ネットワーク基礎
ネットワークの構成モデル
3階層キャンパス設計モデル（Three-Tier Campus Design）
特徴
・拠点の追加が容易
・以下の3つの層で構成される大規模な環境向けのネットワーク設計
コア層（ディストリビューション層に接続性を提供する層）
・ディストリビューション層のスイッチを集約する
・大量のパケットを処理する必要がある
・コア層の機器は冗長化が行われる
ディストリビューション層（アクセス層とコア層を接続する層）
・アクセス層のスイッチを集約する
・エンドユーザは直接接続しない
・VLAN間ルーティングを行う
・セキュリティポリシー（方針）に基づいたフィルタリングを行う
・パーシャルメッシュ型のトポロジを構成する
アクセス層（エンドユーザを接続する層）
・基本的にアクセス層同士は接続しない
・エンドユーザを接続するので多くのポート数が必要になる
・エンドユーザが接続するデバイスは安価なデバイスで良い
・スター型のトポロジになる
2階層キャンパス設計モデル（Two-Tier Campus Design）
特徴
・コラプストコア（Collapsed Core：つぶれたコア）設計とも呼ばれる
・他の構成モデルに比べてコストを抑えられる
・以下の2つの層で構成される小規模な環境向けのネットワーク設計
ディストリビューション層
・アクセス層のスイッチを収容する
・VLAN間ルーティングを行う
・コア層の役割も果たす
アクセス層
・ユーザを直接収容する
スパイン&リーフ（Spine and Leaf：幹と葉）
特徴
・スパイン層とリーフ層の2階層で構成するモデルで、主にデータセンターで採用されている
・3階層の構成と比べて、機器やケーブルの数を少なくできる
・同じホップ数で全てのサーバに到達可能
スパイン層
・スパイン同士の接続はしない
リーフ層
・リーフ同士の接続はしない
・サーバはリーフ層のスイッチに接続する
・リーフ層の機器はレイヤ3プロトコルに対応している
帯域幅を増強したい場合
・スパイン層にスイッチを追加する
・追加したスイッチとリーフ層の全スイッチを接続する
サーバを増やしたい場合
・リーフ層にスイッチを追加する
・追加したスイッチとスパイン層の全スイッチを接続する
SOHO（Small Office/Home Office）
特徴
・小規模オフイスや自宅兼事務所（在宅ワークなど）のような小規模なネットワーク構成を指す
・外部へのアクセスにはブロードバンド回線が適している
使用される主な機器
・サービス統合型ルータ（スイッチやファイアウォールなどの機能も併せ持つルータ）
・自立型AP（WLC無しでWLANを構築できるアクセスポイント）
サブネット
サブネット
IPアドレスの構成
・IPアドレスは「ネットワーク部」と「ホスト部」で構成される
・ネットワーク部は、所属しているネットワークグループを示す部分
・ホスト部は、そのグループの中のどれかを示す部分
クラスA
・最初の1ビットが「0」
・0.0.0.0~127.255.255.255
・ユニキャスト（大規模ネットワーク）
・第1オクテット（8ビット）までがネットワーク部
・ホスト部から借用できる最大ビット数：22ビット
クラスB
・最初の2ビットが「10」
・128.0.0.0~191.255.255.255
・ユニキャスト（中規模ネットワーク）
・第2オクテット（16ビット）までがネットワーク部
・ホスト部から借用できる最大ビット数：14ビット
クラスC
・最初の3ビットが「110」
・192.0.0.0~223.255.255.255
・ユニキャスト（小規模ネットワーク）
・第3オクテット（24ビット）までがネットワーク部
・ホスト部から借用できる最大ビット数：6ビット
クラスD
・最初の4ビットが「1110」
・224.0.0.0~239.255.255.255
・マルチキャスト
・ネットワーク部とホスト部の区別はない
クラスE
・最初の4ビットが「1111」
・240.0.0.0~255.255.255.255
・予約（将来的に使用）
・ネットワーク部とホスト部の区別はない
サブネット（サブネットワーク）
・ネットワークを分割したもの
・1つのネットワークアドレスで複数のネットワークを作成できる
・サブネット化（ネットワークを分割）するとネットワーク部のビット数が増える
サブネットマスク
・ネットワーク部とホスト部を区別するための数値
・CIDR表記例：/27 → 先頭から27ビットが「1」
・2進数表記では、左から1が並ぶ
・10進数表記では、8ビットごとにドットで区切って10進数に変換して表す
サブネット計算
・サブネットマスク
ネットワーク部とホスト部を区別するための数値
「/24」のようなCIDR表記から2進数と10進数のアドレス変換
・ネットワークアドレス
ネットワーク自体を示すアドレス
ホスト部を全て「0」にして10進数に変換
・ブロードキャストアドレス
特定のネットワークに属する全ホストにパケットを送るためのアドレス
ホスト部を全て「1」にして10進数に変換
・ホストアドレスの範囲
ホストに割り当て可能なアドレス
ネットワークアドレスの1つ後〜ブロードキャストアドレスの1つ前
・ホストアドレス数
ホストに割り当て可能なアドレスの数
2のn乗-2（nはホスト部のビット数）
・サブネット数
ホスト部からビットを借用して作られたネットワークの数
2のn乗（nはホスト部から借用したビット数）
IPv4
IPv4
IPv4とIPv6
IPアドレスには「IPv4アドレス」と、その後継になる「IPv6アドレス」がある
IPv4の特徴
表記：10進数
区切り：8bitごとにドット（.）を使って区切る
IPアドレス：32bit
IPパケットヘッダ：可変長（20バイト〜）
インターフェースへのIPアドレス割り当て数：1つ
アドレス自動設定：DHCPが必要
主な通信の種類：ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト
IPsec：オプション
＊IPv4アドレスは基本的に「IPアドレス」と呼ばれる
IPアドレス枯渇問題
・IPv4のグローバルIPアドレスの数が足りなくなる問題のこと
・対策の一つとしてRFC 1918によるIPv4のプライベートIPアドレスの範囲規定が行われた
・根本的な対策としてIPv6が開発された
グローバルアドレス
グローバルアドレス
・全世界で重複のないIPアドレスで、インターネットで使用できるIPアドレス
・ISP（Internet Service Provider）と契約することでISPから割り当てられる
・自由に割り当てることができない
グローバルアドレスとプライベートアドレス
IPアドレスは「グローバルアドレス（パブリックアドレスとも呼ばれる）」と「プライベートアドレス」に分類できる
プライベートアドレス
プライベートアドレス
・企業や家庭内など、LANの中でのみ使用を許されたアドレス
・異なるネットワークで同じアドレスを使用することができる
・アドレスの枯渇問題を解決するためのものである
・トラッキングやターゲティングなどのデジタルマーケティングに利用できない
・インターネットで使用できないアドレス
・RFC 1918でアドレス範囲を規定している
・範囲内であれば、自社のネットワーク管理者が自由にアドレスを割り当てることができる
・以下の範囲内で自由に割り当てることができる
クラスA 10.0.0.0~10.255.255.255
クラスB 172.16.0.0~172.31.255.255
クラスC 192.168.0.0~192.168.255.255
CIDR
CIDR
・クラスの境界に関係なく経路集約をするための技術
・効率的に経路集約ができるようになるのでルータの負荷を軽減できる
IPv6
IPv6
IPv6の特徴
表記：16進数
区切り：16bitごとにコロン（：）を使って区切る
IPアドレス：128bit
IPパケットヘッダ：固定長（40バイト〜）
インターフェースへのIPアドレス割り当て数：複数
アドレス自動設定：DHCPが不要
主な通信の種類：ユニキャスト、マルチキャスト
IPsec：必須
IPv6の表記方法
・各フィールドの先頭から続くゼロを省略できる
・ゼロだけで構成されたフィールドが連続している場合、1ヵ所に限り(::)に省略できる
IPv4ヘッダとIPv6ヘッダの比較
・IPv6ヘッダではチェックサムフィールドが無くなっている
・IPv6ヘッダの方がフィールドが少なくなり、処理が簡単になっている
・IPv6ヘッダの方がサイズが大きくなっている
ステートレスアドレス自動設定（StateLess Address Auto Configuration：SLAAC）
・ローカルリンク上のルータが64ビットプレフィックス（ネットワークアドレス）を含めたネットワーク情報を、RA（Router Advertisement）メッセージとしてそのローカルリンク上に送信する
・RAメッセージを受信したホストは、受信した64ビットプレフィックスに、MACアドレスを基に生成したインターフェースIDを組み合わせてIPv6アドレスとして使用する
・インターフェースコンフィグレーションモードで設定を行う
EUI-64
・リンクローカルユニキャストアドレスのインターフェースIDを自動的に生成する際に利用される
・MACアドレス（48ビット）に「fffe」という16ビットをプラスし64ビットにするフォーマット
・MACアドレスを上位24ビットと下位24ビットに分割し、間に16ビットを追加して先頭から7ビット目を反転（2進数）させる
デュアルスタック
・ルータやネットワークが、IPv4とIPv6の両方を使える状態
・IPv4とIPv6の両方が混在する環境でも通信が可能になる
トランスレータ
・IPv6ネットワークとIPv4ネットワークの間でそれぞれの通信を取り持ち、変換する機能
・トランスレータをIPv6ネットワークとIPv4ネットワークの間に配置することで、それぞれのネットワークの機器がIPv6やIPv4を意識せずに通信できるようになる
トンネリング（オーバーレイ・トンネリングとも呼ばれる）
・IPv4ネットワーク上でIPv6パケットをルーティングするための方式
・IPv6ネットワークの間にIPv4ネットワークがある場合に使用する
IPv6アドレスの種類
ユニキャストとマルチキャスト
IPv6アドレスは大きく分けて「ユニキャスト」と「マルチキャスト」の2種類に分類される
ユニキャスト
集約可能グローバルアドレス 2000::/3
・世界中で一意となるアドレス
・IANAによって管理、割当される
・割当範囲が「2000::/3」なので、2進数では先頭3ビットが「001」で始まる
・16進数では「2」または「3」から始まるアドレスが該当する
・前半64ビットはIPv4のネットワークアドレスに該当する
・一般的に64ビットのインターフェースIDを使用する
・グローバルプレフィックス、サブネット、インターフェースIDの3フィールドで構成される
リンクローカルアドレス fe80::/10
・ホスト間で一意となるアドレス
・同一ホストの複数インターフェイスで重複する場合もある
・ルーティングの宛先にはなれない
・割当範囲が「fe80::/10」なので、2進数では先頭10ビットが「1111111010」で始まる
・16進数では「fe80」から始まるアドレスが該当する
・IPv6を扱うインターフェース全てに設定される
・リンクローカルアドレスを手動で設定しない場合、自動生成されたリンクローカルアドレスが設定される
ユニークローカルアドレス fc00::/7 fc00::/8 fd00::/8
・組織内で自由に使えるアドレス（IPv4のプライベートアドレスに相当する）
・割当範囲が「fc00::/7」なので、2進数では先頭7ビットが「1111110」で始まる
・16進数では「fc」または「fd」から始まるアドレスが該当する
・先頭が「fd」、続く40ビットのグローバルIDをランダムに生成して割り当て、サブネットとして16ビットを割り当ててサブネットIDが決まる
・サブネットIDの次のフィールドのインターフェースIDが64ビット
エニーキャストアドレス
・「1対多数中の1」の通信で使用するアドレス
・グループ中の最も近いインターフェースが受信する
・グループ内の複数のデバイスで同じアドレスを使用する
マルチキャストアドレス ff00::/8
・マルチキャスト（グループ宛送信）の宛先となるアドレス
・割当範囲が「ff00::/8」なので、2進数では先頭8ビットが「11111111」で始まる
・16進数では「ff」から始まるアドレスが該当する
ループバックアドレス
自分自身を表す特殊なアドレス ::1/128
マルチキャストスコープ
マルチキャストスコープ（マルチキャストを送信する範囲）
ff01 インターフェースローカル 同一のノード内
ff02 リンクローカル 同一のリンク内
ff05 サイトローカル 同一のサイト内
ff08 組織ローカル 同一の組織内
ff0e グローバル 範囲制限なし（インターネット全体に届く）
マルチキャストアドレス
ff02::1 リンク上の全ノード
ff02::2 リンク上の全ルータ
ff02::5 リンク上の全OSPFルータ
ff02::6 リンク上のOSPF DR
ff02::9 リンク上の全RIPルータ
ff02::a リンク上の全EIGRPルータ
IPv6関連のコマンド
(config)#ipv6 unicast-routing
IPv6ルーティングを有効にする
(config-if)#ipv6 address 2001:0:0:1::1/64
インターフェースに手動でIPv6アドレスを割り当て
(config-if)#ipv6 address 2001:0:0:1::/64 eui-64
IPv6グローバルユニキャストアドレスを設定
・サブネットIDの部分を手動で設定
・インターフェースIDの部分をMACアドレスを基に自動で生成
(config-if)#ipv6 address autoconfig
IPv6グローバルユニキャストアドレスを自動的に設定
・サブネットIDの部分はルータから伝えられたセグメントのプレフィックスを使用
・インターフェースIDの部分をMACアドレスを基に自動で生成
Router#show ipv6 route
IPv6のルーティングテーブルを表示
#show ipv6 interface
インターフェースに設定しているIPv6アドレスを確認できる
ICMPv6（Internet Control Message Protocol for IPv6）
ICMPv6
・IPv6用のICMP
・IPv4で使われていたICMPのエラー通知などの機能に加えて、ARPに相当するアドレス解決の機能もあわせ持つようになる
エラー通知：パケットが破棄された理由を送信元に通知する機能
近隣探索：同一セグメント上のデバイスのアドレスを調べる機能（NDやNDPとも呼ばれる）
NDP（Neighbor Discovery Protocol：近隣探索プロトコル）
・ICMPv6パケットを使用する
・同一セグメント上の機器を探索する
