レイヤ 2 イーサネット スイッチングについて
ここでは、Catalyst 4500 シリーズ スイッチでのレイヤ 2 イーサネット スイッチングの機能について説明します。
• 「レイヤ 2 イーサネット スイッチング」
• 「VLAN トランク」
• 「レイヤ 2 インターフェイス モード」
レイヤ 2 イーサネット スイッチング
Catalyst 4500 シリーズ スイッチは、レイヤ 2 イーサネット セグメント間での同時パラレル接続をサポートします。イーサネット セグメント間のスイッチド コネクションが維持されるのは、パケットの伝送時間の長さだけです。以降のパケットには、別のセグメント間に新しい接続が確立されます。
(注) Cisco IOS Release 12.1(13)EW の場合、Catalyst 4500 シリーズ スイッチは 1600 バイトのパケットを処理できます。「オーバーサイズ」として処理して廃棄することはありません。このサイズは、一般的な Institute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE; 電気電子学会)Maximum Transmission Unit(MTU; 最大伝送単位)(1518 バイト)および 802.1Q MTU(1522 バイト)よりも大きな値です。大容量パケットを処理するには、ネットワーク上で 2 つのネスト化した 802.1Q ヘッダーとマルチプロトコル ラベル スイッチング(MPLS)のサポートが必要です。
Catalyst 4500 シリーズは、高帯域のデバイスおよび多数のユーザに起因する輻輳問題を解決するために、デバイス(サーバなど)ごとに専用の 10 Mbps、100 Mbps、または 1000 Mbps セグメントを割り当てます。スイッチの各イーサネット インターフェイスは、それぞれ別のイーサネット セグメントに接続されているので、スイッチング環境が適切に設定されていれば、サーバは全帯域幅にアクセスできます。
衝突はイーサネット ネットワークにおける大きな障害になりますが、有効な解決策の 1 つは全二重通信です。イーサネットは通常、半二重モードで動作します。つまり、各ステーションは送信または受信のどちらか一方しか実行できません。全二重モードでは、2 つのステーション間で同時に送受信を行うことができます。パケットを同時に双方向に流すことができる場合、有効イーサネット帯域幅は 2 倍になり、10 Mbps インターフェイスで 20 Mbps、ファスト イーサネット インターフェイスで 200 Mbps になります。Catalyst 4500 シリーズ スイッチのギガビット イーサネット インターフェイスは全二重モード専用で、2 Gbps の有効帯域幅を提供します。
セグメント間のフレーム スイッチング
Catalyst 4500 シリーズ スイッチ上の各イーサネット インターフェイスは、1 台のワークステーションまたはサーバに接続することも、ハブに接続し、ハブを経由して複数のワークステーションまたはサーバをネットワークに接続することもできます。
標準的なイーサネット ハブでは、すべてのポートがハブ内の共通のバックプレーンに接続され、ハブに接続されたすべてのデバイスが、ネットワークの帯域幅を共有します。2 つのデバイス間で、帯域幅を大量に使用するセッションを確立した場合には、そのハブに接続された他のすべてのステーションで、ネットワーク パフォーマンスが低下します。
パフォーマンスの低下を抑えるために、スイッチは各インターフェイスを個々のセグメントとして処理します。異なるインターフェイス上のステーションが相互に通信する必要がある場合、スイッチは一方のインターフェイスから他方のインターフェイスにワイヤ速度でフレームを転送して、各セッションが全帯域幅を利用できるようにします。
インターフェイス間でフレームのスイッチングを効率的に行うため、スイッチはアドレス テーブルを維持します。フレームがスイッチに着信すると、ルータは送信元ステーションの MAC アドレスと、フレームを受信したインターフェイスを対応付けます。
MAC アドレス テーブルの作成
Catalyst 4500 シリーズは、受信したフレームの送信元アドレスを使用して、MAC アドレス テーブルを作成します。MAC アドレス テーブルに登録されていない宛先アドレスを持つフレームをスイッチが受信すると、そのフレームを受信したインターフェイスを除き、同一 VLAN のすべてのインターフェイスにフレームをフラッディングします。宛先デバイスから応答があると、スイッチは該当する送信元アドレスおよびインターフェイス ID をアドレス テーブルに追加します。スイッチは以降のフレームについて、すべてのインターフェイスにフラッディングすることなく 1 つのインターフェイスに転送します。
アドレス テーブルには、エントリのフラッディングを伴わずに 32,000 以上のアドレス エントリを保管できます。スイッチは設定可能なエージング タイマーによって定義されたエージング メカニズムを使用するため、アドレスが非アクティブなまま指定した秒数が経過すると、そのアドレスはアドレス テーブルから削除されます。
VLAN トランク
トランクとは、1 つまたは複数のイーサネット スイッチ インターフェイスと他のネットワーキング デバイス(ルータ、スイッチなど)の間のポイントツーポイント リンクです。トランクは 1 つのリンクを介して複数の VLAN トラフィックを伝送するので、VLAN をネットワーク全体に拡張することができます。
802.1Q トランキング カプセル化はすべての Catalyst 4500 イーサネット インターフェイスで使用できます。
(注) WS-X4418-GB モジュールでは、ポート 3 ~ 18 がブロッキング ギガビット ポートです。WS-X4412-2GB-T モジュールでは、ポート 1 ~ 12 がブロッキング ギガビット ポートです。
トランクを設定できるのは、1 つのイーサネット インターフェイスまたは EtherChannel バンドルに対してです。EtherChannel の詳細については、「EtherChannel およびリンク ステート トラッキングの設定」を参照してください。
レイヤ 2 インターフェイス モード
表 17-1 に、レイヤ 2 インターフェイス モードを示し、イーサネット インターフェイスにおける各モードの機能について説明します。
表 17-1 レイヤ 2 インターフェイス モード
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switchport mode access |
インターフェイスは永続的な非トランキング モードになり、リンクを非トランキング リンクに変換するためにネゴシエーションを行います。インターフェイスは、ネイバー インターフェイスが変更されない場合でも、非トランク インターフェイスになります。 |
switchport mode dynamic desirable |
リンクからトランキング リンクへの変換をインターフェイスにアクティブに試行させます。インターフェイスは、ネイバー インターフェイスが trunk 、 desirable 、または auto モードに設定されている場合、トランク インターフェイスになります。 |
switchport mode dynamic auto |
ネイバー インターフェイスが trunk モードまたは desirable モードに設定されている場合、インターフェイスのリンクをトランキング リンクに変換します。これは、すべてのイーサネット インターフェイスのデフォルト モードです。 |
switchport mode trunk |
インターフェイスは永続的なトランキング モードになり、リンクをトランキング リンクに変換するためにネゴシエーションを行います。インターフェイスは、ネイバー インターフェイスが変更されない場合でも、トランク インターフェイスになります。 |
switchport nonegotiate |
インターフェイスを永続的なトランキング モードにしますが、インターフェイスが DTP フレームを生成しないようにします。トランキング リンクを確立するには、ネイバー インターフェイスを手動でトランク インターフェイスとして設定する必要があります。 |
(注) DTP はポイントツーポイント プロトコルです。ただし、インターネットワーキング デバイスによっては、DTP フレームが正しく転送されないことがあります。この問題を避けるために、これらのリンク上でトランキングを行わない場合は、DTP をサポートしないデバイスに接続されているインターフェイスが、access キーワードを使用して設定されていることを確認してください。DTP をサポートしないデバイスへのトランキングをイネーブルにするには、nonegotiate キーワードを使用して、インターフェイスをトランクにし、DTP フレームが生成されないようにします。
レイヤ 2 イーサネット インターフェイスのデフォルト設定
表 17-2 に、レイヤ 2 イーサネット インターフェイスのデフォルト設定を示します。
表 17-2 レイヤ 2 イーサネット インターフェイスのデフォルト設定
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インターフェイス モード |
switchport mode dynamic auto |
トランク カプセル化 |
switchport trunk encapsulation negotiate |
VLAN 許容範囲 |
VLAN 1 ~ 1005 |
プルーニングに適格な VLAN 範囲 |
VLAN 2 ~ 1001 |
デフォルト VLAN(アクセス ポート用) |
VLAN 1 |
ネイティブ VLAN(802.1Q 専用トランク用) |
VLAN 1 |
STP |
すべての VLAN でイネーブル |
STP ポート プライオリティ |
128 |
STP ポート コスト |
• 10 Mbps イーサネット LAN ポートでは 100 • 10/100 Mbps ファスト イーサネット ポートでは 19 • 100 Mbps ファスト イーサネット ポートでは 19 • 1000 Mbps ギガビット イーサネット ポートでは 4 • 10,000 Mbps 10 ギガビット イーサネット LAN ポートでは 2 |
レイヤ 2 インターフェイス設定時の注意事項および制約事項
レイヤ 2 インターフェイスを使用(または設定)するときは、次の注意事項および制約事項を考慮してください。
• 802.1Q トランクを使用して接続している Cisco スイッチのネットワークでは、トランク上で許容される VLAN ごとに 1 つのスパニングツリー インスタンスが維持されます。他社製の 802.1Q スイッチが維持するのは、トランク上で許容されるすべての VLAN に対してスパニングツリー インスタンス 1 つだけです。
802.1Q トランクを使用して Cisco スイッチを非シスコ デバイスに接続する場合、Cisco スイッチは、トランクのネイティブ VLAN のスパニングツリー インスタンスを、非シスコ 802.1Q スイッチのスパニングツリー インスタンスと結合します。ただし、各 VLAN のスパニングツリー情報は、他社製の 802.1Q スイッチのクラウドと切り離され、Cisco スイッチで維持されます。Cisco スイッチを切り離している他社製の 802.1Q のクラウドは、スイッチ間の単一トランク リンクとして扱われます。
• 802.1Q トランクのネイティブ VLAN が、トランク リンクの両端で同一であることを確認してください。トランクの一端の VLAN と反対側の VLAN が異なると、スパニングツリー ループの原因になります。
• 802.1Q トランクのいずれかの VLAN でスパニングツリーをディセーブルにしても、スパニングツリー ループが発生する場合があります。
レイヤ 2 スイッチング用のイーサネット インターフェイスの設定
ここでは、Catalyst 4500 シリーズスイッチにおけるレイヤ 2 スイッチングの設定手順について説明します。
• 「レイヤ 2 トランクとしてのイーサネット インターフェイスの設定」
• 「レイヤ 2 アクセス ポートとしてのインターフェイスの設定」
• 「レイヤ 2 設定のクリア」
レイヤ 2 トランクとしてのイーサネット インターフェイスの設定
(注) レイヤ 2 インターフェイスのデフォルトは、switchport mode dynamic auto です。ネイバー インターフェイスがトランキングをサポートし、trunk モードまたは dynamic desirable モードに設定されている場合、リンクはレイヤ 2 トランクになります。
インターフェイスをレイヤ 2 トランクとして設定するには、次の作業を行います。
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ステップ 1 |
Switch(config)#
interface {
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet } slot/port
|
設定するインターフェイスを指定します。 |
ステップ 2 |
Switch(config-if)#
shutdown
|
(任意)設定が完了するまでトラフィック フローを防止するために、インターフェイスをシャットダウンします。 |
ステップ 3 |
Switch(config-if)#
switchport trunk
encapsulation {
dot1q |
negotiate }
|
(任意)カプセル化方式を指定します。 コマンドをサポートするようにします。 |
ステップ 4 |
Switch(config-if)#
switchport mode {
dynamic {
auto |
desirable } |
trunk }
|
インターフェイスをレイヤ 2 トランクとして設定します。(インターフェイスがレイヤ 2 アクセス ポートの場合、またはトランキング モードを指定する場合だけ)。 |
ステップ 5 |
Switch(config-if)#
switchport access vlan
vlan_num
|
(任意)インターフェイスがトランキングを停止した場合に使用するアクセス VLAN を指定します。アクセス VLAN がネイティブ VLAN として使用されることはありません。 (注) vlan_num パラメータは、1 ~ 1005 の単一の VLAN 番号または 2 つの VLAN 番号(小さい方が先、ダッシュで区切る)で指定する VLAN 範囲です。カンマで区切った vlan パラメータの間、またはダッシュで指定した範囲の間には、スペースを入れないでください。 |
ステップ 6 |
Switch(config-if)#
switchport trunk native vlan
vlan_num
|
802.1Q トランクの場合、ネイティブ VLAN を指定します。 (注) ネイティブ VLAN を設定しない場合、デフォルトが使用されます(VLAN 1)。 |
ステップ 7 |
Switch(config-if)#
switchport
trunk
allowed
vlan {
add |
except |
all |
remove }
vlan_num [,
vlan_num [,
vlan_num [,....]]
|
(任意)トランク上で許容される VLAN のリストを設定します。デフォルトでは、すべての VLAN が許可されます。トランクからデフォルト VLAN を削除することはできません。 |
ステップ 8 |
Switch(config-if)#
switchport
trunk
pruning
vlan {
add |
except |
none |
remove }
vlan_num [,
vlan_num [,
vlan_num [,....]]
|
(任意)トランクでプルーニングが許容されている VLAN のリストを設定します(「VLAN トランキング プロトコル」を参照)。デフォルトでは、プルーニングが許容される VLAN のリストに、VLAN 1 を除くすべての VLAN が含まれます。 |
ステップ 9 |
Switch(config-if)#
no shutdown
|
インターフェイスをアクティブにします。(インターフェイスをシャットダウンしている場合に限り必要)。 |
ステップ 10 |
|
インターフェイス コンフィギュレーション モードを終了します。 |
ステップ 11 |
Switch#
show running-config interface {
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet } slot/port
|
インターフェイスの実行コンフィギュレーションを表示します。 |
ステップ 12 |
Switch#
show interfaces
[
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet ] slot/port
switchport
|
インターフェイスのスイッチ ポートの設定を表示します。 |
ステップ 13 |
Switch#
show interfaces [{
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet } slot/port]
trunk
|
インターフェイスのトランクの設定を表示します。 |
次に、ファスト イーサネット インターフェイス 5/8 を 802.1Q トランクとして設定する例を示します。この例では、ネイバー インターフェイスが 802.1Q トランキングをサポートするように設定され、ネイティブ VLAN のデフォルトが VLAN 1 に設定されているものとします。
Switch# configure terminal
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
Switch(config)# interface fastethernet 5/8
Switch(config-if)# shutdown
Switch(config-if)# switchport mode dynamic desirable
Switch(config-if)# switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)# no shutdown
次に、実行コンフィギュレーションを確認する例を示します。
Switch# show running-config interface fastethernet 5/8
Building configuration...
interface FastEthernet5/8
switchport mode dynamic desirable
switchport trunk encapsulation dot1q
次に、スイッチ ポートの設定を確認する例を示します。
Switch# show interfaces fastethernet 5/8 switchport
Administrative Mode: dynamic desirable
Administrative Trunking Encapsulation: negotiate
Operational Trunking Encapsulation: dot1q
Negotiation of Trunking: Enabled
Access Mode VLAN: 1 (default)
Trunking Native Mode VLAN: 1 (default)
Trunking VLANs Enabled: ALL
Pruning VLANs Enabled: 2-1001
次に、トランクの設定を確認する例を示します。
Switch# show interfaces fastethernet 5/8 trunk
Port Mode Encapsulation Status Native vlan
Fa5/8 desirable n-802.1q trunking 1
Port Vlans allowed on trunk
Port Vlans allowed and active in management domain
Fa5/8 1-6,10,20,50,100,152,200,300,303-305,349-351,400,500,521,524,570,801-8
Port Vlans in spanning tree forwarding state and not pruned
Fa5/8 1-6,10,20,50,100,152,200,300,303-305,349-351,400,500,521,524,570,801-8
レイヤ 2 アクセス ポートとしてのインターフェイスの設定
(注) 存在しない VLAN にインターフェイスを割り当てると、VLAN データベースにその VLAN を作成するまで、インターフェイスは機能しません(「グローバル コンフィギュレーション モードでの VLAN の設定」を参照)。
インターフェイスをレイヤ 2 アクセス ポートとして設定するには、次の作業を行います。
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ステップ 1 |
Switch(config)#
interface {
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet } slot/port
|
設定するインターフェイスを指定します。 |
ステップ 2 |
Switch(config-if)#
shutdown
|
(任意)設定が完了するまでトラフィック フローを防止するために、インターフェイスをシャットダウンします。 |
ステップ 3 |
Switch(config-if)#
switchport
|
インターフェイスをレイヤ 2 スイッチング用に設定します。 • インターフェイスをレイヤ 2 ポートとして設定するには、キーワードを指定せずに switchport コマンドを 1 回入力する必要があります。そのあとで、キーワードとともに他の switchport コマンドを入力してください。 • それまでにインターフェイスに対して no switchport コマンドを入力している場合にだけ必要です。 |
ステップ 4 |
Switch(config-if)#
switchport mode access
|
インターフェイスをレイヤ 2 アクセス ポートとして設定します。 |
ステップ 5 |
Switch(config-if)#
switchport access vlan
vlan_num
|
VLAN 内にインターフェイスを配置します。 |
ステップ 6 |
Switch(config-if)#
no shutdown
|
インターフェイスをアクティブにします。(インターフェイスをシャットダウンした場合だけ)。 |
ステップ 7 |
|
インターフェイス コンフィギュレーション モードを終了します。 |
ステップ 8 |
Switch#
show running-config interface {
fastethernet |
gigabitethernet } slot/port
|
インターフェイスの実行コンフィギュレーションを表示します。 |
ステップ 9 |
Switch#
show interfaces [{
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet } slot/port]
switchport
|
インターフェイスのスイッチ ポートの設定を表示します。 |
次に、ファスト イーサネット インターフェイス 5/6 を VLAN 200 のアクセス ポートとして設定する例を示します。
Switch# configure terminal
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
Switch(config)# interface fastethernet 5/6
Switch(config-if)# shutdown
Switch(config-if)# switchport mode access
Switch(config-if)# switchport access vlan 200
Switch(config-if)# no shutdown
次に、実行コンフィギュレーションを確認する例を示します。
Switch# show running-config interface fastethernet 5/6
Building configuration...
Current configuration :33 bytes
interface FastEthernet 5/6
switchport access vlan 200
次に、スイッチ ポートの設定を確認する例を示します。
Switch# show interface fastethernet 5/6 switchport
Administrative Mode:dynamic auto
Operational Mode:static access
Administrative Trunking Encapsulation:negotiate
Operational Trunking Encapsulation:native
Negotiation of Trunking:On
Access Mode VLAN:1 (default)
Trunking Native Mode VLAN:1 (default)
Administrative private-vlan host-association:none
Administrative private-vlan mapping:none
Operational private-vlan:none
Trunking VLANs Enabled:ALL
Pruning VLANs Enabled:2-1001
レイヤ 2 設定のクリア
インターフェイス上のレイヤ 2 設定をクリアするには、次の作業を行います。
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ステップ 1 |
Switch(config)#
default interface {
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet } slot/port
|
クリアするインターフェイスを指定します。 |
ステップ 2 |
|
インターフェイス コンフィギュレーション モードを終了します。 |
ステップ 3 |
Switch#
show running-config interface {
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet } slot/port
|
インターフェイスの実行コンフィギュレーションを表示します。 |
ステップ 4 |
Switch#
show interfaces [{
fastethernet |
gigabitethernet |
tengigabitethernet } slot/port]
switchport
|
インターフェイスのスイッチ ポートの設定を表示します。 |
次に、ファスト イーサネット インターフェイス 5/6 のレイヤ 2 設定をクリアする例を示します。
Switch# configure terminal
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
Switch(config)# default interface fastethernet 5/6
次に、レイヤ 2 設定のクリアを確認する例を示します。
Switch# show running-config interface fastethernet 5/6
Building configuration...
interface FastEthernet5/6
次に、スイッチ ポートの設定を確認する例を示します。
Switch# show interfaces fastethernet 5/6 switchport