レイヤー 2 スイッチとレイヤー 3 スイッチの違いを理解する: 総合ガイド

2025 年 4 月 11 日

ジェイソンリーブス

現代のネットワークはますます複雑化しており、適切なネットワーク機器を選択することが非常に重要になっています。ネットワークエンジニアが行う最も基本的な決定の 2 つは、レイヤー 3 スイッチとレイヤー 2 スイッチのどちらを実装するかです。各スイッチタイプには、特定のネットワーク環境に合わせた利点、技術的機能、アプリケーションがあります。このガイドでは、これらの違いを区別して、ネットワーク要件に適した選択を行えるようにしています。この記事の目的は、さまざまな構成に最も適したスイッチタイプはどれかという問題を明確にすることです。レイヤー 3 スイッチとレイヤー XNUMX スイッチの違いを理解することは、小規模ビジネスネットワークまたは大規模なエンタープライズインフラストラクチャを最適化するために重要です。これらの違いにより、ネットワークの効率、拡張性、パフォーマンスが確保されます。

何がレイヤー2スイッチそしてそれはどのように機能しますか？

レイヤー 2 スイッチは、OSI モデルのデータリンクレベルで機能し、ローカルエリアネットワーク (LAN) 内でデータを転送する役割を担っています。レイヤー 2 スイッチは、MAC (メディアアクセス制御) アドレスを使用してデータパケットの宛先を識別し、正しいデバイスに転送されるようにします。レイヤー 2 スイッチは、MAC アドレスとポートの関連付けテーブルを構築し、接続されているすべてのデバイスに情報を配布することなくトラフィックを制御できるようにします。このような方法により、ネットワークの負荷が軽減され、全体的なパフォーマンスが向上します。レイヤー 2 スイッチは、同じネットワークセグメント内にあるデバイス間の通信をサポートするのに最適であり、ローカルエリアネットワークの基本的な構成要素になります。

なんてレイヤー2スイッチ運営はネットワーク

レイヤー 2 スイッチは、デバイスの MAC アドレスを使用してローカルエリアネットワーク内でデータをルーティングすることで機能します。着信フレームを追跡し、着信フレームの送信元 MAC アドレスを MAC アドレステーブルに保存し、この送信元 MAC アドレスを適切なポートに関連付けます。データを転送する際、スイッチは宛先 MAC アドレスの適切なポートをチェックし、不要なトラフィックなしでデータを直接データの受信者に送信できるようにします。このプロセスにより、不要なデータフローが削減され、XNUMX つのローカルエリアネットワークセグメント内の XNUMX 台以上のデバイス間の効率的な通信が保証されます。

の役割 Macアドレスレイヤー2スイッチ

レイヤ2スイッチの一部で、データフレームのスイッチング時にネットワークインターフェースコントローラ（NIC）として機能する。ネットワーク通信 MACアドレスはMACアドレスと深く結びついており、OSI図のデータリンク層まで深く浸透しています。すべてのMACアドレスは、ネットワークデバイスおよびインターフェースカードごとのIDとして機能します。レイヤ2スイッチでは、MACアドレスがMACアドレステーブルを形成する基盤となっています。このテーブルは、複数のMACアドレスを取得するための動的な検索エンジンとして機能します。スイッチはデータフレームを取得するとテーブルを、データグラムを取得するとテーブルを読み込み、これらのテーブルを使用してMACアドレスからポートをトレースし、ローカルエリアネットワーク内でのルーティングを最適化することが期待されています。 ___________ 現代のMACアドレスレイヤ2スイッチは数千のMACアドレスをサポートできるため、柔軟性と拡張性が向上します。例えば、デバイスの高密度展開を特徴とするエンタープライズグレードのスイッチの中には、3200を超えるMACアドレスを拡張できるものもあります。さらに、スイッチはエージング時間を実装または設定する場合があります。エージング時間中は、テーブル上の一定期間使用されていないMACアドレスがクリアされるため、メモリオーバーフローや効率低下の問題を回避することができます。

VLAN (仮想ローカルエリアネットワーク) セグメンテーションは、MAC アドレスに関連するもう 2 つのアクティビティです。MAC ベースのフィルタリングと VLAN タグ付けにより、レイヤー XNUMX スイッチは仮想ネットワークセグメント内のトラフィックフローを制御できるようになり、セキュリティとパフォーマンスが向上します。これらの機能は、MAC アドレスの機能が単なるデータ転送を超えて、非常に複雑なネットワークシステムでのトラフィックと通信の管理に積極的に関与していることを示しています。

レイヤー 2 スイッチは、ネットワークアクセスを強化し、ブロードキャストの量を削減し、情報フローを合理化するために MAC アドレス指定テクノロジを採用しており、現代のネットワークシステムにおいてスイッチが重要な役割を果たします。

の利点と制限レイヤー 2 スイッチ

レイヤー2スイッチの利点

ネットワーク効率の向上

レイヤー 2 スイッチは、ソフトウェアに依存するルーティング技術とは異なり、データパケットを転送するために時間効率の高い技術を採用した MAC アドレススキームによるハードウェアレベルのスイッチングを活用します。これにより、ネットワークの遅延が短縮され、微調整されたローカル環境に向けてパフォーマンスが向上します。

ネットワークトラフィックの最小化

レイヤー 2 スイッチは複数の衝突ドメインを作成し、効率的なネットワークセグメンテーションを実施して、同じブロードキャストドメイン内のデバイスとの通信でトラフィックをより自由に交換できるようにし、輻輳を軽減します。

お金の価値

レイヤー 2 スイッチは、レイヤー 3 スイッチやルーターに比べて安価です。そのため、効率的で経済的なネットワークデバイスを求めている中小企業に適しています。

インストールと構成の複雑さを軽減

通常、レイヤー 2 スイッチを動作させるには基本的な構成のみが必要であるため、ネットワーク管理者は他の上位レイヤーのスイッチに比べてデバイスのインストールが容易になります。

VLAN サポート機能

仮想ローカルエリアネットワーク (VLAN) のサポートは、レイヤー 2 スイッチでは一般的です。これにより、ネットワークをセグメント化し、XNUMX つの物理ネットワークインフラストラクチャ内で論理グループをより適切に管理できるようになり、保守が容易になります。

LANの拡張性の向上

レイヤー 2 スイッチを使用すると、IT 部門は大規模な再構成を行わずにローカルエリアネットワークを拡張できるため、組織はビジネスの成長に合わせて同期できます。

レイヤー2スイッチの課題

VLAN間通信の制限付きサポート

レイヤー 2 スイッチはデータリンクアクティビティに限定されており、VLAN 間ルーティングを完了できないため、VLAN 通信にはルーターまたはレイヤー 3 スイッチが必要です。

放送トラフィックの増加

ブロードキャストドメイン内では、レイヤー 2 スイッチは双方向トラフィックを転送します。このアクティビティは帯域幅を消費し、多数のデバイスがある大規模ネットワークではパフォーマンスを低下させ、オーバーヘッドの増加につながります。

ネットワーク内の相互接続ポイントとしてスイッチを使用すると、レイヤー 2 MAC アドレスが保護されていない場合に外部攻撃に対して脆弱になるなどの弱点があるため、セキュリティ上の重大な懸念が生じます。

レイヤー 2 スイッチは単一のブロードキャストドメイン内に留まるため、ARP スプーフィングや MAC フラッディングなどの外部攻撃を受けやすくなり、ネットワークの整合性とセキュリティが損なわれます。

高度なルーティングオプションの欠如

レイヤー 3 デバイスは、レイヤー 2 スイッチとは異なり、ネットワークの複雑なトポロジに不可欠な動的ルーティングプロトコル (OSPF や BGP など) に対応しています。したがって、高度な再ルーティングオプションはレイヤー 2 スイッチでは管理されません。

広域ネットワークには適用されません

小規模から中規模のネットワークを容易にするには、レイヤー 2 で動作することが便利なオプションです。ただし、ネットワーク間通信やルーティングの制限により、大規模ネットワークには高度なデバイスが必須となり、これらのスイッチは適していません。

これらの長所と短所を考慮することで、ネットワーク設計者はパフォーマンス、スケーラビリティ、セキュリティのニーズを満たしながら、インフラストラクチャ内にレイヤー 2 スイッチを戦略的に配置できるようになります。

どのようにレイヤー3スイッチ異なるレイヤー2スイッチ?

理解するレイヤ 3 ルーティング機能

レイヤー 3 スイッチとレイヤー 2 スイッチの決定的な違いは、レイヤー 3 スイッチがルーティング機能を実行する能力です。レイヤー 2 スイッチは、適切なドメインから関連する MAC アドレスにデータを転送することにより、3 つのネットワーク内でのみ動作しますが、レイヤー 3 スイッチは、IP アドレスを使用して異なるネットワーク間でトラフィックをルーティングできます。ルーティングを実行する能力により、特にネットワークのセグメント化と効率性において、意思決定が向上します。レイヤー 2 スイッチは、レイヤー 3 デバイスのスイッチング機能と通常のルーターのルーティング機能の両方を実行するデバイスであるため、レイヤー 3 スイッチは標準のルーターよりも多用途です。これらの特性により、レイヤー XNUMX スイッチは、ネットワーク内およびネットワーク間の通信が大量に必要なエンタープライズ環境で優れた性能を発揮します。

比較レイヤー2とレイヤー3 in ネットワークパフォーマンス

レイヤー 2 およびレイヤー 3 のネットワークパフォーマンスに関しては、それらの特定の機能とアプリケーションを理解することが最も重要です。たとえば、レイヤー 2 デバイスである標準スイッチはデータリンク層内に存在し、ローカルエリアネットワークまたは VLAN 内で MAC アドレスを使用してフレームを転送することによって動作します。これらのデバイスは、宛先アドレスの処理を改善するサブネット内の通信などのネットワーク内アクティビティに関与しているため、高速で遅延がほとんどありません。ただし、レイヤー 2 にはルーティング機能がないため、異なるネットワークまたはサブネット内のトラフィックの管理には大きな欠点があります。

しかし、ルータやレイヤ3スイッチなどのレイヤ3デバイスはネットワーク層で動作し、パケット転送を伴うIPアドレス指定方式を採用しています。レイヤ3スイッチは、レイヤ2スイッチングのハードウェア速度とIPルーティングを統合しているため、より高速で効率的です。インターネットネットワークを提供できるように通信。これにより、ネットワークセグメントの作成、動的ルーティングの実装、トラフィックの優先順位付けが可能になり、高度なマルチサブネット環境を扱う必要がある企業では、全体的なパフォーマンスが向上します。

ブロードキャストストームや大規模展開における最適とは言えないトラフィック管理の点では、レイヤー 2 ネットワークのパフォーマンスは低下する可能性があります。一方、サブネット化を使用すると、レイヤー 3 デバイスのトラフィックを分離するのに役立つ論理的なセグメンテーションが提供されます。レイヤー 3 スイッチを実装すると、パケット配信とトラフィック管理が改善されるため、大規模環境でのネットワーク輻輳が最大 30% 削減されることが実証されています。

レイテンシとスループットはどちらも重要なパフォーマンス指標ですが、レベルによっても異なります。全体的に、レイヤー 2 ソリューションは、マイクロ秒レベルのレイテンシを持つ単一のブロードキャストドメインではより効率的です。ただし、ネットワークが拡張され、ルーティングが必要になると、レイヤー 3 デバイスは、他のデバイスよりもはるかに高い効率でサブネットを相互接続できます。これは、レイテンシの追加を最小限に抑えて実現します。追加されるレイテンシの量は、多くの場合、ミリ秒単位で測定され、ハードウェア仕様と転送速度に基づいて推測されます。

レイヤー 3 およびレイヤー 2 デバイスの信頼性は、ネットワークの特定の要件に依存します。基本的なローカル通信の場合、レイヤー 2 ソリューションは実用的で、実装も高速です。より複雑で、より大規模な相互接続や、より動的なネットワークの場合、レイヤー 3 は、パフォーマンスの向上とともに、より優れたスケーラビリティと制御を可能にします。

いつ使用するかレイヤー3スイッチあなたの中でネットワーク

高速データ転送と高度なネットワークレベルのルーティングが必要な場合、レイヤー 3 スイッチが最も効果的です。このタイプのスイッチングデバイスは、レイヤー 2 (データリンク層) とレイヤー 3 (ネットワーク層) の両方の機能を提供します。そのため、複雑なネットワークを低遅延で管理できます。エンタープライズレベルのネットワーク、トラフィック量の多いデータセンター、VLAN (仮想ローカルエリアネットワーク) 間で情報をシームレスに転送する必要がある状況に最適です。

異なるサブネットワークを使用する大企業やキャンパスでは、レイヤ 3 スイッチのメリットを大いに享受できます。レイヤ 3 スイッチでは、VLAN 間ルーティングを通じてハードウェアレベルでトラフィックを制御できるため、過剰なデータフローによって発生するボトルネックを解消できます。さらに、専用ルーターをなくすことで、全体的なパフォーマンスが向上します。レポートによると、レイヤ 1 スイッチングは、デバイスの機能に応じて 100 ～ XNUMX Gbps のスループットを達成できます。これは、VoIP やビデオストリーミングなどの帯域幅を大量に消費するアプリケーションや、大量のデータ転送に最適です。

同様に重要なのは、レイヤー 3 スイッチには通常、サービス品質 (QoS)、アクセス制御リスト (ACL)、トラフィックシェーピングなどの追加機能があり、ネットワークを介したデータフローのセキュリティ保護、優先順位付け、および制御を正確に実行できることです。このような対策は、機密性が高く生命に関わるデータを扱う金融機関や専門の医療施設など、ネットワークの信頼性要件が厳しく厳しい企業にとって不可欠です。

最新のレイヤー 3 スイッチには、拡張機能を含む手頃な価格のパッケージ内でスケーラブルな実装オプションが用意されているため、コストと価値は重要な考慮事項です。一般的なレイヤー 2 スイッチに比べて初期コストは高くなりますが、運用効率、レイテンシの低さ、ハードウェア範囲の縮小により、時間の経過とともに費用が相殺されることがよくあります。

結論として、高速データ処理とルーティングを補完する高密度で柔軟なネットワークを必要とする分野では、レイヤー 3 スイッチをインフラストラクチャに統合する必要があります。これらのスイッチによって提供されるネットワークパフォーマンス、セキュリティ、および管理性は、現代のネットワークアーキテクチャの中核となる要素です。

レイヤー2スイッチを構成する最適なパフォーマンスのために

必須のステップレイヤーの設定 2設定

スイッチの初期設定

まず、管理 IP 経由でスイッチに接続します。デバイスのメーカーに応じて、コンソールアクセスまたは SSH を介して接続できます。前述したように、スイッチ管理インターフェイスの静的 IP アドレスとサブネットマスクを適切に設定することが重要です。リモート管理の場合は、管理 VLAN を VLAN 1 192.168.1.2/24 に設定することをお勧めします。

VLANの作成と割り当て

VLAN は、レイヤー 2 でのセグメント化とトラフィック分離の目的で使用されます。コマンドラインインターフェイス (CLI) にログインし、必要に応じて VLAN を作成し、ポートを割り当てます。仮想的なユースケースでは、ポート 10 ～ 1 に VLAN 10「会計」を作成し、ポート 20 ～ 11 に VLAN 20「販売」を作成することができます。このようなセグメント化により、セキュリティが強化され、トラフィックの最適化が向上します。

スパニングツリープロトコル (STP) を有効にする

STP を有効にすると、ネットワーク内のループが排除されます。スイッチの範囲を考慮すると、ほとんどのスイッチでは RSTP (RIspr-SPanning Tree Protocol) がすぐに有効になっています。そのステータスを確認し、ルートブリッジに適切な優先度を設定してください。重要なスイッチについては、ルートブリッジ選択の優先度を低く設定するのが賢明です。これにより、冗長性を確保しながらダウンタイムを短縮できます。

ポートセキュリティを構成する

ポートセキュリティを適用して、ネットワークアクセスを制御し、ネットワークの規律を改善します。ポートあたりの MAC アドレスの最大数の制限を設定し、許可されるアドレスを定義します。たとえば、ポート 5 を特定の MAC アドレスのみを許可するように構成し、侵入の可能性があるデバイスのアクセスを制限します。

サービス品質 (QoS) パラメータを変更する

QoS を有効化して設定し、音声やビデオなどの重要なネットワークトラフィックを通常のデータパケットよりも優先させます。DSCP (差別化サービスコードポイント) 値を使用して、リアルタイムプロトコルに高い優先順位を割り当てます。これにより、泥沼に陥りやすいプロジェクトの運用が信頼できるものになります。

セットアップを確認して保持する

show vlan、show spanning-tree、show running-config コマンドを発行してすべての設定を確認し、正確に検証します。すべてが正しく設定されている場合は、変更を保存して、デバイスのシャットダウン後もすべての設定が保持されるようにする必要があります。これは通常、write memory コマンドまたは copy running-config startup-config コマンドを使用して実行されます。

目標は、レイヤー 2 スイッチの管理プロセスを合理化し、パフォーマンスを向上させ、スイッチベースのネットワークの信頼性、スケーラビリティセグメンテーション、および将来のさらなる需要に備えたセキュリティを向上させることです。構成の修正とパフォーマンス評価を日常の管理操作に統合することが標準的な方法になるはずです。

活用 VLAN やポート管理機能

VLAN (仮想ローカルエリアネットワーク) とポート管理に関連する機能は、ネットワークの最適化、効率、セキュリティを向上させるツールの一部です。ネットワーク管理者は、VLAN を使用してトラフィックを論理的にセグメント化し、ブロードキャストトラフィックを削減できます。機密性の高い重要なデータを分離できるため、潜在的な侵害のリスクが減り、全体的なパフォーマンスが向上します。ポート管理により、各スイッチポートで実行される特定のアクションの制御が強化されます。ポートセキュリティ設定、速度、デュプレックスモードは、接続性を向上させるために調整できるパラメーターの一部にすぎません。これらの機能をすべて組み合わせることで、リソース管理の最適化が可能になり、ネットワークの高度なインフラストラクチャの柔軟性が向上し、スケーラビリティが向上します。

セキュリティ機能とアクセス制御レイヤー2マネージドスイッチ

VLAN (仮想ローカルエリアネットワーク) とポート管理技術は、ネットワークの最適化、効率、セキュリティを向上させるために使用できる方法の一部です。VLAN を使用すると、ネットワーク管理者はトラフィックを論理的にセグメント化して、ブロードキャストドメインを削減できます。機密データを分離できるため、パフォーマンスを向上させながら、潜在的な侵害の可能性を減らすことができます。各スイッチポートで実行される特定のアクションによる制御の強化は、ポート管理と呼ばれます。ポートセキュリティ設定、速度、デュプレックスモードなどのパラメータを調整することで、接続性を向上させることができます。これらの機能を組み合わせることで、リソースの利用、柔軟性、およびネットワークスケールアップの高度なインフラストラクチャの最適化が可能になります。

正しい選択ネットワークのスイッチ: レイヤー 2 とレイヤー 3

選択する際に考慮すべき要素ネットワークのスイッチ

ネットワークスイッチを選択する際、私はそのパフォーマンス機能と拡張計画の効率性に注意を払います。まず、ネットワークの範囲と規模を考慮して、レイヤー 2 スイッチとレイヤー 3 スイッチのどちらが目的に適しているかを判断します。次に、スイッチに現在のデバイスに必要な数のポートがあり、将来の追加用にいくつかあることを確認します。さらに、スイッチのスループットと帯域幅の機能が、予測されるネットワークトラフィックの増加を満たすかどうかを判断します。その他の重要な考慮事項には、PoE 機能、セキュリティポリシー、管理機能などがあり、これらはネットワークリソースの全体的な戦略と同期している必要があります。最後のポイントの XNUMX つは、制御可能な費用を計画することです。この場合、選択したスイッチで不要なコストが発生しないようにします。

のメリットマネージドスイッチ vs アンマネージドスイッチ

マネージドスイッチは、アンマネージドスイッチと並べて使用した場合、制御性、柔軟性、拡張性が向上します。セキュリティやトラフィックの優先順位付けポリシーの実装に加えて、ネットワーク設定の構成および監視機能も提供しているため、複雑なネットワークや拡大中のネットワークに適しています。一方、アンマネージドスイッチはよりシンプルで経済的なため、高度な機能を必要としない小規模の静的ネットワークに適しています。また、トラフィック管理や詳細な診断によって得られるパフォーマンスの最適化や信頼性の向上など、基本的なマネージドスイッチ機能も備えていません。ただし、アンマネージドスイッチは、セットアップとメンテナンスの要件が最小限であるため、基本的なユーザーにとって魅力的です。

の役割ポートギガビットスイッチネットワーク効率

ポートギガビットスイッチは、高速データ転送の保証、レイテンシの低減、ネットワーク全体のパフォーマンスの向上により、ネットワークのパフォーマンスを向上させる上で極めて重要です。そのため、これらのスイッチを使用すると、複数のデバイスがギガビット速度でやり取りできるため、ビデオストリーミング、クラウドコンピューティング、その他の大容量ファイル転送など、大量のデータを必要とする操作に対応できます。さらに、これらのスイッチは、信頼性の高い高速アクセスを求める現代の企業や家庭ユーザー向けの進化するネットワークインフラストラクチャにも適しています。

探検レイヤー2の違いネットワークにおけるレイヤー3スイッチ

認定条件スイッチングとルーティングネットワークトラフィックへの影響

スイッチングとルーティングはどちらも、複雑さの異なるさまざまな機能を実行し、ネットワークトラフィックの管理において相互に関連しています。スイッチングに関しては、これは OSI モデルの第 2 層で動作します。スイッチングは MAC ブリッジとも呼ばれ、ローカルエリアネットワーク内のデータパケットの移動に重点を置き、アドレス指定に MAC アドレスを使用します。このレベルの動作により、ネットワークの特定のセグメント内でデバイスが相互に通信できるようになり、データ交換によって発生する初期の衝突が最小限に抑えられます。

一方、ルーティングはレイヤー 3 で動作し、IP アドレスを使用して特定のネットワークから別のネットワークへのデータの移動を担当します。言い換えると、ルーティングにより、大規模ネットワーク内のデバイス間の相互通信と情報交換が可能になります (例: ローカルエリアネットワークとインターネットのグローバル接続)。これらすべてのことが実現できるのは、データと情報に最適なルートとネットワークの仕様があるからです。

本質的には、スイッチングとルーティングは連携して動作します。スイッチングはネットワークの内部効率を管理し、ルーティングはさまざまなネットワークを統合します。したがって、両方の機能は、ネットワーク内で異なるが補完的な要件を表します。

の重要性 MACアドレステーブル in 層2 業務執行統括

MAC アドレステーブルは、ネットワークのレイヤー 2 の動作において重要です。このテーブルは、イーサネットスイッチによって保持され、接続されたデバイスの MAC アドレスを特定のスイッチポートにマッピングして、データのパケットをローカルエリアネットワーク (LAN) 内の適切なデバイスに送信できるようにします。簡単に言うと、スイッチがフレームを受信すると、最初に MAC アドレステーブルがチェックされ、どのポートに送信するかが決定されます。この方法では、フレームがすべてのポートに送信されないため、ネットワークがより良くなり、混雑が軽減されます。

今日のエンタープライズグレードのスイッチのほとんどには、数百または数千の MAC アドレスをテーブルに保存する機能が備わっています。たとえば、32,000 を超える MAC アドレスを保持できるハードウェアテーブルを備えた最新のスイッチがあります。これにより、拡張が可能になり、ネットワークが適切に機能することが保証されます。ネットワークに接続されたデバイスのアドレスで MAC アドレステーブルを更新する機能は、動的学習と呼ばれ、多くの最新のスイッチで利用できる機能です。これを使用することで、スイッチは、すべてのポートにデータを送信するようにデバイスを再設定することなく、ネットワークに接続されたデバイスを追跡できるようになります。

MAC アドレステーブルを適切に管理しないと、ブロードキャストトラフィックが過剰になり、衝突ドメインが増加するため、ネットワークのパフォーマンスが低下する可能性があります。これは、VoIP やビデオストリーミングなどのリアルタイムアプリケーションで特に当てはまります。フレーム転送メカニズムが不十分だと、許容できない遅延が発生し、全体的なユーザーエクスペリエンスが低下する可能性があります。したがって、MAC アドレステーブルを適切に使用することは、システムのバランスを維持し、遅延を最小限に抑え、現代のネットワークのレイヤー 2 での運用効率を向上させるために重要です。

理解するフレームの切り替えおよびデータフロー

あらゆるコンピュータネットワークやスイッチングフレームのグループと同様に、OSI モデルの第 2 層にあるスイッチデバイスを通じて、より物理的な意味でデータパケットの受信、操作、送信に関する自動アクションが実行されます。この層は中間層として機能し、システムを XNUMX つの部分に分割します。ハードウェアへの依存度が低い上位層と、ハードウェアへの依存度が高い下位層です。第 XNUMX 層については、フレームには、層に着信または層から発信されるフレームの物理ユニットに関する情報を含むヘッダーが含まれています。覚えておくべきもう XNUMX つの重要な点は、すべてのスイッチに MAC アドレステーブルが含まれていることです。このテーブルは、転送の決定に基づいて、アドレス空間へのアクセスを許可するか、アクセスをブロックするかを決定します。

プロセスは、スイッチポートでのフレームの受信から始まります。すべてのフレームには MAC アドレスがタグ付けされ、スイッチは MAC アドレスを参照してスロットを割り当てることができるため、直感的なデバイスとして関連付けられます。スロットの 1 つに使用可能なアドレスがないポートがある場合、スイッチは他のポートを必要とするアクションを実行し、フレームを、フレームの到着元を除くすべてのインターフェイスに送信します。フレームを追加したポートの少なくとも 1 つに宛先 MAC があることを期待します。この操作により、アドレスを MAC テーブルに追加できる学習フェーズの初期段階が完了します。

技術の進歩により、スイッチング機能が大幅に向上しました。たとえば、最新のスイッチには、1 秒あたり数百万の速度でフレーム処理が可能な ASIC (特定用途向け集積回路) ベースのハードウェアスイッチが搭載されています。これらのデバイスにより、数桁のマイクロ秒単位の応答時間を実現し、金融取引や HD コンテンツのストリーミングなど、通信遅延を極小に抑える必要がある分野で中断のないデータストリーミングが可能になります。さらに、ネットワークパフォーマンスを監視するツールにより、高度なパケットバッファリング機能を備えたスイッチはバーストトラフィック管理が可能で、ピーク使用時のフレームドロップが少なくなることが示されています。

現代の高帯域幅アプリケーションでは、VLAN セグメンテーションと Quality of Service (QoS) 関連のトラフィック優先順位付け技術が不可欠です。VLAN は、一方では着信トラフィックの整理と分離を支援し、迷惑データ干渉の問題を軽減します。他方では、QoS により、VoIP などの重要なストリームを、比較的緊急性の低いデータストリームよりも優先させることができます。これらすべての要素は、パフォーマンス、スケーラビリティ、信頼性の面で現代のネットワークアーキテクチャの設計と堅牢性の向上に貢献します。

よくある質問（FAQ）

Q: ルーターとレイヤー 3 スイッチの主な違いは何ですか?

A: レイヤー 3 ルーターとスイッチは、機能、設計、および用途が異なります。ルーターの主な機能は、異なるネットワークを相互接続し、ルーティングアクションを実行することです。これに対し、スイッチはルーター強化型高速スイッチとして設計されています。さらに、ルーターには WAN 機能に加えて高度なルーティングプロトコルが含まれる傾向があり、レイヤー 3 スイッチは、レイヤー 2 スイッチの FSW に IP ルーティング機能もいくつか含まれています。どちらのデバイスもルーティングテーブルを使用し、IP アドレスに基づいて転送を決定しますが、レイヤー 3 スイッチは、ソフトウェアではなくハードウェアベースのルーティングにより、LAN 環境でのパケット処理に優れていることが知られています。

Q: Cisco レイヤー 3 イーサネットスイッチとレイヤー 2 イーサネットスイッチの違いは何ですか?

A: Cisco イーサネットレイヤ 2 スイッチは、データリンクレイヤ機能のみに重点を置いています。レイヤ 2 スイッチは、フレーム内の MAC アドレスに基づいてスイッチ内でフレームを転送できます。レイヤ 2 スイッチは、ネットワーク上にセグメントを作成し、ブロードキャストドメイン内の VLAN を管理できます。これらと比較すると、Cisco レイヤ 3 スイッチは、レイヤ 2 スイッチのすべての機能に加えて、ルータの追加機能を実行できます。これにより、IP アドレスに基づいて転送を決定し、VLAN 間でルーティングし、OSPF や EIGRP などのルーティングプロトコルを利用できます。Cisco レイヤ 3 モデルは、QoS パフォーマンス、セキュリティ機能、およびポート密度が優れている傾向があるため、エンタープライズコアおよびディストリビューションレイヤでより一般的に使用されています。

Q: イーサネットスイッチのレイヤー 2 とレイヤー 3 の機能の違いは何ですか?

A: イーサネットスイッチは、着信フレームの宛先 MAC アドレスを確認し、レイヤー 2 MAC アドレステーブルに基づいて、関連するスイッチポートに転送します。レイヤー 2 デバイスであるスイッチは、外部ルーターの助けがなければネットワークまたは VLAN 間をルーティングできません。つまり、スイッチはオープンシステム相互接続モデルのデータリンク層でのみ機能します。レイヤー 2 スイッチとは異なり、レイヤー 3 スイッチは、レイヤー 2 のすべての機能を実行するほかに、パケットの宛先 IP アドレスを調べます。これにより、レイヤー 3 スイッチは、異なるネットワークまたは VLAN 間をルーティングし、IP 情報に基づいてアクセスリストを制御し、ルーティングプロトコルを利用できます。言い換えると、レイヤー 3 スイッチは、スイッチとルーターの機能を 1 つのネットワークデバイスに統合します。

Q: ネットワークには、レイヤー 2 とレイヤー 3 のどちらのイーサネットスイッチモデルを使用すればよいですか?

A: レイヤー 2 イーサネットスイッチは、高速フレーム転送を使用して単一のネットワークセグメント内で接続を維持するという基本的なニーズがある場合、およびネットワークのニーズがシンプルで、VLAN 間通信がほとんどない場合に最も役立ちます。基本的なスイッチは、小規模なオフィス、エッジネットワーク、またはスイッチング機能を実行する別のルーターがある場合に適しています。レイヤー 3 スイッチは、LAN 内での高性能ルーティング、複雑なネットワークセグメンテーション、または高度なトラフィック管理のために、追加デバイスなしで VLAN 間ルーティングを有効にするために選択されます。レイヤー 3 スイッチは、高帯域幅要件があり、複数の VLAN からのトラフィックをルーティングする必要がある大規模な組織のネットワークコア、ディストリビューションレイヤー、またはキャンパスネットワークに適しています。

Q: レイヤー 3 スイッチと従来のルーターによるルーティングテーブルの管理の違いは何ですか?

A: レイヤー 3 スイッチは、ネットワークの宛先とホップの追跡を含む、従来のルーターと同様に高度なネットワークルーティングテーブルを管理します。レイヤー 3 スイッチには従来のルーターのようなルーティングテーブルがありますが、スイッチはハードウェア (ASIC) を使用してルーティング機能を実行するため、ソフトウェアベースのルーターに比べて大幅に高速です。OSPF、EIGRP、RIP などの標準ルーティングプロトコルをサポートしていますが、プライマリルーターよりも複雑なルーティング機能を抑制することもできます。さらに、レイヤー 3 スイッチは、ローカルエリアネットワーク (LAN) の VLAN 間ルーティングでは優れたパフォーマンスを発揮しますが、ワイドエリアネットワーク (WAN) 接続や複雑なルーティングタスクではパフォーマンスが低下する可能性があります。ルーティングテーブルは、ワイドエリアネットワークではなく、ローカルエリアネットワークでより高速に機能するように最適化されています。

Q: レイヤー 3 マネージドスイッチとレイヤー 2 スイッチのデータパケットの処理にはどのような違いがありますか?

レイヤー 3 マネージドスイッチは、宛先アドレスに基づいてデータを分析できるため、レイヤー 2 スイッチよりも詳細なデータパケットを処理できます。マネージドスイッチとアンマネージドスイッチはどちらもフレームヘッダーを調べますが、レイヤー 2 スイッチは宛先として使用される MAC アドレスのみを調べることができます。レイヤー 2 スイッチとは異なり、マネージドレイヤー 3 スイッチはルーティングを実行できます。これは、IP ヘッダーをさらに詳細に調べる追加機能によって可能になります。このため、スイッチは外部ルーターの支援なしに、異なる VLAN またはサブネット間でトラフィックをルーティングできます。マネージドレイヤー 3 スイッチは、アドレス解決プロトコルを使用して IP アドレスを MAC アドレスにリンクする arping の使用をサポートしています。QoS ポリシーとアクセス制御もレイヤー 3 で指定できるため、レイヤー 3 を介したネットワークトラフィックの管理は、レイヤー 2 よりも柔軟かつ複雑になります。

Q: すでにルータが存在するネットワークでは、レイヤー 3 スイッチはどのような目的で使用されるのでしょうか?

A: 既存のルーターがある場合でも、レイヤー 3 スイッチが必要になる理由はいくつかあります。まず、レイヤー 3 スイッチは通常、従来のルーターよりもはるかに高い VLAN 間ルーティングのスループットを備えているため、ネットワークの停滞が解消されます。次に、ソフトウェアではなくハードウェアでルーティングを実行することで、ネットワークまたは回線の速度が向上します。3 つ目に、レイヤー 2 スイッチは、スイッチングとルーティングを 3 つのデバイスに統合し、レイヤー 3 スイッチオプションがある場合にレイヤー 3 スイッチの必要性を減らすことで、全体的なネットワーク設計を改善します。また、多数の VLAN がある大規模なネットワークでは、ドメイン内ルーティングをレイヤー XNUMX スイッチにオフロードすると、ルーターの負荷が分散され、ルーターが過度に使用されるのを防ぐことができます。最後に、レイヤー XNUMX ルーターはスイッチポート出力が高いことで知られており、接続密度とルーティングを同時に高めることができます。

Q: レイヤー 3 ギガビットイーサネットスイッチは、ネットワーク操作の高速化にどのように役立ちますか?

A: レイヤー 3 対応イーサネットギガビットスイッチによるネットワークパフォーマンスの向上は多岐にわたります。これらのスイッチは、ギガビット以上の高速スイッチングとルーティング機能も組み合わせているため、通常ははるかに低速な別のルーターを介してトラフィックをルーティングしなければならないという時代遅れの遅延がなくなります。レイヤー 3 スイッチは、ソフトウェアではなくハードウェア (ASIC) を使用してルーティングを決定します。これにより、ルーティングされたトラフィックのスループットが大幅に向上し、レイテンシが低くなります。VLAN 間の直接ルーティングをワイヤスピードで実行できるため、VLAN 間通信のパフォーマンスが向上します。さらに、これらのスイッチは、重要なアプリケーション向けの QoS などの高度なトラフィック管理機能を実装することもできます。また、スイッチは従来のルーターに比べてポート密度が高いため、より多くのデバイスをギガビット速度で接続でき、デバイス内でのパケットスイッチングとルーティングのメリットを享受できます。

Q: レイヤー 2 スイッチが組織のネットワークニーズを満たすかどうかを判断する際に考慮すべき最も重要な要素は何ですか?

A: レイヤー 2 スイッチで十分かどうかを判断するには、ネットワークの複雑さ、サイズ、および将来の拡張の範囲を分析することが重要です。ネットワーク内にサブネットが 2 つだけ、または VLAN が少数だけ存在し、VLAN 内トラフィックが少なく、ルーティング機能を実行するルーターがすでに存在し、ネットワーク間の帯域幅の使用率が低く、高度な機能ではなく価値が重視されている場合は、レイヤー 2 スイッチで十分である可能性があります。さらに、レイヤー 3 スイッチはレイヤー 2 スイッチに比べて機能が限られていることを考慮して、基本的な QoS およびセキュリティ要件が満たされているかどうかを確認します。組織が小規模で、ネットワークのセグメント化を必要としない単純な接続要件がある場合は、レイヤー 3 スイッチで十分です。一方、ユーザー数が増え、ネットワーク設計がより複雑になると予想される場合は、レイヤー XNUMX スイッチに投資することをお勧めします。

参照ソース

1. ソフトウェア定義ネットワーク (SDN) におけるレイヤー 2 ループ問題を解決するための新しいアプローチ

主著者: Esmaeil Amiri 二次著者: R. Javidan
出版年: 2019
出版物： 通信システム
引用トークン: (アミリとジャビダン、2019年、47-57頁)

SYNOPSIS

この論文では、著者らはソフトウェア定義ネットワーク (SDN) のレイヤー 2 ネットワークにおけるループ防止問題に対する新しい手法を提案しています。著者らのアプローチはスパニングツリープロトコル (STP) と比較され、スイッチポートのブロックとスイッチ容量の使用に関して著者らの手法の方が優れた結果をもたらすと主張しています。この方法論には、提案されたループ防止設計の有効性を証明するための理論とシミュレーションが含まれています。

2. 標準 P4 コードに基づくハイブリッド SDN スイッチ

著者： J. Alvarez-Horcajo 他
発行年： 2021
ジャーナル： IEEE コミュニケーションレター
引用トークン: (J. Alvarez-Horcajo 他、2021 年、1482-1485 ページ)

概要

この研究では、プログラマブルプロトコル非依存パケットプロセッサ (P2) 言語を使用した新しいハイブリッドソフトウェア定義ネットワーク (SDN) レイヤー 4 スイッチを提案しています。スイッチの動作は P4Runtime で指定されるため、プログラム可能なデータプレーン機能を実現できます。著者は、スイッチの転送機能を自己構成する機能についてコメントし、他の P4 提案よりも優れたパフォーマンスを主張しています。この方法論は、他の実装とのパフォーマンス比較で構成されています。

3. P4VBox: P4互換スイッチでの仮想化の実装

著者： Mateus Saquetti 他
出版年: 2020
出典： IEEE コミュニケーションレター
引用情報: (サケッティ他、2020、146–149 ページ)

概要：

この論文では、P4 スイッチの仮想化を容易にするフレームワークである P4VBox を紹介します。著者らは、多数の仮想スイッチインスタンスを並列実行できる可能性を検証し、ネットワーク管理の使いやすさと効率性を向上させます。この研究では、最大 13 個の仮想スイッチを同時に実行できる可能性を実証し、帯域幅を大幅に向上させ、レイテンシを削減します。このアプローチは、NetFPGA-SUME ボードでの実際の実装に基づいています。

4. コンピュータネットワーク

5. ルーティング

6. ネットワークスイッチ