イーサネットスイッチとルーターの比較：機能、違い、代替可能性

Ethernetルーター入門

Ethernetルーターとは - 定義、機能

ネットワークにおけるルーターとは？ ルーターとは何かを理解する前に、ルーティングの意味を知る必要があります。ルーティングとは、IPデータパケットを導く送信経路です。ルーターがこのプロセスを実行します。

ルーターの目的は、送信元から宛先へ送られるデータパケットの最適な経路を見つけることです。ラッシュアワーに運転しているとき、道路の交通状況に応じてナビゲーションが目的地までの最速ルートを推奨するのと同じです。同様に、ルーターはネットワークの状態に応じて最適な経路を見つけます。

ネットワークルーターの仕組み

ルーターに関しては、常にIPアドレスの問題について話します（詳細はこちら IPアドレスとは何ですか ）、データパケットなどを扱うため、ルーターはOSIモデルの第3層であるネットワーク層で動作します。ネットワークルーターはどのように最適なルートを見つけるのでしょうか？また、ルーターはどのように動作するのでしょうか？最適ルートの選択方法は、宛先ネットワークアドレス、ネットワークノード情報、特定の経路に対する評価、予想経路情報などのルーティング情報を含むルーティングテーブルに依存します。ルーティングテーブルは、ルーティングアルゴリズムに基づいて生成および更新されます。 

ルーティングの種類：スタティックルーティング vs ダイナミックルーティング

ルーティングは、スタティックルーティングとダイナミックルーティングの2つのカテゴリに分類できます。 

スタティックルーティングでは、すべてのルーティングが1台のルーターに手動で設定されるため、ネットワークの状態が変化しても、誰かが手動で修正しない限り、ルーターは変更されません。 

動的ルーティングでは、ネットワークの現在の状態に応じてソフトウェアがルーティングを設定します。リンク障害やトラフィックの変化など、ネットワーク上のすべての変化は、離散時間ごとに更新されます。ルーターは、これらの変化に応じてルートを再設計します。動的ルーティングはネットワークの変化に応じたリアルタイム更新に対応しているため、静的ルーティングよりも優れていることは明らかです。

ルーターの種類：有線ルーターと無線ルーターの比較

無線ルーターは、ケーブル配線工事なしで設置でき、移動も容易であるため、家庭用ネットワークで最も一般的なルーターです。Wi-Fi対応のネットワークデバイス（ノートパソコン、スマートフォンなど）からインターネットへ簡単にアクセスできます。ただし、家庭用無線ネットワークルーターでは、信号品質を確保するため、接続するデバイス数とユーザー数を一定範囲内に抑えることが望まれます。

ネットワーク機器に接続するには、有線ルーターにはケーブルが必要です。今日では、有線ルーターは、より優れたQoS（サービス品質）技術と高い安定性を備え、信号の干渉や信号の透過による減衰がないという利点から、産業用途でより多く使用されています。それが、有線ルーターの価格が一般的に無線ルーターよりも高い理由でもあります。

イーサネットスイッチの概要

イーサネットスイッチとは - スイッチの定義と機能

Ethernetスイッチはネットワークを拡張するためのデバイスであり、コンピューター、サーバー、プリンター、カメラなど、より多くのネットワークデバイスを接続するために、サブネットワーク向けに複数の接続ポートを提供します。

Ethernetスイッチは何をするものですか？スイッチの目的は、アドレス指定と転送に集約できます。Ethernetスイッチがアドレス指定および転送するのは、IPアドレスではなくMACアドレスである点に注意してください。スイッチの主な機能は次のとおりです：

- コリジョンドメインの分離。 

- Ethernetフレームの高速かつ透過的なスイッチングおよび転送。

- MACアドレスを自動的に学習および維持します。

イーサネットスイッチの仕組み

スイッチは、OSI（Open System Interconnection）モデルの第2層であるデータリンク層で動作します。第2層の主要な機能の1つはアドレス指定です。イーサネットスイッチは、スイッチ自体が学習した内部MACアドレステーブルに基づいてMACアドレスを転送します。各イーサネットスイッチには複数のポートがあり、各ポートにはネットワークデバイスが接続されます。接続されているデバイスをどのように識別するのでしょうか？そこでMACアドレスの出番です。 

ルーターについて説明する場合、上記のIPアドレスとは異なり、MACアドレスは一意で変更できません。スイッチはMACアドレスに基づいて、接続されているどのデバイスがデータパケットを送信し、そのデータパケットが接続されているどのデバイスに送信されるかを識別できます。

MACアドレステーブルの学習プロセス

 初期状態では、MACアドレステーブルは空です。

1.  デバイスAがデバイスBにFRAME1を送信すると、MACアドレステーブルにはデバイスBのMACアドレスがまだ記録されていないため、スイッチはFRAME1をスイッチのすべてのEthernetポートに転送します。このプロセスでは、データフレームがデバイスAからスイッチポートFa0/1を介して受信されるため、スイッチはAのMACアドレスを学習します。

MACアドレスAの学習プロセス

2. その後、デバイスBはデバイスAにFRAME2を返信します。アドレスAはスイッチに記録されているため、FRAME2はデバイスAに直接送信されます。同様に、スイッチはFa0/2のポート経由でデバイスBのアドレスを学習します。同様の手順で、アドレスCも学習できます。

MAC address Bの学習プロセス

MACアドレスCの学習プロセス

Ethernetスイッチとルーターの比較

上記のルーターとスイッチの定義、機能、および動作方法の説明を踏まえ、  ルーターとスイッチの主な違いは以下のようにまとめられます。

- 動作レイヤーが異なります。 スイッチは主に第2層（データリンク層）で動作するのに対し、ルーターは第3層（ネットワーク層）で動作します。

- 異なる接続先。 スイッチの接続対象は、ネットワーク機器（ルーター、ファイアウォール、無線APなど）と端末機器（コンピューター、サーバー、プリンター、カメラなど）です。ルーターは、LANとLAN、およびLANとInternet間の接続を実現します。

-  異なる転送基準。 スイッチはMACアドレスに基づいて転送するのに対し、ルーターはIPアドレスに基づいて転送します。

- ファイアウォール機能の違い- ルーターはファイアウォール機能をサポートしますが、スイッチはサポートしません。これは、ルーターが、サポートされていないルーティングプロトコルのデータパケットや不明なデータパケットを転送しないためです。

よくある質問

ルーターをスイッチとして使用できますか？

はい。ルーターがAPモードに対応している場合は、APモードを有効にしてから、ケーブルをルーターのWANポートに接続します。ルーターがAPモードに対応していない場合は、DHCP機能を無効にして、ケーブルをLANポートに接続します。ただし、ルーターにはポート数の上限があり、ルーティング速度も比較的遅いため、ルーターをスイッチとして使用すると、ネットワークの規模と通信効率が制限されます。

レイヤー3スイッチはルーターの代わりになりますか？

レイヤー3スイッチは、ルーターを完全に置き換えることはできません。レイヤー3スイッチは、レイヤー2スイッチング技術とレイヤー3転送技術を組み合わせることで、大規模LANにおけるスイッチング速度を高速化するよう設計されています。一方、ルーターはさまざまなネットワークタイプに対応するよう設計されているため、QoS機能など、ルーターのルーティング機能は依然としてレイヤー3スイッチよりも強力です。したがって、ルーターをレイヤー3スイッチに置き換えることは推奨されません。

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