ネットワークのしくみ 6：ルーターと道しるべの表

ルーター：複数のネットワークの境目に立つ機械

まず、ルーターとは何かを整理します。

ルーターは、複数のネットワークの境目に立つ機械です。口（インターフェース）を2つ以上持ち、それぞれの口が別のネットワークにつながっています。

図のルーター1は、左の口がネットワーク A（192.168.1.0/24）に、右の口がルーター2との間の中継のネットワーク（10.0.0.0/30）につながっています。そして、口ごとに別の IP アドレスと MAC アドレスを持っています。左の口は 192.168.1.1、右の口は 10.0.0.1 です。

ルーターの仕事は、ある口から受け取った小包を、適切な別の口から送り出すことです。どの口から、誰に渡すか。それを決めるのが、次のページの表です。

家庭の「Wi-Fi ルーター」も、中身はこれと同じです。家の中のネットワークにつながる口と、プロバイダにつながる口を持っていて、その境目に立っています。

ルーター1の道しるべの表（ルーティングテーブル）

ルーター1の中には、図の下のような表があります。これがルーティングテーブルです。

1行の意味は、「宛先がこのまとまりに入るなら、次はここへ渡せ」です。

「直接」と書いてある行は、ルーター1自身の口がつながっているネットワークです。宛先がそこにいれば、ほかのルーターに頼まず、相手本人に直接渡します（ARP で相手の MAC を聞いて）。

それ以外の行には、「次に渡すルーターの IP アドレス」が書いてあります。これをネクストホップと呼びます。ルーター1は、ルーター2より先の道を知りません。知っているのは「ルーター2に渡せば近づく」ということだけです。

宛先 203.0.113.10 を表と照らす

小包の宛先 203.0.113.10 を、表の各行と照らします。

照らし方は、4本目で見た「同じネットワークか」の判定と同じです。行の /24 の区切りで宛先を切ると 203.0.113 になり、行の 203.0.113.0/24 のネットワーク部と一致します。つまり、宛先はこのまとまりに入っています。

この行の次の渡し先は 10.0.0.2（ルーター2）です。ルーター1は、右の口から、ルーター2の MAC アドレス宛てに小包を送り出します（5本目）。

これが、1本目で「各ルーターは『次にどこへ渡すか』だけを知っている」と書いたことの、具体的な中身です。

当てはまる行が複数あれば、いちばん細かい行を使う

表の行によっては、1つの宛先が複数の行に当てはまることがあります。図の表では、203.0.113.10 は次の3行すべてに当てはまります。

このとき、ルーターはいちばん細かい行、つまり / の後ろの数字がいちばん大きい行を使います。ここでは /24 の行です。これを最長一致（ロンゲストマッチ）と呼びます。ネットワーク部が長く一致する行ほど優先する、という意味です。

最長一致は、ルーターの表の照らし方の、いちばん大事な決まりです。

細かい情報ほど、正確だから

なぜ細かい行を優先するのでしょうか。細かい情報ほど、その宛先について正確に知っているからです。

道案内でたとえると、「東京方面は北へ」という大まかな知識と、「ただし渋谷だけは西の近道がある」という細かい知識があれば、渋谷へ行くときは細かい知識を使いますよね。

図では、青い大きなまとまり（203.0.112.0/20）の中に、紫の小さなまとまり（203.0.113.0/24）があります。赤い点（203.0.113.10）はどちらにも入りますが、内側の細かい行を使います。

この仕組みがあるおかげで、「大まかにはこっち、でもこの一部だけは別の道」という表を作れます。4本目で見た集約（大きなまとまり1行で済ませる）と組み合わせると、ほとんどの宛先は大まかな行で済ませ、例外だけを細かい行で書く、という効率の良い表になります。

どの行にも当てはまらなければ、デフォルトルートへ

表の最後の行 0.0.0.0/0 は、4本目で PC の表にも出てきたデフォルトルートです。ネットワーク部が0ビットなので、どんな宛先にも必ず当てはまります。

ただし、最長一致の決まりにより、/0 はいちばん「粗い」行です。ほかの行に当てはまればそちらが使われ、ほかのどの行にも当てはまらないときだけ、この行が使われます。

つまり、デフォルトルートは「知らない宛先は、全部ここへ」という意味になります。ルーター1にとっては、「自分の知らない世界のことは、全部ルーター2に任せる」ということです。

家や会社のルーターの表は、ほぼデフォルトルートでできている

実際のインターネットでは、この「知らない宛先は上流へ」が何段も重なっています。

家のルーターは、世界のことを何も知りません。「外は全部プロバイダへ」の1行です。プロバイダは自分のお客さんのことは細かく知っていて、それ以外は上へ任せます。

いちばん上の大きなルーターには、もう「分からなければ上へ」がありません。上がないからです。だから、そこでは世界中のまとまりを全部知っている必要があります。これらのルーターが、7本目で見る BGP で、世界中の経路を交換し合っています。

デフォルトも無く、どの行にも当てはまらなければ捨てる

では、デフォルトルートが無いルーターで、どの行にも当てはまらない宛先が来たらどうなるでしょうか。

ルーターは、その小包を捨てます。渡す先が分からないからです。

そのとき、多くのルーターは、小包の送信元に「その宛先には届けられません」という知らせを返します。この知らせを送る仕組みを ICMP（Internet Control Message Protocol）と呼びます。ネットワークの「業務連絡」のような仕組みで、次のページの TTL や、8本目の ping・traceroute でも使われます。

IP は、2本目で見たとおり「届くかどうかを保証しない」仕組みです。途中で捨てられることは、珍しいことではありません。確実に届けたいときは、上の TCP が再送で補います。

ルーターは TTL を1減らし、0 になったら捨てる

ルーターが小包を送り出すとき、もう1つ必ずやることがあります。IP の札の TTL を1減らすことです（2本目・5本目）。

TTL が 0 になった小包は、そのルーターが捨てます。そして送信元に「寿命が尽きました」という ICMP の知らせを返します。

なぜこんな仕組みがあるのでしょうか。表の間違いで、小包が輪の中を回り続けるのを防ぐためです。

図のように、ルーター X は「あっちは Y」、Y は「あっちは Z」、Z は「あっちは X」と、3台の表がたまたま輪になってしまったとします。各ルーターは自分の表に従って正しく動いているつもりですが、小包は永遠に回り続けます。TTL が無ければ、網は迷子の小包で溢れてしまいます。

TTL があれば、64回回ったところで必ず捨てられます。誰も全体を知らないやり方には、こういう「全体としての間違い」が起こりうるので、安全装置が要るのです。

表の行は、3つの方法で書かれる

では、ルーティングテーブルの行は、どうやって書かれているのでしょうか。3つの方法があります。

小さなネットワークなら、手書きでも十分です。でも、手書きの行には弱点があります。線が切れても、自分では書き換わらないことです。ルーター2が壊れても、ルーター1の表には「ルーター2へ」と書かれたままで、小包を送り続けてしまいます。

大きな網では、線はしょっちゅう切れたりつながったりします。それに追いつくには、ルーター同士が話し合って、自動で書き換えるしかありません。それが次の作品のテーマです。

ルーターは、これを1秒に何百万回もやる

ルーターが1つの小包に対してやることは、いつも同じ5つだけです。

中身（Web ページかメールか）は見ません。送信元がどこかも、基本的には見ません。宛先だけを見て、機械的に次へ渡します。

単純だからこそ、速くできます。インターネットの中心にある大きなルーターは、この照合を専用の回路でやり、1秒間に何億もの小包をさばいています。1本目で見た「各自が次だけ知っている」やり方は、この速さのためにも欠かせません。全体の道を毎回考えていたら、とても間に合いません。

返事の小包も、同じやり方で帰ってくる

サーバーが返事を送るときも、まったく同じことが起きます。返事の小包の宛先は 192.168.1.10（PC-A）です。

サーバーは「外宛てだ」と判断してルーター2に渡し、ルーター2は自分の表で 192.168.1.0/24 の行を見て「次はルーター1（10.0.0.1）」と判断し、ルーター1は「直接（左の口）」と判断して PC-A に渡します。

ここで大事なのは、行きと帰りは、それぞれのルーターが別々に判断しているということです。行きの小包がどの道を通ったかを、帰りのルーターは知りません。だから、大きな網では、行きと帰りで別の道を通ることも普通にあります。これを非対称ルーティングと呼びます。

それでも問題なく届くのは、どちらの向きでも、各ルーターが「近づく方向」へ正しく渡しているからです。