ルーターのソースを表示

{{Otheruseslist|[[コンピュータネットワーク]]構築用の情報通信機器|他の意味|ルーター (曖昧さ回避)}}

'''ルーター'''または'''ルータ'''（{{lang-en-short|router}}）は、[[コンピュータネットワーク]]において、データを2つ以上の異なるネットワーク間に[[中継]]する[[通信]]機器である。[[通信プロトコル]]に[[インターネット・プロトコル・スイート|TCP/IP]]が使われるようになってから普及した。データを[[ネットワーク層]]で、どのルートを通して転送すべきかを判断するルート選択機能を持つ。

[[ファイル:SPOF.png|right|260px]]
[[ファイル:VSP-9000.jpg|thumb|250px|[[アバイア]] 27Tbps ルータ]]

== 概要 ==
ルーターはネットワーク間を相互接続する[[通信]]機器であり、通常は[[OSI参照モデル|OSI基本参照モデル]]での第1層（物理層）から第3層（ネットワーク層）までの接続を担う。一般的に用いられるルーターは、基本機能として各ネットワーク間でのIPパケット（第3層）をやり取りできるようにする装置であるが、実際は基本に加えてさまざまな付加機能を実現している。

ハードウェアとしてのルーターは、おおまかに通信事業者 (ISP) 向けのコアルーターと企業向けのエッジルーター、[[コンシューマー]]向けのブロードバンドルーターに分かれる。それぞれ[[ベンダー]]の設計思想や販売戦略により製品区分が異なるため、呼称は一定ではない。

ルーター内部の[[ソフトウェア]] (OS) については、米[[ジュニパーネットワークス]]社の[[JUNOS]]や米エクストリームネットワークス社の[[ExtremeXOS]]など、主要なOSは[[Unix]]の修正版である。米シスコシステムズ社のみは、独自の[[Cisco IOS]]を展開しているが、[[IOS XR]]ではUNIX系の[[マイクロカーネル]]を採用した。
また、2005年[[OSS]]として[[Debian]]Linuxベースの[[Vyatta]]が開発され、日[[アライドテレシス]]社は同社製AlliedWare PlusにLinuxカーネルを採用するなどLinuxの利用も広まっている<ref>{{PDFlink|[http://unibl.rs/urc/sajt/doc/File/5_L3_SwitchingProductUpdate.pdf Layer3 Switching Overview]}}p.6</ref>。

[[ファイル:TCP・IPの階層構造（ルーター）.PNG|600px|center|TCP/IPの階層構造]]

== 歴史 ==
=== ルーター前史 ===
[[ファイル:ARPANET_first_router.jpg|thumb|ルーターの原型となった[[Interface Message Processor|IMP]]]]
1964年MITの[[ローレンス・ロバーツ|ラリー・ロバーツ]]がARPA（Advanced Research Projects Agency、[[国防高等研究計画局|DARPA]]の前身）のJ.C.リックライダーと出会い、コンピュータ同士の接続に意欲を燃やす。1966年にARPAに異動したラリーは[[ARPANET]]の設計責任者となって、従来の「回線交換」にかわる「パケット交換」を基本とすることに決定。1968年よりARPANETの実計画がスタートし、1970年に最初の4箇所での接続によって稼動開始。ARPANETは米[[BBNテクノロジーズ|BBN]]社 (Bolt Beranek and Newman) の作った[[Interface Message Processor|IMP]] (Interface Message Processor) と呼ばれるパケット[[交換機]]が中心で構成されていた。IMPは単一プロトコルでの動作であったため、まだこの時点ではルーターではない。1972年にARPAに着任した[[ロバート・カーン|ボブ・カーン]]は様々なインターフェースを持つ「ゲートウェイ」と呼ぶ装置を構想していた。カーンはパケットそのものをローカル・ネットワークのパケットに入れて運ぶパケットのカプセル化を考えた。プログラミングに詳しい[[スタンフォード大学]]の[[ヴィントン・サーフ|ビントン・サーフ]]がカーンと協力してゲートウェイとカプセル化のアイデアを詰めていった。1974年に2人は[[IEEE]]の学術誌に現在のTCP/IPの原型となる「[[Transmission Control Protocol|TCP]]」という[[プロトコル]]を発表。1977年に最初のネットワーク相互接続実験が行われ、衛星通信を介したTCPパケットの送信に成功した。ゲートウェイという用語は1980年代後半にルーターと呼ばれるまで使い続けられた<ref name = "日経NETWORK 2005/01">日経NETWORK 2005年1月号「発掘！ルーター開発物語」</ref>。今でもイーサネットではないWAN回線等への接続の場合には、回線インターフェースが明らかに変わるのでゲートウェイと呼ばれることがあるがこれが「外部への出口」という意味で使われたのか、カーンの命名からの由来なのか判然としない。{{要出典|date=2007年12月}}

その後、2人のTCPプロトコルはアプリケーション同士の通信を担当する部分 (TCP) とパケット中継を担当する部分 (IP) へと分割され、1981年には洗練されたプロトコルとして現在の「TCP/IP」が発表された。

=== ルーターの誕生 ===
1976年、米BNN社の手によってARPANETに繋ぐ、IP対応ルーターが世界で初めて製品化された。この「ルーター」は、米DEC社の16ビット・ミニコン「[[PDP-11]]」上で、[[アセンブリ言語]]で書いた20Kバイトのルータープログラムを走らせるものであった。処理速度は100パケット/秒程度であった<ref>[http://www.meti.go.jp/committee/materials/downloadfiles/g80221b03j.pdf 経済産業省資料『ルーター・スイッチの現状』]</ref>。

1982年にはARPANETの内部や米国・欧州を合わせて20以上のルーターと数百のホスト・コンピュータが1つに繋がれた。これが今のインターネットの原型となった<ref name = "日経NETWORK 2005/01"/>。
{{Main|インターネットの歴史}}

==== 商用ルーターの販売 ====
1986年米[[プロテオン]]社より、マルチプロトコルに対応した世界初の商用ルーター「ProNET p4200」が発売された。1990年米[[シスコシステムズ]]社が「Cisco7000」を、1997年にインターフェースカード（ラインカード）に[[分散アーキティクチャ]]を導入した「Cisco12000」を発売し、10Mパケット/秒クラスの性能に至った。

1987年、世界初の商用インターネットプロバイダ (ISP) [[UUNET]]が誕生し、一般固定電話が定額制だった事から、コアルーターをDCE、アナログモデムをDTEとした、ハブスポーク型トポロジによるネットワークが米国において定着する<ref>CATVやADSLが広まった後も、安定したインフラクチャである[[ナローバンド]]としての利用は続いた。[http://www.splatf.com/2011/11/aol-dialup-charts/ 「Amazingly, AOL still has 3.5 million dialup subscribers」]</ref>。

1995年頃、回線の高速化（ISDNやCATVの普及）に伴うトラフィックの増加に伴い、[[X.25]]に代わるWANプロトコルとして、エラー制御処理の簡略化により、高速化した[[フレームリレー]]が導入された。その後、ルーターは様々な種類の物理[[インタフェース]]をサポートするようになった（[[ルーター#ルーターの基本機能|ルーターの基本機能#接続]]を参照）。

また、この頃からLAN回線（[[トークンリング]]、[[イーサネット]]、[[Fiber distributed data interface|FDDI]] (Fiber-Distributed Data Interface)）上で動作するネットワーク層プロトコル ([[AppleTalk]]、IP、[[IPX]]) とWANプロトコルをリンクさせる役割をルーターが担うことになり、同時に、LAN回線に比べて速度で劣るWAN回線を効率よく使用するため、WAN側に設置されたルーターを[[データ端末装置]] (DTE) として扱うことで、過剰なトラフィックをWAN側に流さないようになった。ルーターは、[[ISP]]によるWAN網の[[バックボーン]]となる[[コアルーター]]と、そのDCEもしくはDTEとなる[[エッジルーター]]とに分かれることになる。

==== LANの普及とWANの高速化 ====
1995年、標準ネットワーク機能としてTCP/IPを実装するOS「[[Windows95]]」が発売され、企業における[[PC]]とLAN回線の普及が進むと、企業ネットワークの世界はISPセンターとPCを接続する[[トポロジ]]から、セグメントごとにハブを介して専用線経由で接続するトポロジに変わり、LAN側セグメント間のルーティング機能が重視されるようになった。こうした状況の変化にともない、ネットワーク中継装置としてレイヤ2スイッチが注目されるようになり、やがてレイヤ2スイッチは利便性向上のため、[[Virtual Local Area Network|VLAN]] (Virtual LAN) を実装するに至った。

一方で、コンシューマーにおいては前者の[[ハブスポーク型]]トポロジは継続した。日本では、接続回線にISDNが広まったことから、アナログ[[モデム]]からダイアルアップルーターに移行した。やがて1990年代後半からの[[ブロードバンド回線]]の普及にともない、ブロードバンドルーターが広まることになった<ref>ただし、ブロードバンド普及についての経緯や規模は各国の政策、通信事情により異なる。{{PDFlink|[http://www.kddi-ri.jp/pdf/KDDI-RA-201009-02-PRT.pdf 「米国のブロードバンド事情」]}}</ref>。

==== レイヤ3スイッチの誕生 ====
VLAN技術により、ポートの効率化が可能になると、次はLAN側トラフィックの急増によってセグメント間ネットワーク層のルーティングが[[ボトルネック]]となった。

レイヤ3スイッチは、レイヤ2スイッチとルーターのルーティング機能を1つの筐体に同居させることで、レイヤ2スイッチとルーター間のボトルネックを解消した。ルーティング機能は、汎用CPUを使ったソフトウェア処理から[[ASIC]] (Application Specific Integrated Circuit) とよばれる半導体チップによる処理に変更したことにより、処理の高速化を実現した<ref>レイヤ2スイッチもASIC実装に至る。</ref>。また、コストの面から利用するプロトコルをTCP/IPに特化し、インターフェースをイーサネットに限定したことが、[[広域イーサネット]]や[[Virtual Private Network#IP-VPN|IP-VPN]]といった次世代のWAN側サービスと合致したため、ユーザーの需要が高まることとなった。
{{see also|レイヤ3スイッチ}}
当初、レイヤ3スイッチは高価であったが、2000年代に米[[エクストリームネットワーク]]社が安価で多彩な機能を持ったレイヤ3スイッチである「Summit」シリーズを発売し、センタールータの代替として、企業や官庁を中心にレイヤ3スイッチは普及した<ref>[http://ascii.jp/elem/000/000/449/449756/ LANをギガビットに導いた紫の遺伝子の軌跡]2009年08月13日</ref>。

==== 専用線から仮想線へ ====
2000年頃から、企業ネットワークの主流がこれまでの専用線から、より安価で接続範囲を限定されないインターネットによるVPN (Virtual Private Network) に移行した。通信業者は[[Multi-Protocol Label Switching|MPLS]]と[[VR]]による有料サービス「IP-VPN」を提供したが、企業や個人にも独自にVPN環境を構築する動きが広がり、[[IPsec]]トンネルや[[Point to Point Tunneling Protocol|PPTP]]を経路とするインターネットVPNを実装するエッジルーターやブロードバンドルーターが開発された。

2002年には、データリンク層を[[ギガビット・イーサネット|ギガビットイーサネット]]で繋ぐ、広域イーサネットによるサービスが広まり、そのデバイスとして[[スイッチングハブ|レイヤ2スイッチ]]が再度注目されることとなった。

==== 次世代ネットワークによるオールIP化 ====
2000年代後半より、[[IP電話]]や第3世代 (IMT-2000) 以降の[[携帯電話]]の発展に応じて、コアネットワーク（バックボーン）の[[オールIP]]化を志向した次世代ネットワーク ([[Next Generation Network|NGN]]) が提唱され、通信業者のバックボーンは、これまでの[[電話交換機]]による電話網から[[ルーター]]やスイッチ類などによるIP網に再構築された。また、2010年6月、次世代イーサネット規格として、40Gbps/100Gbpsというふたつの異なる伝送速度に応じた[[IEEE802.3ba]]が承認された。40Gbpsは[[サーバ]]等機器間での接続に、100Gbpsは主にネットワーク間のバックボーンに使われるとの見通しで、各ベンダーの設計もこの規格に基づきおこなわれている。

== ルーターの分類 ==
[[ファイル:Netiron xmr 16000.JPG|thumb|250px|コアルーターの一部。黄色いケーブルは10ギガビットイーサネット用光ファイバー。]]
規模やネットワーク上で使用される位置によってルーターが分類されており、それぞれ名称が変わる。いずれもルーターとしての機能は同じである。以下に規模の大きな物から順に示す。

; コアルーター
: [[基幹ネットワーク]]のバックボーンを構成するルーター。[[インターネットサービスプロバイダ|ISP]]内の地域別ネットワークや複数のISP間のネットワークを相互接続する。局舎や[[データセンター]]などの[[キャビネットラック]]内におかれる。プロバイダールーター (P) とも呼ばれる。
; センタールーター<ref>主にヤマハ製品で使われる呼称。ヤマハはエッジルーターを拠点ルーターと呼ぶ。</ref>
: [[コンピュータネットワーク#Wide_Area_Network_.28WAN.29|WAN]]を介して、企業のネットワークや、ISPと企業のネットワークを相互接続する。ISP・企業間でともに利用されるエッジルーターを、便宜上センタールーターと呼称する。立地条件により、プロバイダーエッジルーター (PE)、カスタマーエッジルーター (CE) とも呼ばれる。高速なパケット処理を必要とする場合、[[レイヤ3スイッチ|L3スイッチ]]もしくはギガビットイーサネット対応L2スイッチに置き換えられることがある。
; エッジルーター
: [[基幹ネットワーク]]の端に設置されるルーター。企業の支店や営業所内のネットワークをWAN回線に繋ぎ、本社のセンター・ルーターにアクセスする。
; ブロードバンドルーター
: [[コンシューマー]]や[[Small Office/Home Office|SOHO]]で、[[ADSL]] (Asymmetric Digital Subscriber Line) や[[FTTH]]などのブロードバンド、[[インターネット]]接続用に使われる。コモディティ化が進みメーカー間による差異はほとんどない。デジタル家電（情報家電）や[[Wi-Fi]]機器の浸透により、アクセスポイントとしての機能も担うようになった。

== ルーターの基本機能 ==
ルーターの基本機能は4つある。

=== 接続（インターフェース） ===
[[ファイル:Adsl_connections.jpg |thumb|250px|ADSLルーターの接続ポート]]
ルーターは、ネットワークセグメントの異なるLAN側のインターフェースや、WAN側のインターフェースなどの中から2つ以上の物理インターフェースを有する。

* 主な物理インターフェースの種類
** WAN側
*** [[ISDN]] [[PRI]]/[[BRI]] 
*** [[シリアル]]
**** WAN網に送出されるデータはデータリンク層プロトコルによりカプセル化される。プロトコルの種類には、[[HDLC]]、[[PPP]]、X.25/LAPB、フレームリレー、ATMなどがある<ref>Infonetics Researchは、「EthernetとIPサービスへの移行が早まっている。2015年までにはATMやフレームリレーは実質的になくなるだろう、一方、専用線はもう少し先まで残る」と予測している。[http://www.lfw-japan.jp/news2012/news_20120727_03.html Ethernet、IP MPLS VPNサービスは2016年に810億ドル]2012年7月27日</ref>。
** LAN側
*** [[イーサネット]] (Ethernet)

それぞれの物理インターフェースは、様々な回線種別に対応しており、タイプとして固定型とモジュラー型に分かれる<ref>モジュラー型は[[インターフェースカード]]を[[スロット]]に差し込むことでユニット交換が可能であり、拡張性に優れている。</ref>。タイプを選択することにより、ユーザーのサービスにあわせた柔軟な対応ができる。[[Asynchronous Transfer Mode|ATM]]を使った[[セルリレー]]や、[[フレームリレー]]などデータリンク層への接続には、WAN側の[[インタフェースカード]]の交換、[[シリアルケーブル]]でデバイス ([[データ端末装置|DTE]]) と接続、インターフェースの設定<ref>フレームリレーの場合、ルーターをFRAD（Frame Relay Access Device）に設定し、接続先をデータ回線終端装置 ([[データ回線終端装置|DCE]]) とする</ref>を行うことによって接続が可能となる。

=== 経路選択と転送 ===
ルーターは、受信パケットの宛先情報から経路選択をおこなう。これを[[ルーティング]] (Routing) という。ルーティングを実施する際に[[ルーティングテーブル]]の情報が参照される。その情報を元にパケットの転送をおこなう。これを[[フォワーディング]] (Forwarding) という。

[[IPv4]]パケットの場合の流れを説明すると、
# ルーターが、IPパケットを受信すると、その中のIPパケット・ヘッダーから宛先アドレス (Destination Address) を読み取る。
# ルーティング・テーブルと宛先アドレスを照合し、合致するものがあれば、[[ネクストホップ]] (Nexthop) のIPアドレスから、ネクストホップに到達するためのレイヤ2アドレスを調べる。
# ARPテーブルを参照し、なければARPパケットを送信して、宛先MACアドレスを取得し、ARPリクエストにレスポンスがあれば、ARPテーブルを更新し、パケットを転送する。なければ、送信元アドレス (Source Address) にパケット到着不可である事を示すメッセージ (ICMP「Host Unreachable」) を送信元に返す。
# パケットのヘッダをネクストホップに書き換える。
# パケットを転送先のインターフェース (Interface) に送信する。
# ルーターにデフォルトルートの設定がなく、ルーティングテーブルにマッチしなければ、未知の宛先とみなされ、パケットは破棄されて、送信元アドレス (Source Address) にパケット到着不可である事を示すメッセージ ([[Internet Control Message Protocol|ICMP]]「Net Unreachable」) を送信する。
となる<ref>ルーターがIPパケットをルーティングする際、IPパケット・ヘッダーの[[Time to live|TTL]]（Time To Live、IPパケットの寿命を表す数値）を1減らす。また、NAT/NAPTなどのアドレス変換時も、IPパケット・ヘッダーを書き換える。また、転送先のルートに合わせて、IPパケットを分割する場合もある。</ref>。

この時に用いられるルーティングテーブルには、ネクストホップ情報、宛先アドレス情報、そのルーターに接続するためのインターフェース情報など、転送に用いる経路情報が記録される。ルーターの性能は、このルーティングテーブルやARPテーブルの参照処理能力と、スループット値などにより決まる。
なお、レイヤ3スイッチの場合は、最初のパケットをコントロールプレーン (Control Plane) のCPUで処理し、ルーティングテーブルとARPテーブルで算出した情報をASICのレイヤ3テーブルに追加する。2回目以降のパケットをデータプレーン (Data Plane) のASICで処理する。

=== 選別 ===
ルーターは、WAN側から受け取ったIPパケットに応じて、フィルタによって転送せずに破棄したり、[[Quality of Service|QoS]] (Quality of Service) によって優遇してLAN側に転送するなど、パケットの選別機能を持つ。

; フィルタリング機能
: IPヘッダー、TCP/UDPヘッダー、パケット内の有意なデータ（URLなど）を設定して、条件に該当するIPパケットを破棄する。特定のパケット通信を排除できる<ref>[http://www.allied-telesis.co.jp/library/nw_guide/device/router.html ネットワーク機器講座ルータ編]</ref><ref>cisco社ではアクセスリストまたは[[アクセス制御リスト]] (Access Control List) として実装する。</ref>。
; QoS機能
: QoSは、LAN側の帯域が大きく、WAN側の帯域が小さいという構成において、ルーター内部の[[キュー]]に[[パケット]]が溜まる状態で、どのパケットを優先して出力するかの方法を選択し、制御する機能である。下記にその方法を示す<ref>[http://jp.yamaha.com/products/network/solution/advanced/qos/point/ QoS機能の特性と設定のポイント]</ref>。
:; 優先制御 : 優先すべきIPパケットとそれ以外を、IPアドレス、ポート番号等により区別して、優先度を割り当てる。この方法を[[プライオリティ・キューイング]]（Priority Queuing）と呼ぶ<ref>[http://www.rtpro.yamaha.co.jp/RT/docs/qos/priority.html 優先制御（2012年11月7日）]</ref>。
:; 帯域制御 : 一定時間ごとにインターフェースのパケット量を監視し、[[閾値]]以上になれば、超過したパケットを破棄する。この方法を[[ポリシング]] (Policing) と呼ぶ。また超過したパケットを破棄せずに[[バッファリング]]により、キューに保持し、間隔をおいて平滑的に伝送されるようにスケジューリングする方法を[[シェーピング]] (Shaping) と呼び、どちらかの方法を選択して設定する<ref>{{PDFlink|[http://www.cisco.com/cisco/web/support/JP/100/1008/1008147_policevsshape-j.pdf 帯域幅制限に関するトラフィック ポリシングとトラフィック シェーピングの比較]}}</ref>。

=== 管理 ===
ルーターは、経路情報を持つルーティングテーブル<ref>ルーティングテーブルは、宛先アドレス、ネクストホップ、送出元のインタフェースの各情報を持つ。</ref>の管理をおこなう。

直接接続された他のインターフェースとの通信によって、経路情報を自動的に学習する。しかし、ルーターは「直接接続されていないインターフェース」には接続できないため、それを含めた経路情報を設定する必要がある。

経路情報を設定する方法には、[[ネットワーク管理者]]が手動で設定する[[静的ルート]] (Static Route) と、ルーティングプロトコルで設定された[[動的ルート]] (Dynamic Route) がある。

動的ルートは、[[ルーティングプロトコル]]が設定されると、相互接続された他のルーターとの通信によって経路情報を交換し合い、自動的にルーティングテーブルを最適な状態に保つ。この状態を収束または収斂（[[コンバージェンス]]）という<ref>cisco社では、これをアドバタイズメント (advertisement) と呼ぶ。</ref>。

この経路情報の収集につかわれるルーティングプロトコルには2種類あり、異なる[[自律システム]] (AS) 間でつかわれる[[Exterior Gateway Protocol|EGP]] (Exterior Gateway Protocol) と、同一のAS間でつかわれる[[Interior Gateway Protocol|IGP]] (Interior Gateway Protocol) がある。その中でも策定団体の違いによって、EGPでは[[ボーダ・ゲートウェイ・プロトコル|BGP-4]]、IGPでは[[ルーティング・インフォメーション・プロトコル|RIP]]、[[オープン・ショーテスト・パス・ファースト|OSPF]]などがある。

また、通信制御用プロトコルである[[Internet Control Message Protocol|ICMP]]を周囲に発信し、エラーや回線の状態を監視するルーターもある<ref>ヤマハのRTシリーズなどでは、ネットワークバックアップ機能と呼ばれる。[http://www.rtpro.yamaha.co.jp/RT/docs/backup/network-backup.html]</ref>。

これらによって、あらかじめ伝送路の2重化や迂回経路への切り替えを設定しておけば、伝送路に障害が発生した場合、RIP、OSPF、BGPといったプロトコルを利用せずに別経路への自動的な切り替えが行われる。
<!--※BGPを扱えるルータなら、どれでもフルルートはあつかえる-->

{{Main|ルーティング}}

== 内部処理 ==
ルーターの内部について、代表的な[[アーキテクチャ]]には分散型と集中型がある。アーキテクチャはインターフェースカード、スイッチカード、制御部で構成される<ref>{{PDFlink|[http://www.ieice-hbkb.org/files/05/05gun_04hen_05.pdf 「05群4編5章 IPデータ系システム」電子情報通信学会知識ベース]}}</ref>。

インターフェースカードは、パケット処理エンジン、パケットバッファ用メモリ、ルーティングテーブル用メモリ、各種テーブルメモリにより構成される。そして、ルーターの内部の処理は4段階に分かれる<ref>[http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/lecture/20070125/259626/ 『日経NETWORK 2004年8月号』 P68の記事]2012年12月14日閲覧</ref>。

; 分散アーキティクチャ
: 複数のパケット処理エンジンをクロスバー・スイッチ（スイッチカード）で接続する。複雑なルーティング処理をコントロールプレーンで実施し、単純なパケット処理をデータプレーン（フォワーディングプレーン）のスイッチ用[[LSI]]とパケット処理エンジンで分散することで処理を高速化するアーキテクチャ。高拡張性、高価格、処理エンジンのI/O負荷が高いため電力量が多い。
; 集中アーキティクチャ
: データプレーンでのパケット処理を、1つのパケット処理エンジンに集中させ処理をおこなう。分散アーキティクチャに比べシンプルな構造。

=== 受信 ===
受信した信号をインターフェース回路が[[ビット]]列に変換し、受信処理を行うパケット処理エンジンに入力データを渡す。パケット処理エンジンでは受け取ったIPフレームをあらかじめ区切られたルーティングテーブル用メモリ[[バッファ]]に蓄積する。この入力バッファ領域は1フレームが十分に収まる長さごとに区切られている。メモリーのサイズは限りがあるため、転送処理が滞って後から来たパケットがメモリに格納出来なくなればそのパケットは破棄される。これが「パケット・ロス」と呼ばれる現象である。

=== 解析 ===
パケット処理エンジンは、ルーティングテーブル用メモリに蓄積されたIPパケットのヘッダーを読み取り、ルーティングテーブルの検索をおこない、出力先インターフェースを決める。同時にQoSと[[アクセス制御リスト]]を参照する。条件にあえばその処理を行う。解析で得られた情報は、パケットバッファ用メモリのIPパケットに付加しておく。

==== ルーティングテーブル検索方法 ====
[[ルーティングテーブル]]の検索方法は3種類ある。
* [[リニアサーチ]] (Linear Search)
* [[二分木|パトリシアツリー]] (Patricia Tree)
* 全エントリ同時検索 : [[CAM]]を利用した方法
<!--hashはFDBのまっくけんさくで使われる、L2のおはなし-->

=== 加工 ===
加工されたパケットは以下のように処理される。
* パケットをスイッチングする。
* 出力制御部のキューへ[[FIFO]]により送信する。
* 出力回線ごとに備えた複数のFIFOはQoSに従い、パケットを蓄積する。
* スケジューラによりFIFOからパケットを読み出して出力する。

=== 送出 ===
パケットの送出を担当するパケット処理エンジンは、各種テーブルメモリからパケットを読み出して、「解析」処理で得られたQoSにより、出力インターフェイスを振り分け、パケットバッファ用メモリに蓄積する。スケジューラにより、パケットバッファ用メモリからパケットを読み出して出力する。

== 冗長化技術 ==
ネットワーク上での障害を回避したり最小限にする技術に[[冗長化]]（または冗長構成 (redundant configuration)）がある。

ルーターやレイヤー3スイッチを複数備えると、障害時に切り替える物理的な冗長化がおこなわれる。このままでは障害発生を検知して自動的に予備機に切り替えることはできないため、ルーターを[[仮想化]]するプロトコルによって冗長構成の制御をおこなう。複数のVRRPグループに仮想ルーターの設定をおこなうことで[[ロードバランス]]が可能となる。標準化されあるいは、[[ベンダー]]独自のプロトコルが複数存在する。

* [[Virtual Router Redundancy Protocol|VRRP]] : 1つの仮想アドレスをマスター機とバックアップ機の2台に持たせることで、正常時はマスター機が仮想アドレスを使い、障害発生時にはバックアップ機が仮想アドレスをそのまま使って動作を引き継ぐ方法。

:VRRPを発展改良した下記のプロトコルが存在する。
* [[Hot Standby Router Protocol|HSRP]] (Hot Standby Router Protocol) : シスコ・システムズ社独自のRFC2281による方式規格
* VRRP-E (VRRP-Extend) : Foundry社（現Brocade社）
* FSRP (Foundry standby router protocl) : Foundry社
* ESRP (Extreme Standby Router Protocol) : Extream社
* NSRP (NetScreen Redundancy Protcol) : NetScreen社

また、リンク・アグリゲーション（en:Link aggregation、cisco社ではEtherChannel）によって、複数の通信回線を物理的に束ねて、仮想的に1回線として使用すれば、一部の通信回線に障害が発生しても、残りの回線で通信が可能なため、通信の途絶が回避できる。

[[スパニングツリープロトコル|スパニング・ツリー]] (Spanning Tree Protocol, STP) や通信速度の改良をおこなった[[ラピッド・スパンニング・ツリー]] (Rapid Spanning Tree Protocol, RSTP) などの冗長化技術などの、データリンク層で使用するプロトコルによる冗長化技術は本項では扱わない。{{Main|スイッチングハブ}}

== ダイヤルアップルーター ==
[[ファイル:mn128soho.jpg|thumb|200px|NTT-MEのダイヤルアップルーター「MN128 SOHO」]]
WAN回線側のインターフェースを[[ISDN]]用の[[ターミナルアダプタ]]としたリモートルーター。日本国内では、INSネット64サービスの開始後、一般にも普及した。代表的な製品にはNTT-TE東京（現[[NTT-ME]]）の「MN128 SOHO」<ref>[http://ascii.jp/elem/000/000/415/415206/ ルータを大衆化した先駆者「MN128-SOHO」]2009年05月05日</ref>や[[ヤマハ]]の「RTA-50i」などがあった。

ダイヤルアップルーターの大きな特徴として、[[ダイヤルアップ接続|ダイヤルアップ]]自動接続・切断機能が挙げられる。[[フレッツ#フレッツ・ISDN|フレッツ・ISDN]]などによる定額接続サービス登場以前は、接続時間による従量制課金であった。そこで、PCがインターネットにアクセスしようとしたとき、ダイアルアップルーターはそれを検知して接続（設定したISPの[[アクセスポイント (ISP)|アクセスポイント番号]]へのダイヤル）を開始し、一定時間外部との通信が無いときには自動的に切断する機能を備えていた。

基本的な機能としては小規模LAN向けとして[[Dynamic Host Configuration Protocol|DHCP]]サーバ機能、[[IPマスカレード]]・NATなど。その他の機能については、[[ルーター#機能|ブロードバンドルーター#機能]]を参照。

2001年に[[ソフトバンク]]がADSLによる[[ブロードバンドインターネット接続]]を低価格で発売したことにより、[[日本電信電話|NTT]]（当時）が独占してきたISDNによるインターネット接続はシェアを奪われ、それに伴いダイヤルアップルーターは[[レガシーデバイス|レガシーハードウェア]]となった。

=== ブロードバンド対応ダイヤルアップルーター ===
「MN128 SOHO」シリーズから「PAL B&I」や「IB3」のほか、[[PCカード]]型[[ネットワークカード|LANカード]]を装着しWANポートとすることによりブロードバンドルーターとしても使える「Slotin」が発売されていた。このうち、「IB3」と「Slotin」は[[無線LAN]]にも対応し、またPCカード型端末を挿入し[[FOMA]]や[[PHS]]などの回線経由でインターネットに接続することも可能であった。

== ブロードバンドルーター ==
[[ファイル:AirStation WHR-G54S.jpg|thumb|無線LANアクセスポイント内蔵ブロードバンドルーター]]
基本的にはローカルルーターと[[スイッチングハブ]]であるが、WAN回線用の[[モデム]]等を内蔵しリモートルーターであるものもある。[[2010年]]現在、小型・簡略化したものが市販されており、一般家庭や小規模事務所などのユーザ向けの[[ADSL]]や[[FTTH]]などの、ブロードバンドインターネット接続用に使われる。また、回線事業者が契約者に貸し出す[[ADSLモデム]]やONUといった接続装置の多くがルーター機能を持っている。

一般家庭ユーザの利用を想定して、出荷前にあらかじめ基礎的な機能の設定がなされており、通常はISPの接続用アカウントを設定することで使えるようになっている。

また、本来ルーターはIP層までを扱うのが本来の役割であるが、家庭向けブロードバンドルーターの中には、それに加えDNSキャッシュサーバ、ダイナミックドメインネームサービスへの自動登録機能、BitTorrentクライアントなどそれ以上の層に属する機能を持つものもある。

小さな形状であり、初心者でも扱えることが利点である反面、それゆえのデメリットもある。
* 多くの製品において、冷却機構はファンレスであるため、製品によっては熱暴走（オーバーヒート）しやすい<ref>「[http://www.ascii.jp/elem/000/000/071/71416/ 熱にだって負けない！ ファンでクールなブロードバンドルーターを作る！]」のように本体に穴を開け、PC用ケースファンを設置するユーザもいる。</ref>。
* 多くの製品が小さく軽いため、安定しづらい。縦置きスタンドを同梱している場合がある。
* 無線LANアクセスポイント内蔵の製品においては、無線LANに関するセキュリティーのリスクがある。無線機能はほぼ初期設定のままで機能するものの、初期設定ではルーター－パソコン間の通信が[[暗号]]化されていないか、暗号の強度が弱く暗号が解読されてしまい、LANへ侵入される可能性がある<ref>[http://www.itmedia.co.jp/news/articles/0704/05/news033.html 無線LANのWEP暗号、60秒でクラッキング]</ref>。

=== 機能 ===
* 基本的な機能
** [[Point-to-Point Protocol#PPPoE|PPPoE]]接続機能
** [[Dynamic Host Configuration Protocol|DHCP]]サーバ機能
** ネットワークアドレス変換機能 (NAT, NAPT)
** パケットフィルタリング
** [[Domain Name System|DNS]]キャッシュ機能
** 経路制御情報の管理
** 各種設定・管理機能
* 付加的な機能
** [[無線LAN]]の[[アクセスポイント (無線LAN)|アクセスポイント]]
** [[VoIP#VoIPゲートウェイ|IP電話アダプタ]]機能
** [[ダイナミックドメインネームシステム]]への対応
** [[Universal Plug and Play]]への対応
** [[コンピュータウィルス|ウイルス]]・[[不正アクセス]]等の検出・遮断機能
** P2Pアプリケーションの検出・遮断機能
** [[URLフィルタリング]]機能
** [[非武装地帯 (コンピュータセキュリティ)|DMZ]]（特定のプライベートアドレス機器をポート変換してグローバルIPアドレスとして公開）
** [[プリントサーバ]]機能
** [[ネットワークアタッチトストレージ]]機能
** [[BitTorrent]]クライアント機能
** ローカルルータ機能<ref>ブロードバンドルータは基本的にIPマスカレードによるアドレス変換を行うため、単なるルータとしての機能が省略されていることがある。そのためローカルルータとして使用する場合には明示的に対応していることを確認する必要がある。</ref>
** [[ステートフル・パケット・インスペクション]]<ref>セッションの発生から終了までを完全に監視し、[[中間者攻撃]]や[[リセット]]パケットによる攻撃を排除する。</ref>

=== インターフェース ===
<!--移動-->ルーターの技術は、家庭や小規模オフィスでの電話回線を通じたネットワークの構築にも長年使用されている。現在のブロードバンド・ルーターに繋がる初期の電話回線用インターフェース機器では、WAN 側に汎用の [[RS-232]]C などの[[シリアルインタフェース]]を持ち、[[モデム]]や[[ターミナルアダプタ]]などの回線機器を介して電話回線と1対1で接続していたが、後には[[#ダイヤルアップルーター|ダイヤルアップ・ルーター]]<!--やISDNモデム-->と呼ばれるWAN側に[[ISDN]]回線や128k[[ビット毎秒|bps]]までの[[専用線|デジタル専用回線]]を直接収容する回線インターフェースなどを持ち、LAN側に複数の端末が接続できるものが多くなった。[[1990年代]]末からの日本での[[ADSL]]や[[2000年代]]初頭からの[[FTTH]]の普及に伴う回線の高速化（[[ブロードバンドインターネット接続]]）のため、こういった製品もADSLや光ファイバーへ対応し、PPPoAや[[Point-to-Point Protocol#PPPoE|PPPoE]]によって[[ADSLモデム]]や[[光回線終端装置|ONU]]（光回線終端装置）に接続され、総称してブロードバンド・モデムルーターと呼ばれるようになった。{{要出典|date=2007年12月}}

== モバイルWi-Fiルーター ==
[[Wi-Fi]]を定義する[[IEEE]]規格は、データリンク層での動作のため、本項の説明からは除く。
{{main|モバイルWi-Fiルーター}}

== 新しいネットワーク・サービス技術 ==
2008年現在では、ルーターを含む大規模なネットワークの利便性向上のためにさまざまな技術が生まれている。下記にルーターに関係が深い技術を示す。

=== MPLS ===
[[Multi-Protocol Label Switching|MPLS]] (Multi protocol label switching) は、MACヘッダーの後ろにMPLSシム・ヘッダーと呼ばれるラベルを付加して、MPLS対応ルーター同士での転送先識別に利用する。MPLS対応ルーター同士はLPS（ラベル・スイッチ・パス）と呼ばれる仮想パスで結ばれる。レイヤー3スイッチと違い、ルーターの使用によって優先制御や帯域制御といった機能、特定のパケットだけを別経路にう回させたり、回線障害の発生時に瞬時（数ミリ秒）に迂回路を設定する「ファスト・リルート」機能などによって高い利便性が提供される。

=== VPLS ===
VPLS (Virtual private LAN) はMPLSを利用したMACアドレスを転送先アドレスとして使用する、ルーターによって構成される広域イーサネット技術。企業のローカル拠点のLANをVPLS網に繋ぐことで、そのままイーサネットのMACフレームによるやり取りが行える。VPLS網の端に位置するエッジ・ルーターはMACアドレスとパスの対応表を持ち、ローカルLANから受け取ったフレームのパケットの宛先MACアドレスからパスを見付け出してラベルを付けてVPLS網に送り出す。コア・ルーターでは、ラベルだけを頼りにフレームを転送してMACアドレスは扱わない。ローカルLANから見れば、VLPSネットワークは大きなLANスイッチと同じように機能する。MPLSの利点であるQoS機能やファスト・リルート機能が提供される。

<!--「歴史」にまとめました-->
<!--ルーティングテーブルをもっていないのでルーターにあらず-->
<!--いどうしました-->
<!--「内部」にまとめました-->

== 脚注・出典 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{reflist}}

== 参照文献 ==
*『図解[[CCNA]]対策教本実践ネットワークワークショップ―Cisco技術者認定 640‐607J対応』（[[秀和システム]]、2003年3月） ISBN 4798005096 

== 関連項目 ==
* [[ルーティング]]
* [[ルーティングプロトコル]]
* [[イーサネット]]
* [[ファイアーウォール]]
* [[Interface Message Processor]]
* [[ランダム初期検知]]
* [[光ルーター]]
* [[L3スイッチ]]

{{DEFAULTSORT:るうたあ}}
[[Category:通信機器]]
[[Category:コンピュータネットワーク]]
[[Category:インターネット]]
{{Link GA|ro}}

{{OSI}}