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自分研究会

一日の振り返りと課題を探す

レイヤ2 スイッチ

 

■スイッチとブリッジとハブ


スイッチ
⇒電気のスイッチと同じ、切り替えという意味

 

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電車の切り替えポイントと例えると表現しやすい。
ネットワークの場合、切り替えられる電車がデータ。レールがメディアもしくは回路ということになる。
これをスイッチングという。


ここで説明するのはレイヤ2スイッチという。
一般的にはスイッチング・ハブと呼ばれる。
しかし、機能的にはブリッジに近い。

 

 

 

■スイッチの機能

復習

ブリッジの機能
MACアドレスでフィルタリングする。
ブリッジを通過するフレームか、通させないフレームか判断して。


宛先が送信元と同じ側にあれば他には送らない。
違うならば、他へすべて送る。


スイッチも同様にMACアドレスによるフィルタリングを行う。
異なる点はマルチポートという点。
ブリッジは通すか通さないかの二択しか行わなかったが、ポート密度の高いスイッチは、どのポートに送るかまで判断する。
※ポート密度=ポートの数のこと




スイッチは、ポートとポートを直接つなげてしまう形になる。
ブリッジが通すか通さないかの関所でしかなかったのに、スイッチはどこに行けばいいか、の案内までやってくれる。
ただ、アドレステーブルの作り方はブリッジと同じ。

要するに、受信したらその宛先とポートを覚えていく。
また複数のデバイスが同時に送信可能。
送信元と宛先が1対1で接続されている形になる。




図の例の場合、例えばAがC宛に送信した場合、フレームを受け取ったポートの受信機と、C宛に送信するポートの送信機とが接続される。
送信機と受信機、別々に接続が可能ということ。


ただし、以下のような図の場合はだめ。
AとBは、ハブがあるから直接は接続できなくなる。


<1つのポートに2つにデバイスが接続されているときはどうなるのか?>

あまり違いはない、スイッチはAとBの2つのMACアドレスと1番ポートと対応させることになる。
アドレステーブルは以下のようになる。

スイッチは宛先が繋がっているポートだかしかフレームを送信しない。ということ。

 

 

■ストアアンドフォワード


画像


上の画像のように、同じ宛先に送信する場合、普通に送った場合は衝突が発生する。
しかし、スイッチはバッファメモリを持っている。
なので、一時的に保存をして伝送路が空くのを待つことができる。


このようになる


画像

画像


つまり、空くのを待ってから送信が行われる。

ただのハブと大きく異なる点である。
ハブにはバッファメモリは存在しないから、一時退避できない。

このようにバッファリングを行う方式のことを、ストアアンドフォワード方式という。

あるポートから、宛先に接続されているポートへフレームを送ることをフォワードという。
スイッチ内部でのフレームの移動を指す言葉。

ストア(貯める)して、フォワード(送る)という方式。

現在のスイッチは、この方式が多い。
理由は、ファストイーサネットの下位互換性だ。
※ファストイーサネットの下位互換性
⇒通常のイーサネットの機器と、ファストイーサネットの機器が混在できること

つまり、ポートによっては10Mbpsと100Mbpsが混在する。
そうすると、10Mbps側がボトルネックとなる。


画像

 

ファストイーサネット側から100Mbpsで送られてきても、イーサネット側で10Mbpsしか通らない。
なので、送り切れない90Mbps分を一時貯めておく必要がある。

ストアアンドフォワード以外にも、カットスルー方式とフラグメントフリー方式がある。
ストアアンドフォワード方式は、フレームを一時記憶するための遅延時間必要。

カットスルー方式
⇒バッファせずに宛先を確認した時点で送信する方法。
遅延はないが、エラーフレームとなる可能性がある。
帯域幅の違うメディア同士では使えない。

フラグメントフリー方式
⇒基本はカットスルーだが、64バイトまでバッファしエラーチェックする。
イーサネットで一番多いショートフレーム(64バイト以下のエラーフレーム)を除去できる。

 

■全二重イーサネット


スイッチは、スイッチング機能により事実上1対1の通信を行う。
かつ、ストアアンドフォワード方式だ。

つまり、衝突が発生しない。

※送信元の送信機と宛先の受信機が接続されていて、同じ宛先に送ったとしても、ストアアンドフォワード方式で衝突が回避される。


つまり、スイッチを使えば、送信しながらでも受信ができる、ということ。
これを、「全二重通信」という。

全二重通信になると、送受信が同時にできるため、効率があがる。


スイッチを使えば全二重が可能だが、必ずできるわけではない。
いくつかの条件がある。


1つ目は、スイッチのポートとデバイスが1対1でない場合。


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ハブは、送信用の伝送路と、受信用の伝送路の2本を持っていない。
CとD間では全二重通信が可能だが、AとBでは行えない。


もう1つはNICが対応していない場合。
最近のNICはほとんどが対応しているが、昔のNICだと半二重通信しか行えないものもある。


<どうやったら確認できるの?>


バイスマネージャーのネットワークアダプタのプロパティに表示されている。

画像


Full Duplexが選択可能ならば、それは全二重通信に対応したNICである。
また、スイッチだからと言って、必ずしも全二重通信にしなければならないわけではない。

 


■スイッチの利点

スイッチは、宛先が繋がっているポートだけしかフレームを送信できない。送る先を限定できる。
送信元と宛先が1対1で接続されているような状態。

だから衝突が発生しない。
つまり、衝突ドメインを区切ることができる。(※ブリッジと同じ)

ブリッジと異なる点は、マルチポートつまりポート1つ1つが衝突ドメインという点。
なので、1ポートにつき1デバイスしか接続できなかった場合、そのメディアを独占できる。


画像

 

バイスとスイッチのポート間のメディアは帯域幅を効果的に使用できる。

 

さらに、スイッチを使った全二重通信の場合、CSMA/CDを無視できるというのもスイッチの利点だ。
CSMA/CDは衝突を前提としたアクセス制御方式だ。

全二重ならば必要ない。なので、CSMA/CDであったいらない手順を追う必要がない。
例えば、キャリア検知にかかる時間、多重アクセスのための待ち時間など。


更にスイッチは、複数のデバイスが同時に送信可能だ。

もう一つ付け加えるとハブと簡単に交換できるという点。
特に設定をしたり、トポロジを変えたりする必要がない。
なので、ネットワークの効率を上げたい場合、単にハブをスイッチに変えるだけでよい。

 

▼スイッチの欠点

スイッチの欠点はブリッジと同じで、フレームの読み取りの時間分だけ遅延が発生するということ。
ブロードキャストを止めることができないこと。

 


<今日のポイント>
・スイッチはスイッチングを行うデバイ
・ブリッジと同様にアドレステーブルを作成する
・宛先が繋がっているポートだけしかフレームを送信しないため、送信元と宛先を直接繋ぐ形になる
・複数のデバイスが同時に送信可能
・ストアアンドフォワード方式により、衝突が発生しない
・全二重通信が可能になる
・スイッチは衝突ドメインを分割することにより、利用効率を上昇させる
・フレーム読み取りの時間だけ遅延が発生する
・ブロードキャストを止めることができない