ネットワークスイッチとは?| スイッチ vs. ルーター

ネットワークスイッチは、デバイス間でデータパケットを送信します。スイッチは、ルーターがするようにパケットをネットワークに送信するのではなく、直接デバイスに送信します。

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ネットワークスイッチ

学習目的

この記事を読み終えると、以下のことができます。

  • ネットワークスイッチを定義する
  • スイッチとルーターの違いを理解する
  • Ethernetスイッチ、非管理型スイッチ、管理スイッチについて理解する

ネットワークスイッチとは?

ネットワークスイッチとは、ネットワーク内のデバイス( ローカルエリアネットワーク(LAN) *)に接続し、デバイス間でデータパケットを転送します。ルーターとは異なり、スイッチは意図した単一のデバイス(別のスイッチ、ルーター、またはユーザーのコンピューターなど)にのみデータを送信し、複数のデバイスのネットワークには送信しません。

ネットワークトラフィックは、インターネットからルーター、ネットワークスイッチ、コンピューターへと送信されます。

ネットワークスイッチの概念は、鉄道のスイッチと比較することができます。鉄道におけるスイッチとは、列車をある線路から別の線路へ切り替えることができるポイントです。鉄道員は、列車がその目的地に到達するために別の線路に移動する必要があるときにスイッチを入れます。同様に、ネットワークスイッチはデータパケットを正しい「トラック」、またはネットワークパスに移動して、そのデータが宛先に到達できるようにします。

*ローカルエリアネットワーク (LAN) は、物理的に近接する接続デバイスのグループです。ホームWiFiネットワークは、LANの典型例の1つです。

スイッチとルーターの違いは?

ルーター は、ネットワークを横断して宛先に到達するデータパケットのパスを選択します。さまざまなネットワークに接続し、ネットワークからネットワークにデータを転送することによってこれを行います。これには、LAN、WAN(ワイドエリアネットワーク)、 自律システム (インターネットを構成する大規模なネットワーク)などが含まれます、

基本的に、ルーターはスイッチグループ間でデータを転送し、スイッチはデバイスグループ間でデータを転送します。実際にこれが意味するのは、インターネット接続にはルーターが必要で、デバイスを相互接続するにはスイッチが必要だということです。家庭や小規模オフィスでは、インターネットアクセス用のルーターが必要ですが、大容量のEtherne*ポートが必要でない限り、ほとんどの場合、ネットワークスイッチは必要ありません。ただし、大規模なオフィスやネットワーク、データセンターでは通常、スイッチが必要です。

*Ethernetは、デバイス間でデータを送信するための第2層プロトコルです。WiFiとは違い、EthernetにはEthernetケーブルによる物理的な接続が必要です。

第2層スイッチとは?第3層スイッチとは?

ネットワークスイッチは、OSI 第2層(データリンク層)または第3層ネットワーク層)のいずれかで作動できます。第2層スイッチは宛先のMACアドレスに基づいてデータを転送し(定義については以下を参照)、第3層スイッチは宛先の IPアドレスに基づいてデータを転送します。一部のスイッチは両方を実行できます。

IPアドレスに基づいてデータを転送するため、第3層スイッチはルーターとしても機能し、ネットワーク間でデータを送受信できます。

MACアドレスとIPアドレスの違いは?

インターネットに接続するすべてのデバイスには IPアドレスがあります。IPアドレスは、192.0.2.255や2001:0 db 8:85 a 3:000000:8 a2e: 0370:7334 のように、一連の英数字です。IPアドレスはメーリングアドレスのように振る舞い、そのアドレス宛のインターネット通信がそのデバイスに到達できるようにします。IPアドレスは頻繁に変更されます。IPv4アドレスの数は限られているため、ユーザーデバイスには通常、ネットワークとの新しい接続を確立するときに新しいアドレスが割り当てられます。

IPアドレスは第3層で使用します。つまり、インターネット上にあるコンピューターやデバイスは、どのネットワークに接続されているかにかかわらず、データの送受信にIPアドレスを使用するということです。メールに宛先アドレスと返信アドレスがあるのと同様に、すべてのIPパケットのヘッダーには送信元と宛先IPアドレスが含まれます。

これに対してMACアドレスは、シリアル番号のようにハードウェアの各部に付与される永続的な識別子です。IPアドレスとは異なり、MACアドレスは変更されません。MACアドレスは第3層ではなく、第2層で使用されます。つまり、IPパケットヘッダーには含まれないということです。すなわち、MACアドレスはインターネットトラフィックの一部ではありません。

ただし、ネットワークスイッチは、インターネットトラフィックを適切なデバイスに送信するためにMACアドレスを参照します。そして、IGMPスヌーピングと呼ばれる手法を使用して、IPアドレスをMACアドレスにマッピングします。このプロセスがないと、スイッチは正しいデバイスにIPパケットを送信できません。(このプロセスは「スヌーピング」と呼ばれますが、 IGMP スヌーピングは無害で、実は便利です)。

非管理型スイッチとは?管理スイッチとは?

非管理型スイッチは、LAN上にEthernetポートを増やすだけで、より多くのローカルデバイスがインターネットにアクセスできるようになります。非管理型スイッチは、デバイスのMACアドレスに基づいてデータを送受信します。

管理スイッチは、はるかに大規模なネットワークでも同じ機能を果たし、ネットワーク管理者は、トラフィックの優先順位付け方法をより詳細にコントロールできます。管理者はさらに、仮想LAN (VLAN) を設定して、ローカルネットワークをより小さなまとまりに分割することもできます。

Ethernetスイッチとは?

Ethernetスイッチは、複数のEthernetポートを備えた第2層スイッチです。Ethernetスイッチを使用すると、コンピューター、プリンター、およびその他のデバイスを確実に相互接続しやすくなります。非管理型Ethernetスイッチは、ネットワークルーターが提供するEthernetポートの数を増やすためによく使用されます。

パケットとは?

HTMLコードから動画ストリームまで、インターネット経由で送信されるすべてのデータは、パケットと呼ばれる小さな断片に分割されます。たとえば、アリスが「ネットワークスイッチとは?」という記事を彼女のコンピュータに読み込むとします。そうすると、Cloudflareの配信元サーバー はこのWebページを小さなパケットに分割し、分割したものにはそれぞれ宛先(Aliceのデバイス)を指定するIPヘッダーが添付されます。アリスのコンピューターは、このウェブページを表示するために、すべてのパケットを受信し、それらを再構成し、その中のコンテンツを解釈します。

アリスのデバイスに向かう途中、これらのデータパケットは多くのスイッチを通過していく可能性があります。アリスが大規模な企業ネットワークに接続している場合、宛先デバイスに到達する前のパケットの最終通過点はおそらくネットワークスイッチです。スイッチはパケットヘッダーを調べて、宛先IPアドレスをアリスのコンピューターのMACアドレスと一致させ、パケットをそのMACアドレスに送信します。この最後のステップが必要となる理由は、アリスがCloudflareの配信元サーバーからこのWebページをリクエストしたとき、CloudflareのサーバーはアリスのIPアドレスだけを知っていて、彼女のMACアドレスを知らなかったためです。

Cloudflareはどのようにネットワークスイッチを保護するか

Cloudflare Magic Transitは、スイッチやルーターなどのネットワークインフラストラクチャデバイスを保護し、オフラインに切り替えたり、危害を与えるDDoS攻撃トラフィックから守ります。Magic Transitは、オンプレミス、クラウドハイブリッドネットワークを保護します。Magic Transit第3層攻撃の詳細についてはこちらをご覧ください。