ホーム ネットワークの構成に精通している場合は、ルーターの基本を理解できます。 ルーターはネットワークを定義し、他のネットワークへのゲートウェイとして機能します。 ホーム ネットワークでは、これらの他のネットワークは一般にインターネットです。 ただし、そうである必要はありません。 エンタープライズ クラスのネットワークでは、さまざまなルーターとそれらのルーターのさまざまなポートによって相互接続された一連のネットワークがよく見られます。
多くの場合、ルーターにはそれほど多くのイーサネット ポートがありません。 多くのホーム ルーターは、多くても 2 つ、3 つ、または 4 つのポートを提供しますが、1 つしか提供しないものもあります。 エンタープライズ グレードのルーターは、常に 4 つ以上のポートを提供しますが、通常、数十のポートを提供することはありません。 これは、接続する必要があるすべてのデバイスを接続するのに十分なポートがルーターにない可能性があることを意味します.
これを回避するには、2 つのネットワーク デバイスが役立ちます。 1 つ目は、ネットワーク ハブです。 これにより、より多くのポートが提供されますが、着信トラフィックが他のすべての発信ポートに転送されます。 すべてのデバイスが帯域幅を共有するため、特に大規模なネットワークでは問題が発生する可能性があります。 もう 1 つのオプションは、ネットワーク スイッチです。 このスイッチには、多くのポートも用意されています。
ただし、ハブとは対照的に、ネットワーク トラフィックを転送先のデバイスに転送するだけです。 これは、各ホストへの帯域幅が他のホストから独立していることを意味します。 ネットワーク スイッチは、帯域幅機能が優れているため、ハブよりもはるかに人気があります。
スイッチの基本
通常、ネットワーク スイッチは多数のイーサネット ポートを提供します。 スモール ビジネス/ホーム オフィス スイッチは、4、8、または 12 個のポートを提供し、通常はそれを超えることはありません。 これらは、ルーターと同じように、机の上または下に置くように設計された小さなデバイスです。 エンタープライズ クラスのルーターは、エンタープライズ ルーターと同様にラックに取り付けられます。 これらは通常、1U スイッチあたり 48 個の標準ポートで最大になります。 ただし、これらには、イーサネット ポートを含む少数の他のポートもある傾向があります。 これらは通常、ルーターへの高帯域幅接続用に設計されています。
通常、スイッチはイーサネット ポートを提供しますが、一部のエンタープライズ クラスのデバイスは他の接続オプションを提供する場合があります。 ほとんどのスイッチは、1 つの接続オプションのみを提供します。 ただし、一部はモジュール式で、通常はイーサネットとファイバーを複数提供できます。 ただし、他の接続オプションも利用できます。
コア機能
スイッチのコア機能は、OSI モデルの第 2 層であるデータ リンク層で動作することです。 これは、IP アドレスではなく MAC アドレスを介してデータをルーティングすることを意味します。 スイッチはネットワーク上の ARP トラフィックをリッスンし、どの MAC アドレスがどの物理ポートで使用可能かという内部テーブルを構築します。 これは、トラフィックが特定の MAC アドレス宛てである場合、スイッチはトラフィックをルーティングして正しいホストに到達させる物理ポートを正確に認識していることを意味します。
一部のスイッチ、特に複数の接続メディアを持つスイッチは、OSI モデルのレベル 2 とレベル 3 の両方で動作します。 純粋にレイヤ 2 ベースではないスイッチは、マルチレイヤ スイッチと呼ばれます。
基本スイッチには構成可能なオプションがなく、アンマネージドと呼ばれます。 多くのホーム オフィス スイッチは、基本的な機能を備えた Web 管理インターフェイスを提供します。 エンタープライズ クラスのスイッチは管理され、主に CLI ベースの構成を提供します。 ネットワーク構成が可能な場合もありますが、多くの場合はコンソール ポート経由です。
放送の嵐
一般に、コンピュータ ネットワーキングでは、デバイス間の接続のメッシュが望ましいです。 メッシュ トポロジは、リンクまたはデバイスに障害が発生した場合の冗長性を提供します。 ただし、スイッチでそれを行うには問題があります。 スイッチはブロードキャスト ドメイン内にあるため、他のすべてのポートで受信したブロードキャスト パケットを送信します。 メッシュが配置されている場合、ブロードキャスト パケットが無限ループに入る原因となるループがシステム内に存在します。
このブロードキャスト ループは、比較的短い時間でバッファ スペースを消費します。 データを送信するスイッチの能力を圧倒し、ブロードキャスト ストームを引き起こします。 これらは、ネットワークを使用不能にする傾向があります。 大量のネットワーク トラフィックによって、ネットワークに接続されたデバイスの CPU 使用率が大幅に上昇し、デバイスが役に立たなくなる可能性もあります。 ネットワークがブロードキャスト ストームに陥る可能性がある場合、それを解決する唯一の方法は、通常は問題のあるイーサネット ケーブルを抜くことによって、ループを切断することです。
このソフトウェアは、ブロードキャスト ストームのリスクを中和するために存在します。 ラピッド スパニング ツリー プロトコル (RSTP) は、スパニング ツリー プロトコルの下位互換性がある後継プロトコルです。 これにより、ネットワークは優先ルートを決定し、非優先ルートを一時的に無効にすることができます。 デバイスなど、ネットワークに変更が加えられたとき。 またはリンクが失敗した場合、計算が自動的に再実行され、以前に無効化されたバックアップ リンクが再度有効化されます。 STP は、優先設定に収束するのに約 1 分かかりました。 RSTP は、プロセス全体を 6 秒で完了できます。
一部のマネージド スイッチには、ブロードキャスト トラフィックが指定した帯域幅を超えて消費している場合に、ブロードキャスト トラフィックをドロップするオプションが含まれています。 この手法は、ループを許可しますが、ブロードキャスト ストームのリスクを中和します。
結論
ネットワーク スイッチは、複数の接続ポート (通常はイーサネット ポート) を提供するコンピューター ネットワーキング デバイスです。 各ポートは、他のすべてのポートのスループットに関係なく、その合計帯域幅を使用できます。
机の上に置くことができ、通常は最大 12 個のポートを提供するホーム オフィス デバイスで、利用可能な場合は基本的な構成オプションが用意されています。 エンタープライズ クラスのスイッチはラックに取り付けられ、1U スイッチで最大 48 ポートを提供し、完全な管理オプションが付属しています。 スイッチは OSI モデルのレイヤー 2 で動作し、トラフィックを MAC アドレスでルーティングします。