ルータとは？基本情報技術者試験で覚える役割・ルーティングを解説
ルータとは？基本情報技術者試験で覚える役割・ルーティングをわかりやすく解説¶
ルータとスイッチ、どっちが何をするんだっけ。
基本情報技術者試験のネットワーク分野を勉強していると、ルータ、スイッチ、ゲートウェイなど、似たような機器や用語がいくつも出てきます。
名前だけを暗記しようとすると、問題文の表現が少し変わっただけで迷いやすくなります。そこで大切なのが、ルータは何を見て、何を決める機器なのかを理解しておくことです。
ルータの役割を一言でいうと、異なるネットワーク同士をつなぎ、宛先IPアドレスを見てパケットの転送先を決めることです。
私はエンジニアとして10年以上、Webシステムの開発や運用に携わってきました。サーバに接続できない、特定のネットワークだけ通信できない、といったトラブルでは、ルーティングやデフォルトゲートウェイの設定を確認する場面がよくあります。
この記事では、基本情報技術者試験で押さえておきたいルータの役割から、ルーティングテーブル、ロンゲストマッチ、デフォルトルート、NAT、動的ルーティングまで順番に解説します。
最後には、実際の試験を意識した簡単な確認問題も用意しています。
ルータとは？異なるネットワークをつなぐ機器¶
ルータは、異なるネットワーク同士をつなぐための機器です。
たとえば、自宅のパソコンからWebサイトを見るとき、通信は自宅のネットワークだけで完結するわけではありません。家庭内のネットワークからインターネットへ出て、いくつものネットワークを通りながら目的のサーバまで届きます。
その途中で、次にどこへパケットを送るかを判断しているのがルータです。
イメージとしては、荷物の仕分けに近いです。
ルータは受け取ったパケットの宛先IPアドレスを確認し、自分が持っている経路情報をもとに、次に転送する相手を決めます。
ここで重要なのは、ルータが必ずしも目的地までの経路を最初から最後まで知っているわけではないことです。
多くの場合、ルータが判断するのは「次にどこへ渡すか」です。ルータから別のルータへパケットが転送され、その判断が繰り返されることで、最終的な宛先まで通信が届きます。
ルータはOSI基本参照モデルの第3層で動く¶
基本情報技術者試験では、ネットワーク機器とOSI基本参照モデルの対応がよく問われます。
ルータは、第3層のネットワーク層で動く機器です。
ネットワーク層では、IPアドレスを使って通信相手や経路を判断します。そのため、
- L2スイッチはMACアドレスを見る
- ルータはIPアドレスを見る
という違いを押さえておくと整理しやすくなります。
スイッチとルータの違い¶
L2スイッチは、主に同じネットワークの中で端末同士をつなぎます。
たとえば、同じLANに接続されたパソコンAからパソコンBへ通信するとき、L2スイッチはMACアドレスを見て、どのポートへフレームを送るかを判断します。
一方、ルータは異なるネットワークへ通信するときに使われます。
たとえば、
- 192.168.1.0/24 のネットワーク
- 192.168.2.0/24 のネットワーク
のように、別のネットワーク同士をつなぐときはルータが必要です。
試験では、次のように整理して覚えておくと分かりやすいです。
- リピータやハブ：第1層。電気信号を扱う
- L2スイッチ：第2層。MACアドレスを見て転送する
- ルータ：第3層。IPアドレスを見て経路を選ぶ
- L3スイッチ：第3層のルーティング機能を持つスイッチ
機器名だけではなく、何を見て転送先を判断しているかまで覚えておくのがポイントです。
ルータはブロードキャストドメインを分ける¶
ルータの性質として、ブロードキャストの扱いも覚えておきましょう。
ブロードキャストとは、同じネットワーク内の複数の端末へ一斉に送る通信です。
ルータは、通常、受け取ったブロードキャストをそのまま別のネットワークへ転送しません。
そのため、ルータを境目としてブロードキャストが届く範囲が分かれます。この範囲をブロードキャストドメインと呼びます。
L2スイッチだけで構成されたネットワークではブロードキャストが広がりますが、ルータを挟むとその先までは届きません。
試験では、
ルータはブロードキャストドメインを分割する
という形で覚えておくとよいでしょう。
ルーティングとは？パケットの行き先を決める仕組み¶
ルータが宛先に応じて転送先を選ぶことを、ルーティングと呼びます。
ルータの中には、どのネットワークへ送るにはどこへ転送すればよいか、という情報が登録されています。
その情報をまとめたものがルーティングテーブルです。
たとえば、次のような経路情報が登録されているとします。
- 192.168.1.0/24 → ルータBへ送る
- 192.168.0.0/16 → ルータCへ送る
- 10.0.0.0/8 → ルータDへ送る
- 0.0.0.0/0 → ルータAへ送る
宛先IPアドレスが 192.168.1.20 の場合、どの経路を使うべきでしょうか。
192.168.1.0/24 にも一致しますし、192.168.0.0/16 にも一致します。
このように複数の経路に一致したときに使われるのが、ロンゲストマッチです。
ロンゲストマッチとは？¶
ロンゲストマッチとは、複数の経路に一致した場合、ネットワーク部がより長く一致する経路を優先する考え方です。
先ほどの例では、
- 192.168.1.0/24
- 192.168.0.0/16
の2つが 192.168.1.20 に一致します。
この場合、/24 の方が /16 よりもネットワーク部が長く、より具体的な経路です。
そのため、192.168.1.0/24 の経路が選ばれます。
郵便物で考えると分かりやすいかもしれません。
「愛知県宛て」と「愛知県名古屋市宛て」の2つの仕分け先があれば、名古屋市まで指定されている方を選ぶのと似ています。
基本情報技術者試験では、ルーティングテーブルと宛先IPアドレスが与えられ、どの経路が選ばれるかを判断する問題が出ることがあります。
そのときは、最初に一致した経路を選ぶのではなく、最も長く一致する経路を選ぶことを忘れないようにしましょう。
デフォルトルートとは？¶
ルーティングテーブルには、どの経路にも一致しなかった場合の転送先を設定できます。
それがデフォルトルートです。
IPv4では、一般的に次のように表します。
0.0.0.0/0
/0 はネットワーク部が0ビットなので、すべてのIPv4アドレスに一致します。
ただし、ロンゲストマッチでは、より長く一致する経路が優先されます。
そのため、デフォルトルートは「ほかに使える経路がなかったときの最後の行き先」と考えると分かりやすいです。
デフォルトゲートウェイとの違い¶
デフォルトルートと似た言葉に、デフォルトゲートウェイがあります。
パソコンやサーバなどの端末は、自分と異なるネットワークへ通信するとき、まずルータへパケットを渡します。
そのときに使うルータのIPアドレスがデフォルトゲートウェイです。
たとえば、パソコンが 192.168.1.10、家庭用ルータが 192.168.1.1 なら、パソコンのデフォルトゲートウェイとして 192.168.1.1 を設定する、といった形です。
デフォルトゲートウェイの設定が間違っていると、同じネットワーク内の端末とは通信できても、インターネットなど別のネットワークへ出られないことがあります。
実務でもよく確認する項目なので、試験用語としてだけでなく、通信の仕組みとして理解しておくと役立ちます。
静的ルーティングと動的ルーティング¶
ルーティングテーブルに経路を登録する方法は、大きく2つあります。
静的ルーティング¶
静的ルーティングは、管理者が経路を手動で設定する方法です。
構成が単純で、経路があまり変わらない小規模なネットワークで使いやすい方法です。
一方で、ネットワーク構成が変わった場合には、管理者が設定を変更する必要があります。
動的ルーティング¶
動的ルーティングは、ルータ同士が経路情報を交換しながら、自動的に経路を学習する方法です。
ネットワークが大きく、経路変更が発生する環境では、すべてを手作業で管理するのは大変です。
そこで、ルーティングプロトコルを使って経路情報を交換します。
基本情報技術者試験で押さえておきたい代表例は、RIPとOSPFです。
- RIP：主にホップ数を基準に経路を選ぶ
- OSPF：コストを基準に経路を選ぶ
ホップ数とは、目的地までに経由するルータの数です。
RIPとOSPFは名前だけを覚えるのではなく、何を基準に経路を選ぶのかまでセットで覚えておきましょう。
NATとNAPTもルータと一緒に覚える¶
ルータと一緒に出てきやすい仕組みとして、NATとNAPTがあります。
NATは、IPアドレスを変換する仕組みです。
たとえば、社内LANや家庭内LANで使うプライベートIPアドレスを、インターネット側で使うグローバルIPアドレスへ変換します。
NAPTは、IPアドレスだけでなくポート番号も使って変換します。
これにより、複数の端末が1つのグローバルIPアドレスを共有してインターネットへ接続できます。
家庭用ルータで、スマートフォンやパソコンなど複数の端末が同時にインターネットへ接続できるのも、このような仕組みが使われているためです。
なお、NATやNAPTはIPアドレスやポート番号を変換する仕組みであり、それ自体をファイアウォールと同じセキュリティ機能として考えないようにしましょう。
基本情報技術者試験ではルータをどう覚える？¶
ルータについて、細かな設定コマンドまで覚える必要はありません。
まずは次のポイントを説明できるようにしておくと、問題に対応しやすくなります。
- ルータは異なるネットワーク同士をつなぐ
- OSI基本参照モデルでは第3層で動く
- IPアドレスを見て転送先を判断する
- ルーティングテーブルを使って経路を選ぶ
- 複数の経路に一致したらロンゲストマッチを使う
- どの経路にも当てはまらなければデフォルトルートを使う
- ルータはブロードキャストドメインを分割する
- 静的ルーティングと動的ルーティングがある
- RIPはホップ数、OSPFはコストを基準に経路を選ぶ
- NATやNAPTはIPアドレスの変換に使われる
ネットワーク分野全体に苦手意識がある場合は、こちらの記事もあわせて読んでみてください。
【関連記事】基本情報のネットワークが難しい人へ｜つまずく場所と問題の解き方
確認問題：どの経路が選ばれる？¶
最後に、簡単な問題で確認してみましょう。
あるルータに、次の経路が登録されています。
- 192.168.1.0/24 → ルータB
- 192.168.0.0/16 → ルータC
- 10.0.0.0/8 → ルータD
- 0.0.0.0/0 → ルータA
このルータに、宛先IPアドレスが 192.168.1.50 のパケットが届きました。
どのルータへ転送されるでしょうか。
答え¶
ルータBです。
192.168.1.50 は、
192.168.1.0/24192.168.0.0/160.0.0.0/0
の3つに一致します。
その中で最もネットワーク部が長いのは /24 です。
そのため、ロンゲストマッチによって 192.168.1.0/24 の経路が選ばれ、ルータBへ転送されます。
では、宛先が 172.16.0.10 ならどうでしょうか。
この場合、上の3つの具体的なネットワークには一致しません。
そのため、最後の 0.0.0.0/0 が使われ、ルータAへ転送されます。
このように、ルーティングテーブルの問題では、まず宛先IPアドレスがどの経路に一致するかを確認し、その中から最も長く一致する経路を選ぶのが基本です。
ルータの知識は科目Bのセキュリティにもつながる¶
ルータそのものは、主に科目Aのネットワーク分野で押さえておきたい内容です。
ただし、ネットワークの知識は科目Bの情報セキュリティ問題を読むときにも役立ちます。
ネットワーク構成図にルータやファイアウォール、サーバ、クライアントが描かれている問題では、どの機器がどこにつながっているのかを理解できないと、通信の流れを追うのが難しくなります。
ルータが「ネットワークとネットワークの境目にある機器」だと分かっていれば、構成図も読みやすくなります。
ネットワーク分野の知識が実務でどうつながるかは、こちらの記事でも解説しています。
【関連記事】基本情報のネットワーク分野は実務でどう役立つ？IPアドレス・DNS・ルーティングのつながり
科目Bの情報セキュリティ対策については、こちらの記事も参考にしてください。
【関連記事】基本情報 科目Bの情報セキュリティ対策｜擬似言語との勉強時間の配分を解説
まとめ¶
ルータは、異なるネットワーク同士をつなぎ、宛先IPアドレスを見てパケットの転送先を決める機器です。
基本情報技術者試験では、単に「ルータは第3層」と暗記するだけではなく、スイッチとの違いや、ルーティングテーブルを使った経路選択まで理解しておくと問題に対応しやすくなります。
特に重要なのが、ロンゲストマッチです。
複数の経路に一致した場合は、よりネットワーク部が長く一致する経路を選びます。どの具体的な経路にも一致しない場合は、デフォルトルートが使われます。
ルータについて勉強するときは、
IPアドレスを見る → ルーティングテーブルを確認する → 最も具体的な経路を選ぶ
という流れで理解しておくと整理しやすくなります。
また、ルータやIPアドレス、ネットワーク構成の知識は、科目Bの情報セキュリティ問題を読むときにも役立ちます。
通信の流れやセキュリティの考え方をあわせて学びたい方は、Giji Academyのセキュリティ講座も活用してみてください。
