VLAN間ルーティングについて

概要

VLANとVLANをつなぐVLAN間ルーティングについて記載します。

構成図

左がポートベースVLANの場合
右がタグVLANを使用した場合
- 右のような構成（トポロジー）をルータ　オン・ア・スティック呼びます。

使われているものについて

ルーターとは
- ルーターは基本的な機能として、ルーティング（経路の決定）を行います。ルーティングはOSI参照モデルのレイヤー３にあたる機能です。基本的に直接接続されたインターフェースについては自動でパケットの配送を行います。
- 古くはマルチプロトコルルーターと呼ばれ、様々なプロトコルをつなぐ役割がありました。現在でも様々な方式の接続を収容します。
VLANとは
- スイッチングハブにて、LANを仮想的に分割するレイヤー2にあたる機能です。（ブロードキャストドメインを分割するとも言われる）IEEE802.1QやCiscoの独自規格であるISLがあります。
- 主にタグをつけてポートから送出するタグVLANとポートが特定のVLANになるポートベースVLANがあります。
これら2つの機能を取り入れたものがL3スイッチです。
- L3スイッチはルーティングとスイッチングに特化していますが、ルーターとは違い様々なプロトコルには対応していません。
- よく言われるルーターとの違いは他にもあり、ルーターはソフトウェアでルーティングをしているが、L3スイッチはハードウェア（ASIC）でルーティングを行うと言われます。

設定の概要

ルーターの設定

ルーターは1つのポートにサブインターフェースを持たせてVLAN10とVLAN20に分けます。
- サブインターフェースとは、メインインターフェースの中で複数のインターフェースを設定する方法です。主にサブインターフェースはVLANの設定を行うために設定します。
VLAN10に192.168.10.0/24、VLAN20に192.168.20.0/24のネットワークを設定します。

スイッチの設定

スイッチの1番ポートをVLAN10と20のトランクポートに設定し、2,3を10、4,5を20にします。

PC

1番ポートにルーター、2番ポートにPC A（192.168.10.2）、5番ポートにPC B（192.168.20.2）を接続します。それぞれ192.168.10.1、192.168.20.1をデフォルトゲートウェイとして設定をします。

VLAN間ルーティングをする

ルーターのルーティングテーブル

ルーティングについて
- ルーティングの優先度が存在しています。以下の順序で評価されます。
  1. ロンゲストマッチ
    - サブネットマスク長が長いものを優先的に使用します。
    - 例えば、192.168.1.0/24へのルートと192.168.1.10/32へのルートの2つが設定されている場合、後者の/32のルートが優先的に処理されます。
  2. AD値（あどみにすとれーてぃぶでぃすたんす値）
    - プロトコルによって決められている優先度）
    - よくテキストに現れる主なAD値は以下の通りです。
      種類 AD値
      直接接続 0
      スタティックルート 1
      EIGRP 5
      eBGP 20
      EIGRP 90
      OSPF 110
      IS-IS 115
      RIP 120
      不明 255
  3. メトリック
    - コストとか距離とか言われるやつ。ルーティングプロトコルによって違う
  - 優先度の数値は低い順に優先されます。

種類	AD値
直接接続	0
スタティックルート	1
EIGRP	5
eBGP	20
EIGRP	90
OSPF	110
IS-IS	115
RIP	120
不明	255

今回のルーティングテーブル

router(config)# show ip route
IP Routing Table - 2 entries, 1 hidden, 2045 frees
Entries: 2 Connected, 0 Static, 0 RIP, 0 OSPF, 0 BGP
Codes: C - Connected, S - Static, R - RIP, O - OSPF, IA - OSPF inter area
      N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2
      E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, B - BGP
      * - Candidate default, s - Summary
Timers: Age
C    192.168.10.0/24 [0/0] is directly connected, GigaEthernet1.1, 0:54:35
C    192.168.20.0/24 [0/0] is directly connected, GigaEthernet1.2, 0:54:35
router(config)#

L3レベルでは、192.168.10.0/24と192.168.20.0/24が直接接続されているので優先的にルーティングされると予想できます。
ルーターレベルで192.168.10.1（GigaEthernet1.1）と192.168.20.1（GigaEthernet1.2）が設定されており、直接接続されている（インターフェースがアップしている・有効になっている）ので、このインターフェースに来たパケットはルーティング処理されて転送されると予想できます。

スイッチについて

ルーター側ではサブインターフェースを使用してVLANが設定され、1番ポートがトランクポートとして機能しており、対向にスイッチの1番ポートが接続されています。（ルーター1番ポートからスイッチ1番ポートへのリンクが存在）
スイッチの1番ポートはVLAN10とVLAN20のトランクポートになっています。
2番ポートにPC Aが接続されており、通信を待ち受ける/送出ができる状態になっています。
5番ポートにPC Bが接続されており、通信を待ち受ける/送出ができる状態になっています。
スイッチではルーティング機能は無効になっているため、L2レベルではフレームの転送を行っても、L3レベルのパケットの転送は行いません。

この状況でPC BからAに対してPingを打つ

Bの192.168.20.2より192.168.10.2に対してPingを行います。
Bのルーティングテーブルでは、デフォルトゲートウェイが192.168.20.1となっており、ほかのルーティング情報はないため、192.168.20.1に対して192.168.10.2宛のICMPパケットを送ります。
- Bのイーサネットポートからフレームが送出され、接続されているスイッチの5番ポートに向けて転送されます。スイッチでは5番ポートで受け取ったらスイッチ内のMACアドレステーブルを参照し、ルーターのMACアドレスがある1番ポートからタグをつけた上で送出されます。
- この時、ARPテーブル（IPアドレスとMACアドレスの対応表）が空の場合は、192.168.20.1があるルーターのMACアドレスを知るためにまずはARPをして問い合わせを行います。
ルーターでは、GigaEthernet0/0.2でフレームを受け取ってタグを外し、ICMPデータを192.168.20.1から直接接続されている192.168.10.1に転送します。
192.168.10.1より送出するためにデータを受け取ったGigaethernet0/0.1はタグをつけつつフレームを送出します。このときの宛先MACアドレスはPC Aです。
Aに向けて送出されたフレームはスイッチの1番ポートに入り、タグを外しつつMACアドレステーブルを参照した上で、AのMACアドレスがある2番ポートから送出されます。
スイッチの2番ポートを出たフレームはAのイーサネットインターフェースに入ります。
晴れてBから送出されたICMPのデータはAに到着しました。（この後同様に折り返しがあり、Bに到着しPingの応答結果として現れます。）

まとめ

VLANを構成している以上L2装置であるスイッチングハブではVLAN間の通信はできない。
VLAN間ルーティングとは、VLANとVLANの間でパケットの交換を行うこと
LAN間もVLAN間も直接接続をされている以上同様の動きをする。
基本的に扱いは変わらないので不必要に怯える必要は無いはず。

詳しく書こうとしたところ読んでいてわからなくなったため、だいぶ端折った内容になりましたが、もし間違っている部分があればご指摘ください。マサカリお待ちしております…。