ネットワークは、連携してデータ パケットを処理、ルーティング、および接続する複数のデバイスで構成されます。たとえば、自宅のローカル インターネット ネットワークでは、ルーター、データのバッファリング、ブースト、エラー チェックを行うスイッチ、すべてのデータをルーティングし、データ ソースと宛先のフィルタリングを支援するハブを使用する場合があります。
この記事では、具体的に説明しますレイヤ XNUMX およびレイヤ XNUMX スイッチ;それらが何であるか、それらがどのように異なっているか、そして実際の生活でどのように使用されているか。
レイヤー 2 ネットワーク スイッチを理解する: それは何ですか?
レイヤ 2 スイッチは従来オープン システム相互接続 (OSI) モデルのレイヤ 2 で動作するデータ リンク レイヤ デバイス。レイヤ 2 スイッチは、スイッチの物理ポートからメディア アクセス コントロール (MAC) アドレスへのパケットの「スイッチング」を担当します。複数のデバイスをローカル エリア ネットワーク (LAN) に接続できますが、MAC アドレスのみを使用できます。
レイヤ XNUMX スイッチはどのように機能しますか?
これは、パケット交換、パケット ヘッダー チェック、衝突ドメイン削減を採用することで機能します。基本的に、データがネットワーク経由で送信されると、スイッチはパケット ヘッダーを調べて、MAC アドレスのテーブルをコンパイルします。MAC アドレスは、ネットワーク内のすべての通信を解決するためにネットワーク インターフェイス コントローラに割り当てられる一意の識別子です。これらの MAC アドレスは、アドレス解決プロトコル (ARP) を介して、スイッチ デバイスの対応する物理ポートにリンクされます。
アドレス解決プロトコルとは何ですか?
つまり、レイヤ 2 スイッチが初めてホスト デバイスにパケットを送信するとき、正しい MAC アドレスを認識していません。そのため、ホスト デバイスが接続されているすべての物理ポートに「ARP」要求を送信し、スイッチが MAC アドレスを含む応答を受信すると、その MAC アドレスをテーブルに追加します。基本的に、スイッチはどの MAC アドレスがどの物理ポートに関連付けられているかを学習し、ネットワーク上のデバイス間でデータが自由に流れるようにします。
レイヤー 2 スイッチを使用してデータをルーティングする
次に、スイッチはパケット交換を使用して、データを情報の小さな「パケット」に分解します。これらのはるかに小さいパケットは、ネットワークを介して大量の情報を送信する場合 (低速になる) と比較して、ネットワークを介して迅速かつ効率的にルーティングできます。パケット交換を使用すると、コリジョン ドメインが減少します。衝突ドメインは、XNUMX つ以上のホストが同時に通信しようとすると発生します。ネットワーク効率が低下し、パケット/フレームが衝突して再送信が必要になります。
レイヤ XNUMX スイッチの利点
- ルーティング機器が不要なため、実装コストが低くなります。
- 非常に低いレイテンシ。
- データがネットワーク上のホストからホスト デバイスに送信される LAN ネットワークに最適です。
レイヤー XNUMX スイッチの短所
- ネットワーク効率を低下させ、輻輳を引き起こすブロードキャスト ストーム (衝突ドメイン) に対して脆弱です。
- 複数の VLAN では機能しません。
- スケーラブルではありません。
レイヤ 2 スイッチのレビュー
要約すると、レイヤー 2 スイッチはメディア アクセス制御 (MAC) アドレスのみを使用し、パケット スイッチングを使用してネットワーク上のホスト間でデータの小さなパケットを転送するように設計されています。MAC アドレスをスイッチの物理ポートに接続することで機能します。
レイヤー 3 ネットワーク スイッチを理解する: それは何ですか?
レイヤ 3 スイッチは、Open Systems Interconnection (OSI) モデルのネットワーク レイヤで動作します。MAC アドレスを同じように処理できるという点でレイヤ 2 スイッチのように機能しますが、インターネット プロトコル (IP) アドレスも処理できます。これは、ホスト間でパケットを転送できるだけでなく、他のネットワーク上のデバイスにも接続できることを意味します。レイヤー 3 スイッチは、従来のルーターよりも高速に動作し、追加のホップなしでパケットをルーティングするため、より高速なパフォーマンスと機能が実現します。ただし、それらの追加機能は常に必要なわけではなく、通常、VLAN ルーティングを必要とするか、より多くのサポートを必要とする小規模な業界 (大学のキャンパスなど) でのみ実装されます。
レイヤ 3 スイッチの利点
- 専用ルーター不要。
- 管理および維持するネットワーク デバイスの数を減らします。
- 切り替え速度が速い。
- 無制限のスケーラビリティ。
- データの複数のルーティング パスを提供します。
- 非常に安全なデータ交換パスがあります。
レイヤ 3 スイッチの欠点
- 操作するには、より多くの電力と帯域幅が必要です。
- 実装には費用がかかる場合があります。
- ネットワークが小さい場合、追加の利点はありません。
OSIモデルとは？
ここで、OSI または Open Systems Interconnection モデルについて何度か言及しました。これは、レイヤー 2 スイッチとレイヤー 3 スイッチの両方がこの概念的なフレームワークに属しているためです。OSI モデルは、1984 年に国際標準化機構 (ISO) によって公開されたフレームワークであり、ネットワーク システムのさまざまな層を記述します。
OSI モデルには 7 つのレイヤーがあります。
- 物理的
- データリンク
- インターネット
- 交通機関
- 会議
- はじめに
- アプリケーション
レイヤ 2 スイッチとレイヤ 3 スイッチは、それぞれデータ リンク層とネットワーク層に配置されます。
レイヤー 2 スイッチとレイヤー 3 スイッチの比較表
| レイヤ 2 スイッチ | レイヤ 3 スイッチ |
| データリンク層で動作します。 | ネットワーク層で動作します。 |
| 物理ポートと MAC アドレス経由でのみパケット/フレームを送信します。 | パケットは、MAC および IP アドレスによってルーティングできます。 |
| MAC アドレスのみ使用できます。 | レイヤ 2 またはレイヤ 3 スイッチとして使用できます。 |
| LAN 上のトラフィックを削減できます。 | 小規模な産業で、仮想ローカル エリア ネットワーク (VLAN) が配置されている場所で使用されます。 |
| 非常に高速で効率的です。パケット ヘッダーを確認するだけです。 | これは、レイヤ 3 スイッチがパケットを送信する前に検査するため、遅くなります。 |
| 単一のブロードキャスト ドメインがあります。 | 複数のブロードキャスト ドメインがあります。 |
| ネットワーク内のみの通信。 | 通信は、ネットワークの内外で行うことができます。 |
レイヤー 2 スイッチとレイヤー 3 スイッチの使用例
レイヤー 2 またはレイヤー 3 スイッチを推奨する場合、答えはネットワークのサイズと複雑さ、およびネットワークが効率的かつ安全に動作するために必要なセキュリティ要件によって異なります。
レイヤ XNUMX スイッチの典型的なアプリケーション
ご存じないかもしれませんが、レイヤ 2 スイッチについてはすでによく知っています。コンピュータのイーサネット接続はデータ リンク層として機能し、MAC アドレスを介してコンピュータをネットワークに接続します。
レイヤー 2 スイッチのもう XNUMX つのアプリケーションは、ソフトウェア会社がサーバーを中央に配置し、世界中に散在するクライアントが遅延なく中央サーバーにアクセスできる場合です。
もう 2 つの実際のアプリケーションは、内部通信に依存しているがインターネットは必要としない組織で使用されています。これらの組織は、レイヤー XNUMX スイッチを介して VLAN ネットワークを使用できます。最後の例は、共有ツールを中央の場所に保持したいが、同じネットワークに物理的に接続せずに別のサーバーがそれらにアクセスできるようにしたいソフトウェア テスターです。
レイヤ XNUMX スイッチの典型的なアプリケーション
レイヤ 3 スイッチは、インターネット プロトコル (IP) アドレスを利用して、MAC アドレスだけでは不十分な場合にデバイスをさまざまな IP ネットワークに接続できます。インターネット ルーターを介してレイヤ 3 スイッチに到達しました。
レイヤ 3 スイッチのその他の用途には、大規模なコンピュータ ネットワークが構築されている大学のキャンパスやデータ センターなどがあります。ネットワークに何千ものユーザーがいる場合、またはネットワーク インフラストラクチャでパッチやポリシーの更新を展開するために大規模なデバイス管理が必要な場合、またはネットワーク内の特定のデバイスで特定の制御ルールを有効にする必要がある場合は、レイヤ 3 スイッチが適しています。保護。
重要ポイント
レイヤ 2 スイッチとレイヤ 3 スイッチを比較する際に留意すべき主な点は、違いはスイッチのルーティング機能にあるということです。レイヤ 2 スイッチの場合、ルーティング アルゴリズムの代わりに、アドレス解決プロトコル (ARP) を使用して、データを物理ポートから MAC アドレスに切り替え、将来のパケット用に MAC テーブルをコンパイルします。
レイヤ 3 スイッチの場合、従来のアルゴリズムに従って、インターネット プロトコル アドレスを介して、ホスト ネットワークからホスト外の別のデバイスにデータを送信します。
