応用情報技術者 2015年 春期 午後 問05
DHCPを利用したサーバの冗長化に関する次の記述を読んで、設問1～4に答えよ。
P社は、社員100名の調査会社である。P社では、インターネットから様々な情報を収集し、業務で活用している。顧客との情報交換には、ISPのQ社が提供するWebメールサービスを利用している。Webの閲覧や電子メールの送受信などのインターネットの利用は、全てプロキシサーバ経由で行っている。
現在のP社のネットワーク構成を図1に示す。
部門1のPCはプロキシサーバ1を、部門2のPCはプロキシサーバ2を経由してインターネットを利用している。PCは、(ア) DHCPサーバから、自身のIPアドレスを含むネットワーク関連の構成情報（以下、構成情報という）を取得して自動設定している。ただし、使用するプロキシサーバと社内DNSサーバのIPアドレスは、あらかじめPCに設定されている。プロキシサーバ1、2は、優先DNSとして社内DNSサーバを、代替DNSとしてQ社のDNSサービスを利用している。
先般、プロキシサーバ1に障害が発生し、部門1で半日の間インターネットが利用できなくなり、業務が混乱した。この事態を重視した情報システム部のR課長は、ネットワーク担当のS君に、次の2点の要件を満たす対策の検討を指示した。
・プロキシサーバとDHCPサーバを冗長構成にして、サーバ障害発生時のインターネット利用の中断を短時間に抑えられるようにすること。
・費用をできるだけ抑えられる構成とすること。
〔冗長化方式の検討〕
S君は、PCの構成情報を自動設定するためのDHCPの仕組みに注目した。
同一サブネットに2台のDHCPサーバがあっても、PCによる自動設定は問題なく行われるので、DHCPサーバを2台導入して冗長化する。
PCは、使用するDNSサーバのIPアドレスをDHCPサーバから取得できる。そこで、DNSサーバとプロキシサーバを2台ずつ導入して、2台のDHCPサーバからそれぞれ異なるDNSサーバのIPアドレスを取得させるようにする。そして、2台のプロキシサーバに同じホスト名を付与し、それぞれのDNSサーバのAレコードに、プロキシサーバのホスト名に対して、異なるプロキシサーバのaを登録する。
この構成であれば、どちらのDHCPサーバから取得した構成情報をPCが自動設定するかによって、使用するDNSサーバが変わる。そこで、PCのWebブラウザの設定情報の中に、プロキシサーバのbを登録すれば、PCが使用するプロキシサーバを変えることができる。
DHCPサーバによる構成情報の付与シーケンスを図2に示す。DHCPメッセージは、OSI基本参照モデル第4層のcプロトコルで送信される。
S君はこのようなDHCPとDNSの仕組みを利用し、DHCPサーバ及びプロキシサーバの冗長化を実現することにした。
〔DHCPサーバとプロキシサーバの冗長化〕
PCでのインターネット利用の中断を避けるためには、PCがDHCPサーバから取得したIPアドレスをもつDNSサーバと、そのPCがDNSサーバで取得したIPアドレスをもプロキシサーバが同時に稼働している必要がある。
S君はこの条件を基に、サーバ間の独立性が確保できるサーバ仮想化機構を利用した冗長化方式を決定した。
サーバ仮想化機構を利用したサーバ構成を図3に示す。
図3中の、ローカルDNSサーバ1、2は、図1中の社内DNSサーバとは別に導入し、プロキシサーバ3、4の名前解決を行う。プロキシサーバ3、4には、図1中のプロキシサーバ1、2と同様のDNSの設定を行う。プロキシサーバ1、2は不要になるので、それらのサーバが稼働するハードウェアを物理サーバ1、2として再利用する。
図3のサーバ構成を利用すると、PCは、一方の物理サーバに障害が発生しても、他方の物理サーバで稼働するDHCPサーバから取得した構成情報を設定して、その物理サーバで稼働するプロキシサーバ経由でインターネットを利用できる。サーバ仮想化後のネットワーク構成を図4に示す。
図4の構成でも、インターネット利用中に、PCが使用中のプロキシサーバが稼働する物理サーバに障害が発生したときは、PCのインターネット利用が中断してしまう。
しかし、PCを再起動して PCの構成情報を再設定すればインターネットの利用を再開できるので、中断は短時間に抑えられる。
S君は、検討結果を R 課長に報告した。R 課長が S君の検討結果を承認し、導入が進められることとなった。
設問1：
本文中のa〜cに入れる適切な字句を解答群の中から選び、記号で答えよ。
解答群
ア：ICMP
イ：IPアドレス
ウ：MACアドレス
エ：TCP
オ：UDP
カ：ドメイン名
キ：ホスト名
模範解答
a：イ
b：キ
c：オ
解説
解答の論理構成
-
段階① [A レコードが格納する情報]
原文では「それぞれのDNSサーバのAレコードに、プロキシサーバのホスト名に対して、異なるプロキシサーバのaを登録する。」と記載されています。DNS の “A レコード” はホスト名と “IPアドレス” を対応付けるレコードであるため、a に入るのは「IPアドレス」です。
⇒ a ＝ 「IPアドレス」（解答群イ） -
段階② ブラウザ設定で切り替える項目
原文では「PCのWebブラウザの設定情報の中に、プロキシサーバのbを登録すれば、PCが使用するプロキシサーバを変えることができる。」とあります。2 台の DNS が返す IP アドレスを使い分けるためには、ブラウザには固定値ではなく名前（FQDN またはホスト名）を設定しておく必要があります。したがって b は「ホスト名」です。
⇒ b ＝ 「ホスト名」（解答群キ） -
段階③ DHCP メッセージのトランスポート層
原文では「DHCPメッセージは、OSI基本参照モデル第4層のcプロトコルで送信される。」とあります。DHCP は “UDP/67,68” を使用することが公式仕様（RFC2131）で定義されています。よって c は「UDP」です。
⇒ c ＝ 「UDP」（解答群オ）
誤りやすいポイント
- “A レコード ＝ IPアドレス” を見落とし「MACアドレス」を選んでしまう。ARP の知識と混同しがちなので注意。
- ブラウザには IP を直書きしても接続は可能ですが、DNS フェイルオーバの前提が崩れるため b に「IPアドレス」を入れてしまう受験者が一定数いる。
- DHCP が OSI 第4層で “TCP” を用いると誤解するケース。DHCP は一方向ブロードキャストが多いのでコネクションレスの UDP が採用されている点を押さえる。
FAQ
Q: A レコード以外に IP アドレスを返すレコードはありますか？
A: IPv6 用に AAAA レコードがありますが、本問は IPv4 前提のため A レコードに絞って考えます。
A: IPv6 用に AAAA レコードがありますが、本問は IPv4 前提のため A レコードに絞って考えます。
Q: DHCP の冗長構成ではサーバ ID やリース範囲の重複は問題ありませんか？
A: サーバ ID は異なる値になりますが、同一セグメントでも配布範囲が重ならなければ問題ありません。重なる場合は排他制御が必要です。
A: サーバ ID は異なる値になりますが、同一セグメントでも配布範囲が重ならなければ問題ありません。重なる場合は排他制御が必要です。
Q: ブラウザにホスト名を設定する際、FQDN と短縮名のどちらが推奨ですか？
A: ドメイン検索リストに依存しない運用を行うなら FQDN が望ましいですが、社内 DNS で短縮名を解決できる環境なら短縮名でも動作します。
A: ドメイン検索リストに依存しない運用を行うなら FQDN が望ましいですが、社内 DNS で短縮名を解決できる環境なら短縮名でも動作します。
関連キーワード: DHCP, DNS, Aレコード, UDP, 冗長化
設問2：
本文中の下線(ア)について、自動設定できる構成情報を解答群の中から二つ選び、記号で答えよ。
解答群
ア：DNSキャッシュ時間
イ：サブネットマスク
ウ：デフォルトゲートウェイのIPアドレス
エ：プロキシサーバのIPアドレス
模範解答
イ、ウ
解説
解答の論理構成
- まず本文では、PCが「(ア) DHCPサーバから、自身のIPアドレスを含むネットワーク関連の構成情報（以下、構成情報という）を取得して自動設定している」と明記されています。DHCPはRFC 2132で定義された多数のオプションを用いて、IP層・TCP/IP 層の各種パラメータを配布できます。
- 代表的な配布項目は次のとおりです。
・クライアント自身のIPアドレス（固定割当／動的割当）
・サブネットマスク（Option 1）
・デフォルトゲートウェイ（Router：Option 3）
・DNSサーバ（Option 6） など - 解答群を検討します。
ア：DNSキャッシュ時間 … DNSが返すTTL値であり、DHCPオプションではありません。
イ：サブネットマスク … Option 1 で配布可能なので ○。
ウ：デフォルトゲートウェイのIPアドレス … Option 3 で配布可能なので ○。
エ：プロキシサーバのIPアドレス … HTTP Proxy はWPADやPACファイルで自動検出できますが、IPアドレスをそのものとしてDHCP配布する標準オプションはありません。 - よって、DHCPで自動設定できる構成情報は「イ：サブネットマスク」と「ウ：デフォルトゲートウェイのIPアドレス」です。
誤りやすいポイント
- 「DNSキャッシュ時間」は“DNSサーバ”と混同しやすいですが、TTLはDNS応答に含まれる情報であってDHCPオプションではありません。
- プロキシ自動設定（WPAD）がDHCPのOption 252でURLを通知できることを連想し、「エ」を選びたくなる受験生がいます。しかし設問は「プロキシサーバのIPアドレス」そのものを問うており、Option 252はURL文字列です。
- DHCPで配布されるもの＝“IP関連の数値情報”と早合点し、出題文を読み込まずに勘で選択してしまうケースが散見されます。
FAQ
Q: DHCPでDNSサーバのIPアドレスも配布できますか？
A: できます（Option 6）。ただし本問の解答群には「DNSサーバのIPアドレス」が含まれていないため選択肢になっていません。
A: できます（Option 6）。ただし本問の解答群には「DNSサーバのIPアドレス」が含まれていないため選択肢になっていません。
Q: Option 252 のWPAD URLでプロキシを自動設定できるのでは？
A: Option 252 はPACファイルのURLを通知する仕組みで、“プロキシサーバのIPアドレス”自体を直接配布するわけではありません。設問の表現と一致しないため誤答になります。
A: Option 252 はPACファイルのURLを通知する仕組みで、“プロキシサーバのIPアドレス”自体を直接配布するわけではありません。設問の表現と一致しないため誤答になります。
関連キーワード: DHCPオプション, サブネットマスク, デフォルトゲートウェイ, WPAD, TTL
設問3：〔冗長化方式の検討〕について、(1)、(2)に答えよ。
（1）図2中の①DHCPDISCOVERと④DHCPREQUESTは、全てのDHCPサーバで受信される。その通信方式を答えよ。
模範解答
ブロードキャスト
解説
解答の論理構成
- 図2のシーケンスでは、①「DHCPDISCOVER」および④「DHCPREQUEST」を
“PC→ DHCPサーバ1 / PC→ DHCPサーバ2” の両方向矢印で示しています。問題文でも
「図2中の①DHCPDISCOVERと④DHCPREQUESTは、全てのDHCPサーバで受信される」
と明記されています。 - 受信側が “全てのDHCPサーバ” になるため、送信側であるPCは特定の宛先IPアドレスを指定できません。クライアントはまだ自身のIPアドレスもサーバのIPアドレスも知らない段階なので、レイヤ3のユニキャスト通信は不可能です。
- DHCPの標準仕様では、この段階のメッセージは IPv4 の 255.255.255.255（全ホスト宛）を宛先とするブロードキャストで送信します。
- 以上より、①と④の通信方式は「ブロードキャスト」となります。
誤りやすいポイント
- UDPプロトコルを答えると誤り
「DHCPメッセージは…cプロトコルで送信される」の空欄が別途あるため混同しやすいですが、設問が求めているのは“通信方式”です。 - マルチキャストと混同
DHCPDISCOVER などはサーバ集合を意識した通信ですが、IPv4 DHCP ではマルチキャストアドレスを使いません。 - “ユニキャストでも届くのでは？”という思い込み
IPアドレス未取得の状態ではユニキャスト送信ができない点を見落としやすいです。
FAQ
Q: DHCPREQUEST も IP アドレス取得後ならユニキャストになるのでは？
A: IP アドレス確定後の DHCPREQUEST はユニキャストが可能ですが、図2④はまだ確定前のフェーズ（DISCOVER/OFFER 後すぐ）なのでブロードキャストです。
A: IP アドレス確定後の DHCPREQUEST はユニキャストが可能ですが、図2④はまだ確定前のフェーズ（DISCOVER/OFFER 後すぐ）なのでブロードキャストです。
Q: ブロードキャストはレイヤ2とレイヤ3のどちらを指していますか？
A: 通常はレイヤ2で全MACアドレス FF:FF:FF:FF:FF:FF、レイヤ3で 255.255.255.255 を同時に用いる“リンク内ブロードキャスト”を意味します。
A: 通常はレイヤ2で全MACアドレス FF:FF:FF:FF:FF:FF、レイヤ3で 255.255.255.255 を同時に用いる“リンク内ブロードキャスト”を意味します。
Q: IPv6 の DHCPv6 もブロードキャストですか？
A: IPv6 ではマルチキャスト（FF02::1:2 など）を使用します。本問は IPv4 DHCP の話です。
A: IPv6 ではマルチキャスト（FF02::1:2 など）を使用します。本問は IPv4 DHCP の話です。
関連キーワード: DHCP, ブロードキャスト, IPアドレス自動設定, UDP, OSI第2層
設問3：〔冗長化方式の検討〕について、(1)、(2)に答えよ。
（2）図2中の④DHCPREQUESTの内容から、2台のDHCPサーバが知ることができるDHCPOFFERの結果について、20字以内で述べよ。
模範解答
自身の提案が受け入れられたかどうか
解説
解答の論理構成
- 図2の④には「DHCPREQUEST（DHCPサーバ1に構成情報の要求） PC→ DHCPサーバ1 PC→ DHCPサーバ2 ●（PCが送出）」とあります。●は「PCが送出するフレームが一つであること」を示し、ブロードキャストで両DHCPサーバに届くことが分かります。
- DHCPREQUESTパケットには、PCが「どのDHCPOFFERを採用したか」を示す“Server Identifier”オプションが含まれます。
- したがって両サーバとも、自分の提案（DHCPOFFER）が採用されたか否かを把握できます。
- 以上から、要求どおり「2台のDHCPサーバが知ることができるDHCPOFFERの結果」は
➡️ 「自身の提案が受け入れられたかどうか」
となります。
誤りやすいポイント
- DHCPREQUESTを片方のサーバだけが受信するユニキャストと誤解する。図2の●記号と矢印の両方向を見落とさないよう注意が必要です。
- 「採用されたIPアドレスを知る」と答えてしまう誤答。サーバが判断できるのは「採用されたか否か」であり、IPアドレス自体は自分のOFFER内容で既知です。
- 「先に受信した提案を受け入れる」という注記1を読み飛ばし、選択基準を書いてしまう。
FAQ
Q: DHCPREQUESTをブロードキャストにする理由は何ですか？
A: 採用されなかったDHCPサーバにも通知し、リース管理情報を取り消させるためです。無駄なアドレス占有を防ぎます。
A: 採用されなかったDHCPサーバにも通知し、リース管理情報を取り消させるためです。無駄なアドレス占有を防ぎます。
Q: Server Identifierが入っていない場合はどうなりますか？
A: 再認識フェーズなど特殊なケースを除き、RFC上は必須です。識別子がなければどのサーバのOFFERを受け入れたか判断できません。
A: 再認識フェーズなど特殊なケースを除き、RFC上は必須です。識別子がなければどのサーバのOFFERを受け入れたか判断できません。
Q: 2台のサーバが同じIPを割り当てる可能性はありますか？
A: DHCPREQUESTで不採用側がリースを放棄するため競合は起きません。万一Race Conditionが起きてもARP Probeで検出する実装もあります。
A: DHCPREQUESTで不採用側がリースを放棄するため競合は起きません。万一Race Conditionが起きてもARP Probeで検出する実装もあります。
関連キーワード: DHCPREQUEST, ブロードキャスト, IPアドレスリース, 冗長化, フェイルオーバ
設問4：〔DHCPサーバとプロキシサーバの冗長化〕について、(1)、(2)に答えよ。
（1）図3中のDHCPサーバ1が、PCに提案すべきDNSサーバのIPアドレスを答えよ。また、そのDNSサーバに登録されるべきプロキシサーバのIPアドレスを答えよ。
模範解答
DNSサーバのIPアドレス：192.168.20.2
プロキシサーバのIPアドレス：192.168.20.3
解説
解答の論理構成
-
「PCでのインターネット利用の中断を避けるためには、PCがDHCPサーバから取得したIPアドレスをもつDNSサーバと、そのPCがDNSサーバで取得したIPアドレスをもプロキシサーバが同時に稼働している必要がある。」との記述より、
PCが受け取るDNSサーバとプロキシサーバは、同一物理サーバ上にあるペアでなければなりません。 -
図3では、物理サーバ1に
・「DHCPサーバ1（仮想サーバ） 192.168.20.1」
・「ローカルDNSサーバ1（仮想サーバ） 192.168.20.2」
・「プロキシサーバ3（仮想サーバ） 192.168.20.3」
が配置されています。したがって、DHCPサーバ1が提案するDNSサーバは「ローカルDNSサーバ1」である必要があります。 -
次に、「2台のプロキシサーバに同じホスト名を付与し、それぞれのDNSサーバのAレコードに、プロキシサーバのaを登録する。」とあるため、ローカルDNSサーバ1にはプロキシサーバ3のIPアドレスをAレコードとして登録します。
-
以上より、
・DNSサーバのIPアドレス：192.168.20.2
・プロキシサーバのIPアドレス：192.168.20.3
が正答となります。
誤りやすいポイント
- 図1の「社内DNSサーバ」を提案してしまう
→ 要件は“同一物理サーバ内のペア”であるため、図3の「ローカルDNSサーバ1」を選ぶ必要があります。 - プロキシサーバ1／2のIPアドレスを登録してしまう
→ これらは物理サーバ再利用後には存在しないため、図3の「プロキシサーバ3」「プロキシサーバ4」が正しい対象です。 - 192.168.20.1 をDNSとして設定してしまう
→ 192.168.20.1 は DHCPサーバ1 のアドレスであり、DNSサーバではありません。
FAQ
Q: ローカルDNSサーバ1 と 社内DNSサーバは何が違うのですか？
A: 「ローカルDNSサーバ1、2は、図1中の社内DNSサーバとは別に導入し、プロキシサーバ3、4の名前解決を行う。」とある通り、ローカルDNSサーバはプロキシサーバ専用の名前解決を担います。社内全体の名前解決は従来の社内DNSサーバが担当します。
A: 「ローカルDNSサーバ1、2は、図1中の社内DNSサーバとは別に導入し、プロキシサーバ3、4の名前解決を行う。」とある通り、ローカルDNSサーバはプロキシサーバ専用の名前解決を担います。社内全体の名前解決は従来の社内DNSサーバが担当します。
Q: DHCPサーバ1が停止した場合、PCはどのDNSサーバを使うのですか？
A: DHCPサーバ2から新たに構成情報を取得し、その際は「ローカルDNSサーバ2（192.168.20.12）」を使用します。各DHCPサーバは自サーバと同じ物理サーバ内のDNSを提案する仕組みです。
A: DHCPサーバ2から新たに構成情報を取得し、その際は「ローカルDNSサーバ2（192.168.20.12）」を使用します。各DHCPサーバは自サーバと同じ物理サーバ内のDNSを提案する仕組みです。
Q: プロキシサーバのホスト名は同一とのことですが、IPアドレスが違うと衝突しませんか？
A: DNSのAレコードをローカルDNSサーバ1と2で別々に持たせることで、同一ホスト名でも解決先が分散されます。クライアントは参照するDNSサーバによって異なるIPを受け取るため、衝突は発生しません。
A: DNSのAレコードをローカルDNSサーバ1と2で別々に持たせることで、同一ホスト名でも解決先が分散されます。クライアントは参照するDNSサーバによって異なるIPを受け取るため、衝突は発生しません。
関連キーワード: DHCP, DNS, Aレコード, サーバ冗長化, サーバ仮想化
設問4：〔DHCPサーバとプロキシサーバの冗長化〕について、(1)、(2)に答えよ。
（2）図3、4の構成としたとき、PCのWebブラウザでインターネットを利用する際に、社内DNSサーバを使用するサーバ又はPCのIPアドレスを、全て答えよ。
模範解答
192.168.20.3, 192.168.20.13
解説
解答の論理構成
- 社内DNSサーバを誰が利用するか
- 原文で、従来構成のプロキシに関して
「プロキシサーバ1、2は、優先DNSとして社内DNSサーバを、代替DNSとしてQ社のDNSサービスを利用している。」
と明言されている。
- 原文で、従来構成のプロキシに関して
- 仮想化後も同じDNS設定であることを確認
- 新構成について
「プロキシサーバ3、4には、図1中のプロキシサーバ1、2と同様のDNSの設定を行う。」
とある。したがってプロキシサーバ3、4も“優先DNS＝社内DNSサーバ”となる。
- 新構成について
- PCやローカルDNSサーバは社内DNSを直接参照しない
- PCはDHCPで取得した「ローカルDNSサーバ1 または 2」を参照するだけであり、社内DNSサーバは直接利用しない。
- ローカルDNSサーバ1、2については本文中に社内DNSサーバを参照する記述がないため対象外と判断する。
- 以上より、社内DNSサーバを使用するのはプロキシサーバ3、4のみであり、図3で示されたそれぞれのIPアドレス
「192.168.20.3」「192.168.20.13」
が解答となる。
誤りやすいポイント
- ローカルDNSサーバ1、2まで社内DNSサーバを参照していると読み違え、｢192.168.20.2｣や｢192.168.20.12｣を含めてしまう。
- 「PCが社内DNSを直接使う」と思い込み、PCのリースアドレス範囲「192.168.0.1〜192.168.0.254」を答えてしまう。
- IPアドレスを取り違え、「192.168.20.13」を「192.168.20.12」と誤記する。
FAQ
Q: ローカルDNSサーバ1、2は外部名称解決時にどこを参照しますか？
A: 問題文に上位DNSの指定がないため推測の域を出ません。設問で問われているのは「社内DNSサーバを使用する機器」であり、明確に記述があるプロキシサーバ3、4のみが対象です。
A: 問題文に上位DNSの指定がないため推測の域を出ません。設問で問われているのは「社内DNSサーバを使用する機器」であり、明確に記述があるプロキシサーバ3、4のみが対象です。
Q: PCを再起動しないと切替わらないのはなぜですか？
A: PCはDHCPで取得した構成情報（DNSサーバ／プロキシ名など）を保持します。障害発生後に再起動して再リースを受けることで、稼働中の物理サーバ側の情報に更新されます。
A: PCはDHCPで取得した構成情報（DNSサーバ／プロキシ名など）を保持します。障害発生後に再起動して再リースを受けることで、稼働中の物理サーバ側の情報に更新されます。
Q: 代替DNSとして「Q社のDNSサービス」を設定しているのに、なぜ社内DNSが優先になるのですか？
A: 「優先DNS」として設定されている限り、通常はそちらを最初に問い合わせます。応答が得られなかった場合にのみ「代替DNS」へフォールバックします。
A: 「優先DNS」として設定されている限り、通常はそちらを最初に問い合わせます。応答が得られなかった場合にのみ「代替DNS」へフォールバックします。
関連キーワード: DHCP, DNS, プロキシ, IPアドレス, 冗長化
