ハブ・スイッチ・ルータの違い ― 何を見て転送先を決めるか

ハブ・スイッチ・ルータは、どれも「データを次に送る」機器という点では同じです。違うのは、転送先を決めるために何を見ているかです。

ハブは、受け取った電気信号をそのまま増幅して、受信したポート以外のすべてのポートに流すだけの機器です。 宛先がどこかという情報はいっさい見ません。

宛先を見ないので、本来届ける必要のない相手にもデータが流れてしまい無駄が多く、 複数の機器が同時に送信すると信号がぶつかる（コリジョン）ことも避けられません。 こうした欠点があるため、現在ではほぼ使われておらず、後述するスイッチに置き換わっています。

スイッチは、MACアドレステーブル（どのMACアドレスがどのポートの先にいるかの対応表）を自分で作り、 必要なポートだけにフレームを転送します。ハブと違い、関係のないポートにはデータを流しません。

MACアドレステーブルはどう作られるか

テーブルは、管理者が設定するものではなく、スイッチが通信を見ながら自動的に学習します。

1. 1

   フレームを受信する

   どこかのポートからEthernetフレームが届く。

2. 2

   送信元MACアドレスを学習する

   送信元MACアドレスと受信したポート番号の組を、MACアドレステーブルに記録する。

3. 3

   宛先MACアドレスがテーブルにあれば

   該当するポートだけにフレームを転送する。

4. 4

   宛先MACアドレスがテーブルになければ

   受信したポート以外の全ポートに転送する（フラッディング）。

ポイントは、学習に使うのが宛先ではなく送信元のMACアドレスだという点です。 「このポートから、このMACアドレスのフレームが送られてきた」という事実から、 「このポートの先に、このMACアドレスの機器がいる」と逆算しています。

たとえば3台のPCがそれぞれポート1・2・3に接続されていて、いずれも一度は送信済みだとすると、 MACアドレステーブルは次のようになります。

まだ一度も送信していない機器や、初めて受信する宛先はテーブルに載っていません。 その場合はステップ4のとおり、いったん全ポートにフラッディングして相手の応答を待ち、 応答が返ってきた時点でその送信元MACアドレスを学習します。

ルータは、フレームの中身のIPパケットを見て、宛先IPアドレスをもとに転送先を決めます。 スイッチが同一ネットワーク内での転送を担当するのに対し、ルータは別のネットワークへ中継する役割を持ち、 ネットワークとネットワークの境目に立ちます。

宛先IPアドレスからどの経路で送ればよいかを選ぶ具体的な仕組み（経路表・ルーティング）は、3-3 ルーティングの基本で扱っています。ここでは「ルータはIPアドレスを見て、ネットワークをまたいで中継する機器」 という位置づけを押さえておけば十分です。

L3スイッチは、スイッチとしての高速な転送性能を保ったまま、ルータと同じようにIPアドレスを見て ネットワーク間の中継（ルーティング）も行える機器です。名前のとおり、第2層と第3層の両方を扱います。

では「ルータで十分では」と思うかもしれませんが、両者には次のような違いがあります。

L3スイッチは、社内LANのように組織内で複数のネットワークに分けたセグメント間を高速に中継する場面が得意です。 一方、インターネットとの接続やNATが必要な場面では、いまもルータが使われます。

機器の違いは、「どの範囲まで信号が衝突しうるか」「どの範囲までブロードキャストが届くか」という 2つの範囲（ドメイン）にも現れます。

コリジョンドメインは、同時に送信すると信号がぶつかる（コリジョンが起きる）可能性がある範囲です。ブロードキャストドメインは、ブロードキャストフレーム（宛先を全員にした特別なフレーム）が届く範囲です。

選んでから「採点する」を押すと、解説つきで答え合わせができます。