衝突ドメインとブロードキャストドメインの違い

衝突ドメイン（コリジョンドメイン）は、同時に送ると信号がぶつかる範囲です。ブロードキャストドメインは、ブロードキャストのフレームが届く範囲です。

どちらの範囲も、機器で区切られます。ハブ・スイッチ・ルータのうち、ハブは何も区切らず、スイッチは衝突ドメインだけを、ルータは両方を区切ります。スイッチにVLANを設定すると、ブロードキャストドメインも区切れます。

LANが遅いときや、ブロードキャストが多すぎるときは、この2つの範囲がどこで区切れているかが原因を探す手がかりになります。

1本の回線を複数の機器が共有していると、2台が同時に送った信号が重なって読めなくなります。これが衝突です。衝突が起きうる機器の集まりが、1つの衝突ドメインです。

Ethernetは、衝突をCSMA/CDという方法で扱います。送る前に、回線が空いているかを確かめます。それでも衝突を検知したら、ランダムな時間だけ待ってから再送します。ジャム信号を含む手順はネットワークトポロジの記事にあります。

ハブは受け取った信号を全ポートへ流すので、つないだ機器は1つの衝突ドメインに入ります。接続する台数が増えるほど、衝突が起きやすくなります。

スイッチは、ポートごとに回線を分けて扱います。そのため、スイッチの1ポートとその先の機器の間が、1つの衝突ドメインになります。その線が全二重なら、送信用と受信用の経路が別なので、衝突自体が起きません。

ハブをスイッチの1つのポートにつなぐと、そのハブにつながった機器とスイッチのポートが、1つの衝突ドメインにまとまります。スイッチをつないでも、ハブの先は分かれません。

ブロードキャストは、同じネットワークの全員に向けて送る通信です。宛先のMACアドレスは FF:FF:FF:FF:FF:FF です。受け取った機器は、どれも中身を確認します。この通信が届く範囲を、ブロードキャストドメインと呼びます。

身近な例が、ARPの要求です。PCは、ゲートウェイのMACアドレスを知らないとき、ARP要求をブロードキャストで送ります。やりとりの流れはARPの記事にあります。

スイッチは、ブロードキャストを受信ポート以外の全ポートへ流します。そのため、スイッチだけでつないだ範囲は、全体が1つのブロードキャストドメインです。

ルータは、ブロードキャストを別のネットワークへ転送しません。255.255.255.255 宛てのブロードキャストは転送してはならないと、RFC 919の第7節が定めています。255.255.255.255 以外のブロードキャストとの違いは、ユニキャスト・ブロードキャスト・マルチキャストの記事にあります。

ブロードキャストドメインが大きくなるほど、1台が受け取るブロードキャストも増えます。受け取った機器は、自分に関係なくても中身を確認します。範囲を適度な大きさに区切ると、この負担を抑えられます。

機器ごとに、2つのドメインを分けるかどうかをまとめます。

スイッチとルータの違いは、フレームの宛先MACアドレスを見て中継するか、パケットの宛先IPアドレスを見て中継するかです。ブロードキャストの宛先MACアドレスは全員宛てなので、スイッチは全ポートへ流します。ルータは、受け取ったブロードキャストを別のネットワークへ転送しません。

L3スイッチは、スイッチにルーティングの機能を足した機器です。VLANで分けたブロードキャストドメインの間を、ルーティングで中継します。VLANで分ける仕組みは、VLANの記事で詳しく説明しています。

ブリッジはスイッチの原型で、分かれ方も同じです。ブリッジでつないだ2つのセグメントは、別々の衝突ドメインになり、ブロードキャストドメインは1つのままです。詳しくはブリッジとスパニングツリーの記事にあります。

同じ4台のPCを、機器を変えてつなぎ直します。機器と見方を選ぶと、ドメインの境目が線の色と数字で切り替わります。

今のLANは、ハブではなくスイッチでつなぎ、線を全二重で使うのが普通です。この構成では、衝突はほとんど問題になりません。代わりに、ネットワークの設計ではブロードキャストドメインの大きさを考えます。

ブロードキャストドメインを区切るには、ルータで分けるか、スイッチにVLANを設定します。VLANで分けたものは別々のネットワークなので、通信するにはルータかL3スイッチを通します。

衝突が問題になる場面もあります。片側のポートが全二重、反対側が半二重のように設定が食い違うと、半二重の側で衝突が起きます。この食い違いを、デュプレックスの不一致と呼びます。

スイッチをループ状につなぐと、ブロードキャストが同じブロードキャストドメインの中を回り続けます。この問題は、スパニングツリーで防ぎます。