ネットワークスイッチとは何か、どのように機能するのか？

ネットワークスイッチは、現代のネットワーク、特にあらゆる企業にとって不可欠です。その主な機能は、ローカルエリアネットワーク（LAN）内のデバイスを接続し、ビジネスアプリケーション、マルチメディアメッセージ、重要なデータなどのリソースを共有できるようにすることです。ネットワークスイッチは、世界中のエンドユーザーにこれらのサービスを提供するうえで極めて重要な存在となっています。技術用語では、ネットワークスイッチはイーサネットスイッチとも呼ばれます。このブログでは、ネットワークスイッチとは何か、そして現代のネットワークにおけるその役割について解説します。

ネットワークスイッチとは？

スイッチングネットワークを初めて利用する場合、「ネットワークスイッチとは何だろう？」と思うかもしれません。簡単に言えば、ネットワークスイッチとは、複数のITデバイスがネットワーク経由で相互に通信できるようにするデバイスです。この通信は、データパケットの交換を通じて行われます。プライマリスイッチは、これらのパケットをあるデバイスから別のデバイスへ転送し、他のネットワークデバイスはより高度な処理を担います。ネットワークスイッチには、物理アプライアンスのほか、ルーターや無線アクセスポイント(APs)など、他のネットワーク機器のコンポーネントとして組み込まれるものもあります。

スイッチはOSIモデルのデータリンク層(Layer 2)で動作し、ネットワーク経由で伝送するデータを整理し構造化するネットワーク層(Layer 3)でも動作できます。スイッチは一意のMACアドレス識別子を使用して、受信した各メッセージフレームの送信先を決定します。スイッチは、各MACアドレスと、そのアドレスを受信した対応ポートを関連付けるデータベースを管理し、迅速かつ効率的な通信を実現します。

ネットワークスイッチは、コンピューティング能力、印刷、ファイルストレージ、インターネットアクセスなどのITリソースをネットワーク全体で共有するうえで不可欠です。トラフィックコントローラーとして機能し、デバイス間の効率的な通信を確保しながら、データパケットを目的の宛先へ転送します。

ネットワークスイッチの価値とは？

ネットワークスイッチはさまざまなエンドポイントを接続でき、ITネットワークにいくつかの利点をもたらします。デスクトップ、ワイヤレスアクセスポイント、プリンター、産業機械、一部のIoTデバイスに有線接続を提供し、物理サーバーやストレージインフラストラクチャを接続します。Power over Ethernet(PoE)技術により、最新の PoEスイッチ セキュリティカメラ、voice-over IP電話、センサーなどのネットワークデバイスに電力を供給することもできます。さらに、スイッチはIoTデバイスからデータを収集し、それを機械学習アルゴリズムに利用して、より明るい環境を最適化できます。

高度なスイッチの主な機能の1つは、仮想ネットワークを構築できることです。これにより、ネットワーク化されたシステムのグループを相互に分離すると同時に、特定のシステムを残りのシステムから安全にセグメント化でき、多数のシステムを単一の物理ネットワークに接続できます。これは、マルチテナント型データセンターや大企業で一般的です。スイッチの問題解決能力は、単純なLAN相互接続にとどまらず、異なるネットワークセグメントを通じて数千台のデバイスをサポートできます。ネットワークトポロジーにより、スイッチはさまざまな方法で接続してさらに多くのデバイスをサポートでき、ネットワーク性能を向上させながら全二重通信を提供できます。

ITネットワークにおけるネットワークスイッチの価値は計り知れません。ネットワークスイッチは、エンドポイントへの有線接続を提供し、仮想ネットワークをサポートし、複数のネットワークセグメントを接続して数千台のデバイスを支援する問題解決手段です。こうした機能により、スイッチは現代のデータネットワークの効率性とセキュリティを高め、数多くのメリットをもたらします。

ネットワークスイッチはどのように動作しますか？

A ネットワークスイッチ ネットワーク内のある場所から別の場所へデータを転送する役割を果たします。ネットワークでは、エッジスイッチ、アグリゲーションスイッチ、コアスイッチなど、さまざまな種類のスイッチが使用されます。

スイッチが認識していないMACアドレスにデータフレームが転送されると、そのフレームは、ブロードキャスト、未知のユニキャスト、マルチキャストのフラッディングを含め、スイッチングドメイン内のすべてのポートにフラッディングされます。この機能により、スイッチはOSI通信モデルにおけるレイヤー2デバイスとなります。

一部のデータセンターでは、サーバーとストレージをリーフスイッチに接続し、各リーフスイッチを2台以上のスパインスイッチに接続するスパイン・リーフ型アーキテクチャが使用されています。この構成では、データが送信元から宛先に到達するまでのホップ数が減少するため、レイテンシーが低減されます。

ネットワークスイッチは、小規模企業やホームネットワークでGigabit Ethernetに接続するための追加のEthernetポートを提供します。ただし、すべてのネットワークでスイッチが使用されるわけではありません。ネットワークによっては、バス、ハブ、リピーターで接続されている場合や、トークンリングで構成されている場合があります。

スイッチがデバイスに接続されると、物理デバイスを識別し、変わることのないMACアドレスが記録されます。スイッチは、個々のMACアドレスによって各デバイスのパケットを識別し、それらのパケットを適切な宛先へ送信します。

スイッチはレイヤー3でも動作でき、これは仮想LAN（VLAN）のサポートに必要です。現在のレイヤー3スイッチは一般に、VLANを通じてレイヤー2ネットワークを分割し、レイヤー2スイッチングを実装すると同時に、異なるVLAN間でレイヤー3 IPの相互アクセスを実現できます。

さまざまな種類のスイッチ

このセクションでは、いくつかの異なる種類の スイッチ:

仮想スイッチ 仮想マシンのホスティング環境内にソフトウェアとしてのみ存在するスイッチです。

ルーティングスイッチ ローカルエリアネットワークを接続し、MACベースのレイヤー2スイッチングとネットワーク層（OSIレイヤー3）でのルーティング機能を実行します。これにより、各パケット内のIPアドレスに従ってトラフィックが転送されます。

マネージドスイッチ ポートはユーザーが調整でき、監視や設定変更を容易にします。

アンマネージドスイッチ Ethernetデバイスが、データレートなどの要素を決定するオートネゴシエーションを介してデータを自動的に転送できるようにします。この設定は変更できず、あらかじめ設定されています。

スマートスイッチ データ伝送をより細かく制御できるようにカスタマイズできますが、マネージドスイッチと比べると一定の制限があります。部分管理型スイッチとも呼ばれます。

スタッカブルスイッチ バックプレーンケーブルインターフェースを介して相互接続し、2台以上の物理スイッチから統合された1台の論理スイッチを構成できる固定型スイッチです。

モジュラースイッチ 2枚以上のカードを収容できる十分に大きな固定式シャーシに挿入可能な、モジュール式またはシャーシベースのスイッチ用スイッチングカードです。必要に応じてスイッチインターフェースを変更できるため、このスイッチは最大限の柔軟性とアップグレード性を備えています。

KVMスイッチ 通常、データセンターや多数のサーバーが設置されているその他の場所で使用されます。複数のコンピューターにキーボード、ビデオ（モニター）、マウスの接続を提供し、ユーザーが1か所またはコンソールポートから一連のサービスを管理できるようにします。

ネットワークにおけるスイッチの用途

ネットワークスイッチは、ネットワーク接続の確立と維持に不可欠なコンポーネントです。以降の例では、ネットワークでスイッチが使用されるさまざまなシナリオを紹介します。

まず、スイッチはリンク接続を自動化し、手動設定を必要とせずに、効果的な接続性、速度、使いやすいユーザー体験を実現します。次に、スイッチはデータ転送を制御することで、ネットワークのセキュリティと信頼性を向上させます。さらに、異なるネットワーク機器を物理的に接続する際には、複数のフロントポート（通常はRJ-45ポート）を備えたスイッチが不可欠です。利用可能なポート数は異なる場合があります。また、スイッチは全二重モードで動作し、データの送受信を同時に行えるため、ハブと比較してネットワーク速度が大幅に向上します。特に、ホームネットワークや、高性能なストリーミングサービスを定期的に必要とする状況で有益であり、4K動画をストリーミングまたは再生するための信頼性の高い手段を提供します。最後に、スイッチは接続された各機器の一意のMACアドレスのリストを保持し、ネットワーク通信を目的の宛先へ効率的にルーティングします。これにより、すべての機器への不要なブロードキャストを回避し、衝突を減らしてブロードキャストドメインを排除します。

結論

この記事を読むことで、ネットワークスイッチとは何か、またそれがどのように機能するかを理解できます。選択する際には、スイッチとルーターのどちらが適切かを検討することが重要です。スイッチはデータリンク層（Layer 2）で動作し、単一のLAN上でリソースを共有できるようにします。一方、ルーターはネットワーク層（Layer 3）で動作し、IPアドレスを解析して複数のネットワーク間でデータを転送します。クリックしてください こちら スイッチとルーターの違いについて詳しく学ぶために。ネットワークスイッチとは何かについてさらに詳しい情報をご希望の場合は、[email protected]またはライブチャットを通じてQSFPTEK CCIE/HCIEにお問い合わせいただければ、迅速にサポートいたします。