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BGP4とは？インターネットの自律システム間で経路情報を交換するルーティングプロトコルの全体像

BGP4はBorder Gateway Protocol version 4の略で、インターネット上の各自律システム(AS)間で経路情報を交換するルーティングプロトコルです。

ASの境界に配置されたルーター同士がピアとして通信し、全世界で約15万件にのぼる経路情報(フルルート)をやり取りします。

これにより、ユーザーがISPへパケットを送るだけで、目的のネットワークへ安全かつ効率的に届ける仕組みが実現されています。

目次から探す

BGP4の基本
BGP4の動作仕組み
- 経路情報の交換メカニズム
- 経路選択の基準
BGP4の運用と実例
BGP4の課題と今後の展望
まとめ

BGP4の基本

BGP4の定義と役割

BGP4は「Border Gateway Protocol version 4」の略称であり、インターネット上の複数の自律システム間で経路情報を交換するためのプロトコルです。

このプロトコルは、異なるネットワーク同士が接続し、すべてのユーザーが目的地に到達できるように経路を選択する役割を果たします。

インターネット全体のルーティング情報を管理する
異なるISPや企業ネットワーク間で安全かつ効率的な通信を実現する

自律システム(AS)との関係

自律システム(AS)とは、ひとつの管理体制の下で運用されるネットワークの集合です。

BGP4は、各AS間で経路情報を交換することにより、グローバルなインターネット通信を支えています。

各ASは固有のAS番号を持つ
経路情報はAS番号を通じて識別され、適切な経路選択が可能となる
異なるAS間での情報交換により、ネットワーク全体の接続性が維持される

ピア接続とフルルートの概念

BGP4の運用では、隣接ネットワークとの直接的な接続関係が基本となります。

これをピア接続と呼び、BGPピア間では経路情報がやり取りされます。

ピア接続はTCPを利用して確立される
経路情報交換は、全体のインターネット経路(フルルート)をもとに行われる

フルルートとは、ネットワーク全体の経路情報を指し、現在では数十万に上る経路情報が存在します。

この情報を各BGPルーターが管理することにより、ユーザーは目的のASまでパケットを届けられる仕組みとなっています。

BGP4の動作仕組み

経路情報の交換メカニズム

BGP4は、異なるAS同士の経路情報を交換する際に、複数のメッセージタイプおよび手続きを利用して安定した通信を実現します。

この仕組みにより、ネットワークの構成変更や故障が発生した際にも柔軟に対応することができます。

ピア間の通信プロセス

BGPピア同士は、まずTCPセッションを確立し、その後にBGP特有のメッセージ交換を行います。

初期段階では「OPEN」メッセージで接続条件が確認される
接続が成立すると、「KEEPALIVE」メッセージが定期的に送信され、通信状態が維持される
ネットワークの変更や経路情報の更新が必要な場合、「UPDATE」メッセージが使用される

経路情報の伝播と更新

BGP4では、経路情報はピア間で逐次伝播され、更新が必要な場合は変更箇所のみを送信する仕組みが用いられています。

経路が新たに利用可能になった場合は、新規経路が送信される
経路が使用不可になった場合は、取り消し通知が即座に伝播される
経路属性と呼ばれる各種指標に基づいて、最適な経路が選択される

経路選択の基準

BGP4では、複数の経路が存在する場合に最適な経路を決定するための基準が用意されています。

基準には以下のような要素が含まれます。

AS_PATH：経路が通過した自律システムの数
NEXT_HOP：次のルーターのIPアドレス
LOCAL_PREFERENCE：内部的に設定された優先度
その他、MED(Multi Exit Discriminator)などの属性が考慮されます

これらの属性情報を元に、最も効率的かつ信頼性の高い経路を自動的に選択する仕組みとなっています。

BGP4の運用と実例

インターネットルーティングにおける役割

BGP4は、インターネット上で最も広く利用されるルーティングプロトコルです。

世界中のISPや大規模な企業ネットワークがBGP4を使って接続されることで、グローバルな通信環境が実現されています。

異なるプロバイダー間での経路情報の共有により、ユーザーがどこにいても目的地に到達できる
各ネットワークの障害や経路変更に対して、自動的に最適な経路へ切り替えが行われる

ISP間接続における運用方法

ISP同士の接続にはBGP4が重要な役割を果たします。

各ISPは、自身のネットワークの経路情報をBGPによって外部に伝達し、相手先からの情報を受信することで最適な経路を構築します。

一度確立されたピア接続を通じて、定期的に経路情報が更新される
経路情報には、複数の属性が含まれ、信頼性や優先度が評価される
ルータの設定やポリシーに応じて、経路フィルタが適用される

セキュリティ上の注意点

BGP4は、非常に広範なネットワーク間での情報交換を行うため、セキュリティ対策が重要です。

万が一、不正な経路情報が送信されると、ネットワーク全体に影響を及ぼす可能性があります。

経路ハイジャックや経路の改ざんを防ぐために、フィルタリングが実施される
RPKI(Resource Public Key Infrastructure)などを用いた認証技術が導入されつつある
運用者同士の信頼関係や契約に基づく設定が、セキュリティ向上に寄与する

BGP4の課題と今後の展望

フルルート情報量とネットワーク負荷

インターネット全体で管理される経路情報、いわゆるフルルートは急速に増加しており、各ルーターのメモリや処理能力に大きな負荷がかかる状況です。

数十万に及ぶ経路情報の管理が必要となり、ルーターのリソースが逼迫する
経路情報の更新頻度が高い場合、プロセッサへの負荷や帯域幅の制約が顕著になる

スケーラビリティの課題

ネットワーク規模の拡大に伴い、BGP4のスケーラビリティが課題として浮上しています。

同一ルーターでの膨大な情報の取り扱いは、ハードウェアの性能向上が必須となる
ネットワークの分散化やルートサーバーの改良など、運用上の工夫が求められる
より効率的な経路情報管理手法の開発が、今後の重要な研究対象となる

今後の技術動向と改善の可能性

BGP4の運用においては、現在の課題に対する改善策や新たな技術が模索されています。

BGPsecとして知られるセキュリティ強化機能は、経路情報の認証や改ざん検知に貢献する
より効率的な経路選択アルゴリズムの実装や、ハードウェアの性能向上により、スケーラビリティの向上が期待される
自動化ツールや統合管理システムの導入が、運用負荷の軽減につながる可能性がある

まとめ

BGP4は、インターネット上の自律システム間で経路情報を交換するプロトコルです。

記事では、BGP4の基本、ピア接続やフルルートの役割、経路情報の交換プロセス、選択基準、運用方法、セキュリティ対策など多角的な側面を解説しました。

さらに、フルルート管理の負荷やスケーラビリティの課題、今後の技術動向にも触れ、改善の可能性が示されました。