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◆レイヤ2の機器・レイヤ3の機器・レイヤ1〜7の機器

レイヤ2の機器(ブリッジ・スイッチ)


ハブ(HUB)は、受信したトラフィックを受信したポート以外の全てのポートに対して、無条件でコピーして転送します。


 つまり、通信相手が存在しないポートに対してもトラフィックを流してしまうことになります。このように必要のないトラフィックが流れてしまうと渋滞が起こりやすくなってしまいます。

この渋滞が起こりやすいエリアのこと、正式にはセグメントのことをコリジョンドメインと言います。

 コリジョンドメイン内のホストの台数が増えると、必然的に衝突(コリジョン)が発生する確率が高くなってきます。送信するタイミング悪ければ、同じコリジョンドメイン内のホストから送信されたパケットと衝突を起こしてしまいます。

 コリジョンが多く発生するとネットワークのパフォーマンスが悪くなります。そして、最悪の場合、ネットワークがダウンしてしまうのです。


コリジョンの発生を抑え、限られた帯域幅を有効に活用するには、コリジョンドメインを分割する必要があります。

 コリジョンドメインを分割することで、コリジョンドメイン内のホストの台数を減らすことができます。その結果、衝突の確率を下げることができます。

ブリッジやスイッチは、このコリジョンドメインを分割するための装置で、データリンク層で動作します。

●ハブとスイッチの動作

 ブリッジ、スイッチでは、送受信するフレームをMACアドレステーブルで管理します。その為、どのポートにどの機器がつながっているのか理解しています。

 MACアドレス(Media Access Control address)とは、ネットワーク上の各ノードを識別するための番号で、NICに書き込まれているハードウェア固有の物理アドレスのことです。


 イーサネットでは、送信するフレーム内に、送信元MACアドレス、宛先MACアドレスを含める仕様になっています。ブリッジや、スイッチは、このMACアドレスを学習することで、宛先ホストにつながるポートにだけにフレームを転送し、不要なフレームを他のポートに流さないことで、ブロードキャストドメインを分割しています。

 ただし、宛先が全てを対象とするブロードキャスト(FF:FF:FF:FF:FF:FF)は、転送します。ブロードキャストを流さないようにするには、ルータが必要になります。


◆ブロードキャストドメインを分割する

 ブリッジ、スイッチは、コリジョンドメインを分割しますが、宛先が全てを対象とするブロードキャスト(FF:FF:FF:FF:FF:FF)は、転送してしまいます。

 ネットワーク内には、宛先MACアドレスが、(FF:FF:FF:FF:FF:FF)のブロードキャストが多く流れています。代表例が、ARP要求です。ARPとは、宛先コンピュータのMACアドレスを知りたい場合に行われるプロセスです。

 ブロードキャストが厄介なのは、ブロードキャストを受信する全てのホストが、このフレームを処理しなければならない点です。自分宛でなかったとしても処理しなければなりません。

 ブロードキャストを制御してネットワークのパフォーマンスを上げるには、ルータが必要になります。ルータは、デフォルトでブロードキャストをブロックするようになっています。

ルータは、ブロードキャストを流さないことで、ブロードキャストドメインを分割することができます。

 ブロードキャストドメインを分割することで、確かにネットワークのパフォーマンスを上げることができますが、これは宛先が決まっているユニキャストの時だけです。ブロードキャストトラフィックは、所属するブロードキャストドメイン内に流れます。しかし、ブロードキャストドメインを分割することでブロードキャストドメインのサイズが小さくなり、ブロードキャストがネットワークに及ぼす悪影響を少なくすることができます。

 ブロードキャストで、気を付けなければならないのは、誤って、ループ状にしないということです。ループ状にネットワークを構築してしまうとブロードキャストストームが発生し、転送が無限に繰り返されることになります。


レイヤ3の機器(ルータ)


◆経路の決定

 ルータは、経路を決める重要な機器です。受信するIPパケットから宛先ネットワークアドレスを求め、転送するインタフェースを決定します。


 送信するパケットが、目的地に到達するのは、ルータのこの仕組みによって宛先ネットワークへ届けられるためです。ルータは、異なるネットワークを相互接続し、経路制御(ルーティング)を行います。

 また、ルータは、様々なサービスも提供します。製品によって様々ですが、WANへの接続を提供したり、パケットをフィルタリンクすることでファイヤウォールとして動作させたり、DHCPサーバとして動作させることもできます。


◆レイヤ3スイッチ

 基本的には、ルータとほぼ同じようなことが行える機器がレイヤ3スイッチです。ルータとレイヤ3スイッチの大きな違いは、ルーティング処理をソフトウェアで行うかハードウェアで行うかです。

 レイヤ3スイッチは、処理の一部、もしくは、全部をASICと呼ばれる専用のハードウェアで行っています。そのため、全ての処理をCPUで行わせるソフトウェアと異なり、高速にパケットを処理することができます。

 レイヤ3スイッチの値段が手ごろになってきたことや、ネットワークの構築が、イーサネットが主流になったことから、たくさんイーサネットのポートを備えるレイヤ3スイッチが人気を集めています。1ポートあたりの単価が安く済み、コストパフォーマンスに優れます。

ただし、レイヤ3スイッチは、イーサネットに特化した製品が多く、ルータの方が一般的に機能が豊富です。


レイヤ1〜7の機器(ゲートウェイ)


 ゲートウェイは、異なるプロトコル同士を相互に接続を行う装置です。プロトコルが異なるデータを相互に変換することで、通信を可能します。

 ゲートウェイは、レイヤ1〜レイヤ7の全ての層を認識し、伝送方式の違いを吸収して異機種間の通信を可能にすします。一般的には、レイヤ4(トランスポート層)以上の中継を行う装置を指します。

 ゲートウェイは、専用のハードウェアで行うものとOS上でゲートウェイのサービスプログラムを実行するソフトウェアで行うものがあります。

 ネットワーク上に存在するコンピュータは、Windowsを搭載するコンピュータだけではありません。UNIXやMacintosh、NetWareなどのOSを搭載したコンピュータも存在します。これらコンピュータを相互接続するには、ゲートウェイを介して通信を行います。

ネットワークの出入り口となるデフォルトゲートウェイとは、役割が違うので注意して下さい。
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