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。

学習目的

この記事を読み終えると、以下のことができるようになります。

  • 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

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ネットワークスイッチとは?

A network switch connects devices within a network (often a local area network, or LAN*) and forwards data packets to and from those devices. Unlike a router, a switch only sends data to the single device it is intended for (which may be another switch, a router, or a user's computer), not to networks of multiple devices.

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。

*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?

Routers select paths for data packets to cross networks and reach their destinations. Routers do this by connecting with different networks and forwarding data from network to network — including LANs, wide area networks (WANs), or autonomous systems, which are the large networks that make up the Internet.

In practice, what this means is that routers are necessary for an Internet connection, while switches are only used for interconnecting devices. Homes and small offices need routers for Internet access, but most do not need a network switch, unless they require a large amount of Ethernet* ports. However, large offices, networks, and data centers with dozens or hundreds of computers usually do require switches.

*Ethernet is a layer 2 protocol for sending data between devices. Unlike WiFi, Ethernet requires a physical connection via an Ethernet cable.

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。

Most switches, however, are layer 2 switches. Layer 2 switches most often connect to the devices in their networks using Ethernet cables. Ethernet cables are physical cables that plug into devices via Ethernet ports.

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。

MACアドレスとIPアドレスの違いは?

Network switches refer to MAC addresses in order to send Internet traffic to the right devices, not IP addresses.

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。

In contrast, a MAC address is a permanent identifier for each piece of hardware, somewhat like a serial number. Unlike IP addresses, MAC addresses do not change. MAC addresses are used at layer 2, not layer 3 — which means they are not included in IP packet headers. In other words, MAC addresses are not part of Internet traffic. They are only used inside a given network.

How do network switches know the MAC addresses of the devices in their network?

Layer 2 network switches maintain a table in memory that matches MAC addresses to the switch's Ethernet ports. This table is called a Content Addressable Memory (CAM) table.

Suppose Computer A is connected to an Ethernet cable that plugs into the switch's Port 1, Computer B is connected to Port 2, and Computer C to Port 3. When data arrives for Computer A, the switch consults its CAM table, sees where Computer A is connected, and knows to forward Computer A-bound traffic at Port 1, not Ports 2 or 3.

The switch's CAM table would look something like this:

MAC address  Port 
Computer A's MAC address 1
Computer B's MAC address 2
Computer C's MAC address 3

The switch's CAM table is stored in memory. If the switch is turned off, the table will disappear and the switch has to relearn the table when it is rebooted.

Now, suppose the switch was just turned on and has not yet created its CAM table. It does not know which ports Computers A, B, and C are connected to. It also does not know their MAC addresses.

 MAC address   Port 
? ?
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Suppose Computer A sends a message to Computer B. The switch takes the following steps to get the message to Computer B and start filling out its CAM table:

  • It records Computer A's MAC address and the port its message came in on
  • It forwards Computer A's message to all other computers on the network (except Computer A); this is known as "flooding"
  • When Computer B replies, it records Computer B's MAC address and port as well
MAC address  Port 
Computer A's MAC address 1
Computer B's MAC address 2
? ?

Now, the switch's CAM table knows where Computer A and Computer B are. It also knows their MAC addresses.

Cloudflareはどのようにネットワークスイッチを保護するか

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