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ネットワーク冗長化設計の全パターン比較【L2/L3・VRRP/ECMP/STP】

NW(CCNA)
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ネットワークの可用性を上げるための冗長化は、設計方針（L2中心かL3中心か）や規模、用途によって最適解が変わります。本記事は現場で判断・実装できるように、主要な冗長化方式を比較し、設計例・注意点・検証手順まで実務目線でまとめた決定版ガイドです。

目次

1．冗長化方式の全体像（まず把握すること）

主要方式を大分類すると次のとおりです。

  • L2 冗長化：STP / RSTP / MSTP、LACP（EtherChannel）
  • L3 ゲートウェイ冗長化：VRRP / HSRP / GLBP
  • L3 経路冗長化：ECMP（等コストマルチパス）＋ルーティングプロトコル（OSPF/BGP）

短い結論： 新規構築・クラウド連携・データセンタでは L2 最小化 + L3（ECMP）主体 が現在のベストプラクティスです。

2．各方式の仕組みと特徴（メリット・デメリット）

2-1 STP / RSTP / MSTP（L2）

  • 仕組み：ループが無いようにブロッキングポートを作る。
  • メリット：シンプル、既存機器で利用可能。
  • デメリット：収束が遅い（STPは数秒〜数十秒）、冗長回線を完全活用できない。
  • 実務の注意点：PortFast/BPDU Guard等をアクセスポートに必須で設定。

2-2 LACP / EtherChannel（リンク集約）

  • 仕組み：複数物理リンクを束ね1論理リンクにする。
  • メリット：帯域増、片側障害は継続、STPブロックを回避しやすい。
  • デメリット：片側設定ミスで不整合（I 状態）や flapping を招く。
  • 設定要点：speed/duplex/VLAN をメンバ間で完全一致させる。

2-3 VRRP / HSRP / GLBP（L3ゲートウェイ）

  • 仕組み：仮想IPと仮想MACを使い、デフォルトゲートウェイを冗長化。
  • メリット：フェイルオーバが比較的速く運用が分かりやすい。
  • デメリット：アクティブ/スタンバイ方式ではリソースが片側に偏る（GLBPは回避可）。

2-4 ECMP（L3パス）＋BGP/OSPF

  • 仕組み：等コストの複数ルートを同時使用して負荷分散と冗長化を実現。
  • メリット：アクティブ/アクティブ、スケール性高、収束が速い（BFD併用で即時）。
  • デメリット：ハッシュ偏りでフロー毎に偏ることがある。L3設計が必須。

3．方式比較（用途別）

方式収束速度負荷分散向く規模向く用途
STP（古典）遅い×小〜中レガシーL2、互換性重視
RSTP/MSTP中×中L2での高速収束が必要な環境
LACP高速部分的小〜大リンク冗長・帯域拡張
VRRP/HSRP中〜速×（GLBPは○）小〜中デフォルトGW冗長
ECMP + BGP/OSPF速（BFDで更に速い）◎中〜大データセンタ／クラウド連携／多拠点

4．実務での設計パターン（代表例と推奨）

パターン A：小規模オフィス（低コスト）

  • Access：L2スイッチ（PortFast,BPDU Guard）
  • Distribution：L3スイッチ with VRRP
  • Link：LACPで冗長化

理由：運用がシンプルで、既存機器で実現可能。

パターン B：中〜大規模（拠点）

  • Leaf-Spine（L3 Clos）構成
  • ECMP を軸に L3 で冗長化、BGP/OSPF で経路制御
  • 端末側は Access→L3 集約で STP 範囲を限定

理由：L2の影響範囲を小さくしてスケールと可用性を両立。

パターン C：データセンタ / クラウド接続

  • Leaf-Spine + ECMP、BGP ピアリング（内部 iBGP / 外部 eBGP）
  • BFD を併用して経路検出を高速化
  • サービス冗長は負荷分散とヘルスチェックで実施

5．設計時のチェックリスト（必ず確認する項目）

  • 目的（可用性 / 帯域 / 負荷分散）を優先順位化
  • L2 の範囲を必要最小限にする（ブロードキャストドメインを縮小）
  • 冗長化が障害を隠蔽しないよう監視（VRRP切替、BGP再収束）を用意
  • 収束時間要件を定義（音声なら <50ms を目標）
  • MRT（maintenance runbook）とフェイルオーバーテスト計画を作成

6．運用・設定の注意点（現場でよくある失敗）

よくある失敗例

  • LACP の speed/duplex/VLAN不一致による形成失敗
  • VRRP の priority や preempt 設定ミスで切替が遅れる・逆になる
  • STP Root が不意に変わる（Root priority 未設定）
  • ECMP のハッシュ設定でフローが偏る → 単一フローがボトルネックに

防止策（設定例）

!-- VRRP（Cisco系イメージ）
interface Vlan10
 ip address 10.10.10.2 255.255.255.0
 vrrp 10 ip 10.10.10.1
 vrrp 10 priority 120
 vrrp 10 preempt delay minimum 30
!-- LACP（Ciscoイメージ）
interface range Gi1/0/1 - 2
 channel-group 1 mode active
!-- BFD for fast failure detection (example)
router bgp 65000
 neighbor 10.0.0.2 remote-as 65000
 neighbor 10.0.0.2 fall-over bfd

7．検証（フェイルオーバーテスト）手順

設計した冗長化は必ず「切替テスト」で検証します。基本手順：

  1. テスト用時間帯と関係者周知を実施
  2. 事前に監視のしきい値・ログ収集を有効化
  3. 片側リンクを意図的に停止（ケーブル抜き / admin down）
  4. 影響範囲（接続数・パケットロス・遅延・アプリ影響）を観察
  5. ロールバック手順の確認（自動復旧と手動復旧）
  6. 結果を文書化し、問題があれば設計を修正
!-- テストで使うコマンド例
ping -f -l 1472 10.10.10.100    --（Windows Fragment test）
show ip route
show vrrp brief
show etherchannel summary
show ip bgp summary

8．移行ガイド（L2中心→L3（ECMP）へ）

既存のL2依存ネットワークをL3主導に移行する際のステップ（推奨順）：

  1. 現状調査（VLAN数・ブロードキャスト量・依存サービス）
  2. 段階的にL3集約ポイントを設定（フロア単位→全社）
  3. アプリのIP/接続要件を確認（ブロードキャスト必須なものは除外）
  4. ECMP/ルーティングポリシー設計、BFD導入計画
  5. テスト → 本番段階的移行（スイッチバックプラン必須）

9．まとめ（設計選定の簡易フローチャート）

  • 要件が「小規模で低コスト」 → VRRP + LACP を推奨
  • 要件が「可用性とスケール」 → ECMP + L3（Leaf-Spine） を推奨
  • 要件が「レガシー維持」 → RSTP + LACP（ただし影響範囲を限定）

実務Tips：「設計は完璧より検証が重要」。小さな変更をステップでリリースし、フェイルオーバーテストを行ってください。

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