ICTSC2025 二次予選問題解説: 半分しか伝わらない

2025.12.27

ICTSC2025 問題解説

概要

あなたは、2台のGWサーバーから、ルーターを経由して社内のサービスに冗長経路でアクセスできるNW構成の作成をお願いされました。
この仕事には前任の担当者がおり、Network Namespaceを用いて模擬した検証環境を作成していた途中だったみたいなのですが、担当者は既に会社におらず詳細が分かりません。
とりあえず動作確認を行ったところ、それぞれのGWからRouter側の宛先アドレス10.10.10.10にPingを飛ばすと、約50-100%のパケットロスが発生し、非常に不安定な状態であることが分かりました。

平常時にPingが100%通ることと、片系断でも残りの経路で疎通が継続すること（フェールオーバー）を目標に、作りかけの検証環境を完成させてください。

構成概要

setup-network.service が作成する network namespace は GW1、GW2、Router1、Router2 の4つ
GW1 と GW2 は Router1 と Router2 にそれぞれ接続されており、192.168.70.0/24 で収容
目的アドレス 10.10.10.10/32 は Router1 と Router2 の lo に設定されており、どちらに届いても問題ない
ネットワークは netplan で自動構成されており、sudo systemctl restart setup-network.service で初期状態に戻せる
大まかな構成・配線は下図の通り

制約条件

上記の図から配線や機器(namespace)を追加・変更することは不可
- 問題を解く上で一時的に構成を変更することは可能とする
namespace名やlink名の変更は不可

初期状態

service setup-networkが起動し、netplanを用いた検証構成が起動している
GW1及びGW2から"10.10.10.10"にPingを実行すると、約50-100%のパケットロスが発生する

終了状態

以下を満たすans.shをホームディレクトリ上に作成すること。
- sudo systemctl restart setup-network.service を実行した後にans.shを実行することで、下記の条件を満たすこと
  1. GW1及びGW2から10.10.10.10にPingを実行すると、100%成功すること（平常系で安定していること）
  2. GW-Router間のいずれか1本のリンクを停止させても、GW1, GW2双方でPingが100%成功すること（フェールオーバーが動作すること）
  - 例: GW1 - Router1 の接続インターフェースを down しても通信が継続して行える。
回答時には、ans.shとして作成したスクリプトの中身（全文）をcatコマンドなどで表示し、記述欄に含めてください

接続情報

ホスト名	IPアドレス	ユーザ	パスワード
mid-srv-01	192.168.255.71	user	ictsc2025

確認例

平常時

sudo ip netns exec GW1 ping -c 10 10.10.10.10
sudo ip netns exec GW2 ping -c 10 10.10.10.10

フェールオーバー動作の確認

Router1 側を一時的に切った場合の例:

sudo ip netns exec Router1 ip link set veth-rt1-gw1 down   # 片系停止
sudo ip netns exec GW1 ping -c 10 10.10.10.10              # 通信ができることを確認
sudo ip netns exec GW2 ping -c 10 10.10.10.10
sudo ip netns exec Router1 ip link set veth-rt1-gw1 up     # 復旧

Tips

netnsによる検証環境の作成・削除はそれぞれ以下のコマンドで実行されます。

sudo systemctl start setup-network.service
sudo systemctl stop setup-network.service

各namespaceのIF名・アドレス・ルーティングなどは、sudo ip netns exec <ns> {{任意のコマンド}} のようにすれば確認可能です。

sudo ip netns exec <ns> ip addr
sudo ip netns exec <ns> ip route

解説

想定している解答手順

問題文に載っている配線図だけだと、手がかりが少なく、状況の把握が難しいはずです。
そこでまずは、netnsでどのようなコンフィグが投入されているのかを特定し、詳細な構成図を作成してみます。

問題文を見ると、netnsによる検証環境の作成・削除をsystemdでやっていることが分かります。
そこで、setup-network.serviceの設定ファイルを追っていくことで、問題環境の展開を行っているスクリプトファイルにたどり着きます。

user@baseimage-ubuntu2404:~$ cat /etc/systemd/system/setup-network.service
[Unit]
Description=ICTSC Lab Network Setup
After=network.target

[Service]
Type=oneshot
RemainAfterExit=yes
ExecStart=/opt/bin/setup-network.sh
ExecStop=/opt/bin/cleanup-network.sh

[Install]
WantedBy=multi-user.target

.serviceから見つけた /opt/bin/setup-network.sh を開いてコンフィグを確認し、詳細な構成図を作成すると、次のようになることが分かります。

この構成からわかることは以下の通りです

GWのインターフェースはbondingされている。
Router間のサイドリンクは存在するもののupされていない
Router側のIPアドレスは単独のInterfaceに紐づいている

bondingの設定に注目すると、ip netns exec GWx ip link add bond0 type bond となっており、bondingのmodeが指定されていません。
これは、mode 0、つまりbalance-rrで動作することを示します。
これはラウンドロビン方式、つまり、パケットをbond0のスレーブになっているそれぞれのインターフェースに順番に送信します。
初期状態の場合、GWのbond0から、Router1, 2に向けて交互にパケットが送信されてしまうため、ARP解決が上手く行えません。これがPingが50%の確率で失敗する原因になっています。
このことは、Router1, 2にtcpdumpを仕掛けて、パケットの動きを観察することで確認できると思います。

解法は主に2通りあり、

bondを維持しながら、Router1 - 2間のサイドリンクを活用してARP解決させる方法
bondを廃してマルチパスルーティングを設定する方法

を想定しています。

解法1 サイドリンクの活用

Router間の接続（サイドリンク）を有効にしたうえで、Router1とRouter2それぞれに ブリッジ(br0) を作成し、GW接続用のvethインターフェイスと Router間のvethインターフェイス(veth-rt1-rt2, veth-rt2-rt1) をブリッジメンバーに追加します。これにより、Router1とRouter2がL2で接続され、どちらのRouterにパケットが到達しても宛先の10.10.10.10に到達可能になります。

この解法においては、GW側の設定変更は不要です。

↓ ans.shの例

#!/bin/bash

echo "Applying bonding solution..."

# Router1: Enable side link and create bridge
ip netns exec Router1 ip link set veth-rt1-rt2 up
ip netns exec Router1 ip link add br0 type bridge
ip netns exec Router1 ip link set veth-rt1-gw1 master br0
ip netns exec Router1 ip link set veth-rt1-gw2 master br0
ip netns exec Router1 ip link set veth-rt1-rt2 master br0
ip netns exec Router1 ip addr del 192.168.70.11/24 dev veth-rt1-gw1 2>/dev/null || true
ip netns exec Router1 ip addr add 192.168.70.11/24 dev br0
ip netns exec Router1 ip link set br0 up

# Router2: Enable side link and create bridge
ip netns exec Router2 ip link set veth-rt2-rt1 up
ip netns exec Router2 ip link add br0 type bridge
ip netns exec Router2 ip link set veth-rt2-gw1 master br0
ip netns exec Router2 ip link set veth-rt2-gw2 master br0
ip netns exec Router2 ip link set veth-rt2-rt1 master br0
ip netns exec Router2 ip addr del 192.168.70.12/24 dev veth-rt2-gw1 2>/dev/null || true
ip netns exec Router2 ip addr add 192.168.70.12/24 dev br0
ip netns exec Router2 ip link set br0 up

echo "Configuration completed!"

解法2 ECMPの設定

Router側の設定は解法1と同じくブリッジを構成してRouter間をL2接続します。

GW側ではbondingを削除し、各vethインターフェイス(veth-gw1-rt1, veth-gw1-rt2等)に直接同じIPアドレスを割り当て、**ECMP(Equal-Cost Multi-Path)**ルーティングで2つのnexthopを設定します(ip route add 10.10.10.10/32 nexthop via ... dev ... nexthop via ... dev ...)。これにより、Linuxカーネルのマルチパスルーティング機能を使って負荷分散と冗長性を実現します。

ただし、複数のインターフェイスに同じIPアドレスを設定するため、正しくフェールオーバーさせるためには、リンクダウン時にルートを切り替えられる設定を追加する必要があります。
ignore_routes_with_linkdown などの設定を使って、ダウンしている経路を無視できるようにしてあげるとよいでしょう。