シスコ IOS

インターネットワーキングオペレーティングシステム^[2]（IOS）は、シスコシステムズが製造するいくつかのルータおよびネットワークスイッチモデルで使用される独自のネットワークオペレーティングシステムのファミリです。このシステムは、ルーティング、スイッチング、インターネットワーキング、および通信機能をマルチタスクオペレーティングシステムに統合したパッケージです。IOSコードベースには協調型マルチタスクカーネルが含まれていますが、ほとんどのIOS機能はシスコ製品で使用するためにLinuxやQNXなどの他のカーネルに移植されています。

すべての Cisco ネットワーク製品が IOS を実行するわけではありません。例外として、IOS XE を実行する一部のCisco Catalystスイッチ、およびIOS XE またはIOS XR を実行するCisco ASRルータがあります。これらは両方とも Linux ベースのオペレーティング システムです。データ センター環境では、Cisco Nexusスイッチ (イーサネット) と Cisco MDS スイッチ (ファイバ チャネル) の両方が、同じく Linux ベースのオペレーティング システムである Cisco NX-OSを実行します。

IOSネットワークオペレーティングシステムは、スタンフォード大学のウィリアム・イェーガーが書いたコードから作成されました。 ^{[3] [4] [5]}このコードは、1980年代に256kBのメモリと低いCPU処理能力を持つルータ向けに開発されました。モジュール拡張を通じて、IOSはハードウェア機能の増加と新しいネットワークプロトコルに適応してきました。^{[6] IOSが開発されたとき、シスコシステムズの主な製品ラインはルータでした。同社は、最初のイーサネットスイッチを発明した}カルパナなど、ネットワークスイッチに焦点を当てた多くの新興企業を買収したため、シスコのスイッチは当初IOSを実行していませんでした。IOS以前は、Cisco CatalystシリーズでCatOSが実行されていました。^[7]

IOSコマンドライン インターフェイス(CLI) は、複数語のコマンドの固定セットを提供します。使用可能なセットは、「モード」と現在のユーザーの権限レベルによって決まります。「グローバル コンフィギュレーション モード」では、システムの設定を変更するコマンドが提供され、「インターフェイス コンフィギュレーション モード」では、特定のインターフェイスの設定を変更するコマンドが提供されます。すべてのコマンドには、0 から 15 までの権限レベルが割り当てられており、必要な権限を持つユーザーのみがアクセスできます。CLI を通じて、各権限レベルで使用可能なコマンドを定義できます。

IOS のほとんどのビルドにはTclインタープリタが含まれています。組み込みのイベント マネージャ機能を使用すると、インタープリタをスクリプト化して、インターフェイス障害や定期的なタイマーなどのネットワーク環境内のイベントに反応させることができます。

利用可能なコマンドモードは次のとおりです: ^[8]

• ユーザーEXECモード
• 特権 EXEC モード
• グローバル設定モード
• ROM モニター モード
• セットアップモード

100 を超える構成モードとサブモードがあります。

Cisco IOS は、1980 年代のルータやスイッチのハードウェア リソースが限られていたため、モノリシックアーキテクチャを採用しています。つまり、すべてのプロセスがハードウェアに直接アクセスして CPU 処理時間を節約します。プロセス間にはメモリ保護はなく、IOS には実行完了スケジューラがあります。つまり、カーネルは実行中のプロセスをプリエンプトしません。代わりに、プロセスは他のプロセスが実行する機会を得る前にカーネル呼び出しを行う必要があります。IOS は各プロセスを 1 つのスレッドと見なし、それに優先度値を割り当てます。そのため、高優先度プロセスはキューに入れられた低優先度プロセスよりも先に CPU 上で実行されますが、高優先度プロセスは実行中の低優先度プロセスに割り込むことはできません。^[6]

Cisco IOS モノリシック カーネルは、異なるプロセスのデータに対するメモリ保護を実装していません。物理メモリ全体が 1 つの仮想アドレス空間にマップされます。Cisco IOS カーネルはメモリページングやスワッピングを実行しません。したがって、アドレス指定可能なメモリは、オペレーティング システムがインストールされているネットワーク デバイスの物理メモリに制限されます。ただし、IOS は、重複した仮想メモリ コンテンツを同じ物理メモリにエイリアスすることをサポートしています。このアーキテクチャは、システム パフォーマンスを確保し、オペレーティング システムの動作オーバーヘッドを最小限に抑えるために Cisco によって実装されました。^[6]

IOSアーキテクチャの欠点は、オペレーティングシステムの複雑さが増すこと、あるプロセスが別のデータの上書きをするためデータが破損する可能性があること、またあるプロセスがオペレーティングシステム全体を不安定にしたり、ソフトウェアによる強制クラッシュを引き起こしたりする可能性があることです。IOSがクラッシュした場合、オペレーティングシステムは自動的に再起動し、保存された構成を再読み込みします。^[6]

Cisco IOS のすべてのバージョンでは、パケット ルーティングと転送(スイッチング) は別個の機能です。ルーティングおよびその他のプロトコルは Cisco IOS プロセスとして実行され、ルーティング情報ベース (RIB) に寄与します。これが処理されて最終的な IP 転送テーブル (FIB、転送情報ベース) が生成され、ルータの転送機能によって使用されます。ソフトウェアのみの転送機能を備えたルータ プラットフォーム (Cisco 7200 など) では、アクセス コントロール リストのフィルタリングや転送を含むほとんどのトラフィック処理は、 Cisco Express Forwarding (CEF) または dCEF (分散 CEF) を使用して割り込みレベルで実行されます。つまり、 IOS はパケットを転送するためにプロセスコンテキスト スイッチを実行する必要がありません。OSPFやBGPなどのルーティング機能はプロセス レベルで実行されます。Cisco 12000 シリーズなどのハードウェア ベースの転送機能を備えたルータでは、IOS はソフトウェアで FIB を計算し、それを転送ハードウェア ( ASICやネットワーク プロセッサなど) にロードします。このハードウェアが実際のパケット転送機能を実行します。

インターフェイス記述子ブロック (IDB) は、メモリの一部、または Cisco IOS 内部データ構造であり、IP アドレス、インターフェイスの状態、ネットワーク データのパケット統計などの情報が含まれています。Cisco IOS ソフトウェアは、特定の Cisco スイッチまたはルータの各ハードウェア インターフェイスに対して 1 つの IDB を維持し、各サブインターフェイスに対して 1 つの IDB を維持します。システム内に存在する IDB の数は、Cisco ハードウェア プラットフォームの種類によって異なります。

スイッチ上の物理および論理インターフェイスは、拡張または短縮されたポート記述名で参照されます。スロット、モジュール、およびインターフェイスの番号付けと組み合わせることで、そのインターフェイスへの一意の参照が作成されます。

IOS は、特定の Cisco ネットワーク デバイス用にコンパイルされた固有のファイルとして出荷されます。したがって、各 IOS イメージには機能セットが含まれており、これによってさまざまな Cisco デバイスで使用できるコマンドライン インターフェイス (CLI) コマンドと機能が決定されます。したがって、別の機能セットにアップグレードするには、ネットワーク デバイスに新しい IOS イメージをインストールし、IOS オペレーティング システムを再ロードする必要があります。Cisco デバイスで実行されている IOS バージョンと機能セットに関する情報は、show versionコマンドで取得できます。^[6]

IOS を実行するほとんどの Cisco 製品には、1 つ以上の「機能セット」または「パッケージ」があり、通常、Cisco ルータの場合は 8 つのパッケージ、Cisco ネットワーク スイッチの場合は 5 つのパッケージがあります。たとえば、Catalyst スイッチで使用することを目的とした Cisco IOS リリースには、「標準」バージョン (基本的な IP ルーティングのみを提供)、「拡張」バージョン (完全なIPv4ルーティング サポートを提供) 、および「高度な IP サービス」バージョン (拡張機能とIPv6サポートを提供) があります。^[9]

シスコは、ISR ルータの 1900、2900、3900 シリーズから、IOS のライセンス モデルを改訂しました。^[要出典]機能セットの拡張プロセスを簡素化し、ネットワーク オペレーティング システムのリロードの必要性を減らすために、シスコは、デバイスで使用可能なすべての機能を含むユニバーサル IOS イメージを導入しました。顧客は、追加のソフトウェア ライセンスを購入することで、特定の機能のロックを解除できます。^[10]特定の機能に必要な正確な機能セットは、Cisco Feature Navigator を使用して判断できます。ルータには IP Base がインストールされており、追加の機能パック ライセンスをボルトオンとしてインストールして、デバイスの機能セットを拡張できます。使用可能な機能パックは次のとおりです。

• データには、 BFD、IP SLA、IPX、L2TPv3、モバイル IP、MPLS、SCTPなどの機能が追加されます。
• セキュリティには、VPN、ファイアウォール、IP SLA、NAC などの機能が追加されます。
• Unified Comms には、 CallManager Express、Gatekeeper、H.323、IP SLA、MGCP、SIP、VoIP、CUBE (SBC) などの機能が追加されます。

IOSイメージはソフトウェアのバグ修正で更新することができません。IOSの脆弱性を修正するには、オペレーティングシステム全体のバイナリファイルをロードする必要があります。^[11]

Cisco IOS のバージョンは、一般的な形式ab(cd)eで、3 つの数字といくつかの文字を使用して付けられます。

• a はメジャーバージョン番号です。
• b はマイナーバージョン番号です。
• cはリリース番号で、1 から始まり、新しいリリースがリリースされるたびに増加します ( ab train と同じ)。^{[説明が必要]}「Train」は、Cisco 用語で「Cisco ソフトウェアを特定のプラットフォームと機能のセットに配信するための手段」を意味します。
• d (一般リリースでは省略) は暫定ビルド番号です。
• e (0、1、または 2 文字) は、ソフトウェア リリース トレインの識別子です。たとえば、none (メインラインを指定します。以下を参照)、T (テクノロジー)、E (エンタープライズ)、S (サービス プロバイダー)、XA (特殊機能トレイン)、XB (別の特殊機能トレイン) などです。

リビルド– リビルドは、特定の IOS バージョンの特定の問題または脆弱性を修正するためにコンパイルされることがよくあります。たとえば、12.1(8)E14 はリビルドで、14 は 12.1(8)E の 14 回目のリビルドを表します。リビルドは、欠陥を迅速に修復するため、またはデバイス上で重要なインフラストラクチャを実行している可能性があるため、変更とリスクを最小限に抑えることを好む、以降のメジャー リビジョンにアップグレードしたくない顧客を満足させるために作成されます。

暫定リリース– 通常は毎週作成され、現在の開発作業のロールアップを形成します。Cisco アドバイザリ Web サイトには、関連する問題を修正するための暫定リリースが複数リストされる場合があります (その理由は一般には不明です)。

メンテナンス リリース– 厳密にテストされたリリースで、拡張機能とバグ修正が含まれています。シスコでは、可能な場合は、暫定リリースや再構築リリースよりもメンテナンス リリースにアップグレードすることをお勧めします。

シスコは、「列車は、シスコのソフトウェアを特定のプラットフォームと機能に配信するための手段です。」と述べています。^[9]

Cisco IOSリリース15より前のリリースは、それぞれ異なる機能セットを含む複数のトレインに分割されていました。トレインは、シスコがターゲットとする異なる市場または顧客グループに多かれ少なかれマッピングされます。^[9]

• メインライントレインは、会社が提供できる最も安定したリリースとなるように意図されており、その機能セットは存続期間中に拡張されることはありません。アップデートは、製品のバグを修正するためにのみリリースされます。以前のテクノロジ トレインは、現在のメインライン トレインのソースになります。たとえば、12.1T トレインは 12.2 メインラインのベースになります。したがって、特定のメインライン リリースで利用可能な機能を確認するには、以前の T トレインのリリースを確認します。^{[12] : 6}
• T -テクノロジートレインは、その存続期間中に新機能とバグ修正が追加されるため、メインラインよりも安定性が低くなる可能性があります。(Cisco IOS リリース 12.0 より前のリリースでは、Pトレインはテクノロジー トレインとして機能していました。) シスコでは、特定の T トレインの新しい IOS 機能を緊急に実装する場合を除き、実稼働環境での T トレインの使用は推奨していません。^{[12] : 6}
• S -サービスプロバイダートレインは、同社のコアルーター製品上でのみ実行され、サービスプロバイダー顧客向けに大幅にカスタマイズされています。[ ^{12] : 6}
• E-エンタープライズトレインは、エンタープライズ環境での実装向けにカスタマイズされています。^{[12] : 6}
• Bブロードバンドトレインは、インターネットベースのブロードバンド機能をサポートします。[ ^{12] : 6}
• X * (XA、XBなど) – 特別リリーストレインには、特定のバグを修正したり、新機能を提供したりするために設計された1回限りのリリースが含まれています。これらは最終的に上記のトレインのいずれかに統合されます。^{[12] : 15}

特定のニーズに合わせて設計された他のトレインも時々ありました。たとえば、12.0AA トレインには、Cisco の AS5800 製品に必要な新しいコードが含まれていました。

Cisco IOS リリース 15 以降では、M/T トレインという 1 つのトレインのみがあります。このトレインには、拡張メンテナンス リリースと標準メンテナンス リリースの両方が含まれます。Mリリースは拡張メンテナンス リリースであり、Cisco は44 か月間バグ修正を提供します。T リリースは標準メンテナンス リリースであり、Cisco は 18 か月間バグ修正のみを提供します。

IOS は特定の用途 (例: CHAP認証)で平文パスワードを知る必要があるため、CLI にデフォルトで入力されるパスワードは「」などの「タイプ 7」暗号文として弱い暗号化が行われます。これは、ルーターの設定を表示する際の「ショルダー サーフィン」攻撃を防ぐために設計されたもので、安全ではありません。1995 年から利用可能な「getpass」または「ios7crypt」というソフトウェアを使用して簡単に復号化できます。^[13]この最近のバージョンでは、パスワードは「key chain」コマンドを使用してルーターで復号化され、タイプ 7 パスワードをキーとして入力し、「show key」コマンドを発行できます。上記の例では、「stupidpass」に復号化されます。^[14]ただし、プログラムは「タイプ 5」パスワードまたはコマンドで設定されたパスワード(ソルト付きMD5 ハッシュを使用) を復号​​化しません。^[15]Router(config)#username jdoe password 7 0832585B1910010713181Fenable secret

シスコは、すべてのCisco IOSデバイスに認証、認可、アカウンティング（AAA）セキュリティモデルを実装することを推奨しています。AAAはローカル、RADIUS、およびTACACS+データベースを使用できます。ただし、緊急事態に備えてローカルアカウントが必要になることがよくあります。^[16]

2005年7月のBlack Hat Briefingsカンファレンスで、当時インターネットセキュリティシステムズに勤務していたマイケル・リン氏がIOSの脆弱性に関する情報を発表しました。 ^[17]シスコはすでにパッチを公開していましたが、欠陥を公開しないよう求めました。^[18]シスコは訴訟を起こしましたが、さらなる公開を防ぐための差し止め命令が出されたため和解しました。^[19]

IOS がデバイスから段階的に廃止されるにつれて、IOS-XE ではデフォルトの更新など、多くの改善が採用されました。一部のユースケースでは、シークレットを一方向ハッシュとして保存できるようになりました。

Cisco CRS-1などの非常に高い可用性を必要とするシスコ製品の場合、モノリシックカーネルの制限は受け入れられませんでした。さらに、ジュニパーのJunos OSなど、IOS の 10 ～ 20 年後に登場した競合のルータオペレーティングシステムは、これらの制限がないように設計されていました。^[20]シスコの対応は、モジュール性、プロセス間のメモリ保護、軽量スレッド、プリエンプティブスケジューリング、障害が発生したプロセスを個別に再起動する機能、サービスプロバイダーネットワークでの使用に適した大規模な拡張性を備えた、まったく新しいオペレーティングシステムを開発することでした。 IOS XR 開発トレインでは、当初、リアルタイムオペレーティングシステムの マイクロカーネル( QNX ) を使用していましたが、カーネルが提供する機能を活用できるように、IOSソースコードの大部分が書き直されました。 2005 年、シスコは12000 シリーズのネットワークルータに Cisco IOS XR ネットワークオペレーティングシステムを導入し、マイクロカーネルアーキテクチャを CRS-1 ルータからシスコの広く導入されているコアルータに拡張しました。 Cisco IOS XR のリリース 6.x 以降、QNX は廃止され、Linux が採用されました。モジュール性に重点を置いた初期の作業の一部は、モノリシック IOS をモジュール式 IOS に変更するきっかけとなり、マイクロカーネル アーキテクチャを IOS 環境に拡張しながらも、ソフトウェア アップグレード機能を提供しました。このアイデアは Catalyst 6500 でのみテストされ、限定的な公開で、要件が高すぎてプラットフォームの動作に重大な障害が発生したため、すぐに中止されました。

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