR   1/1

show ip protocols

OSPFプロセスID、Router ID、network設定、passive-interface、 ルーティング情報の送受信対象などをまとめて確認できます。

OSPFのよくある勘違い・設定ミス

OSPFを設計・運用するときの判断ポイント

変更作業では「経路が変わる時間」を考える

コスト変更、インターフェース停止、ルーター再起動などを行うと、 OSPFはLSA更新とSPF再計算を実施します。 そのため、変更前に次の点を確認します。

• 現在の主経路と待機経路
• 変更後の期待コストとネクストホップ
• 等コスト経路の有無
• 通信セッションへの影響
• 切り戻し条件と確認コマンド
• 隣接ルーター側の設定整合性

OSPFを顧客・上司へ説明する方法

技術に詳しくない相手へは、LSAタイプやSPFアルゴリズムから説明するより、 「経路を自動で共有し、障害時に迂回経路を再計算する仕組み」と説明すると伝わりやすくなります。

「必ず無停止になる」と断言せず、 物理障害の検知方法、OSPFタイマー、SPF計算、機器性能、アプリケーション特性によって 影響時間が変わることも合わせて説明します。

OSPFの英語ドキュメントでよく見る表現

自分の言葉で説明する課題