レイヤ 3 スイッチとレイヤ 2 スイッチの比較

概要

従来のスイッチング機能は OSI モデルのレイヤ 2 で動作し、パケットは宛先 MAC アドレスに基づいて特定のスイッチポートに送信されます。ルーティング機能はレイヤ 3 で動作し、パケットは宛先 IP アドレスに基づいて特定のネクストホップ IP アドレスに送信されます。同じレイヤ 2 セグメント内のデバイスでは、ローカルピアに到達するためのルーティングは必要ありません。必要なのは、下の図に示されているように、Address Resolution Protocol（ARP）によって解決可能な宛先 MAC アドレスです。

ここで、PC A から、IP アドレス 192.168.1.6 にある PC B にトラフィックを送信するとします。しかし、PC Bの固有 MAC アドレスは、ARP によって検出されるまでわかりません。ARP はレイヤ 2 セグメント全体にブロードキャストされます。

次に、適切な宛先 MAC アドレスにパケットが送信された後、スイッチにより、MAC アドレステーブルに基づいて正しいポートに転送されます。

レイヤ 2 スイッチ環境内にはブロードキャストドメインが存在します。スイッチ上のブロードキャストトラフィックは、ブロードキャストパケットを受信したポート以外のすべてのポートに転送されます。ブロードキャストは、レイヤ 3 境界を越えることがないため、同じレイヤ 2 セグメントに含まれます。

大規模なレイヤ 2 ブロードキャストドメインは、ネットワーク停止を引き起こす可能性のあるブロードキャストストームなど、特定の予期しない問題の影響を受けることがあります。また、セキュリティやポリシー上の理由のため、特定のクライアントを異なるブロードキャストドメインに分けることが望ましい場合があります。そのような場合は VLAN を設定するのが便利です。レイヤ 2 スイッチは、VLAN を特定のスイッチポートに割り当てます。そしてこれらのポートは、互いに異なるレイヤ 3 サブネット（つまり、異なるブロードキャストドメイン）に属するようにします。 VLAN では異なるレイヤ 3 ネットワークが同じレイヤ 2 インフラストラクチャを共有できるため、高い柔軟性を実現します。下の画像は、レイヤ 2 スイッチが動作するマルチ VLAN 環境の例です。

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VLAN はそれぞれ独自のレイヤ 3 サブネット内に存在しているため、VLAN 間でトラフィックが通過するにはルーティングが必要になります。ここでレイヤ 3 スイッチが活躍します。レイヤ 3 スイッチは、スイッチングに加えてルーティング機能も実行できるスイッチです。クライアントコンピュータでは、リモートサブネットへのレイヤ 3 接続のためにデフォルトゲートウェイが必要です。コンピュータが別のサブネットにトラフィックを送信する場合、パケットの宛先 MAC アドレスはデフォルトゲートウェイの MAC アドレスとなります。そこではレイヤ 2 でパケットを受け付け、ルーティングテーブルに基づいて適切な宛先にトラフィックをルーティングします。

次の図は、VLAN 間で（2 つの VLAN インターフェイスを通じて）ルーティングを実行するレイヤ 3 スイッチングの例を示しています。前述の例と同様、レイヤ 3 デバイスでは、VLAN 20 にブロードキャストされた ARP 要求による PC B の MAC アドレス解決が必要です。その後、適切な宛先 MAC アドレスに書き換えられ、レイヤ 2 セグメントからパケットが返送されます。
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レイヤ 3 スイッチとレイヤ 2 スイッチの比較

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