スイッチは主に同じレイヤー2ネットワーク内の機器を接続し、ルーターは異なるIPネットワーク間でデータを転送する役割を担います。レイヤー3機能を備えたスイッチは、対応するルーティング機能も実行できます。機器の名称よりも重要なのは、実際にどのような機能をサポートし、現在のネットワークがどのように分割されているかです。
1. データフレームとIPパケットはどのような関係にありますか？
コンピューターが送信する業務データは、プロトコルに従って構成されます。IPパケットはネットワーク層の送信元アドレスと宛先アドレスを表し、Ethernetデータフレームは対応するローカルリンク上の伝送を担い、MACアドレスを含みます。外側の配送情報と内側の宛先情報として理解することはできますが、この比喩を実際の形式と捉えてはいけません。
MACアドレスはローカルEthernet内のインターフェースを識別するために使われ、IPアドレスとサブネットの条件は、宛先がローカルにあるか、ゲートウェイが必要かをホストが判断するために使われます。両者の役割は異なります。ネットワークケーブルが接続されていることは物理的な条件にすぎず、アドレス、ルーティング、アプリケーションサービスがすでに要件を満たしていることを意味しません。
そのため、通信できない場合は、まず同じネットワーク内の通信なのか、ネットワークをまたぐ通信なのかを確認します。前者ではローカル接続とレイヤー2の分割を確認し、後者ではさらにゲートウェイとルーティングを確認する必要があります。すべての障害をスイッチやルーターのせいにすると、重要な条件を見落とします。
2. スイッチは送信先のポートをどのように決めますか？
スイッチは受信したデータフレームから、送信元MACアドレスが存在するポートを学習し、転送テーブルを構築できます。宛先MACアドレスが既知のユニキャストフレームを受信すると、その対応関係に基づいてポートを選択します。すべてのフレームを無条件にすべてのコンピューターへ送信するわけではありません。これがスイッチ転送の基本的な仕組みです。
宛先アドレスが未知の場合、ブロードキャストの場合、または一部のマルチキャストの状況では処理が異なり、既知のユニキャストの規則をすべてのデータに適用することはできません。VLANなどの設定によって、ポートが異なるレイヤー2ネットワークに分けられることもあります。同じスイッチに接続された2台の機器が、必ず同じブロードキャストドメインに属するとは限りません。
スイッチの転送能力は、実際のポート速度、送信側の負荷、内部処理の状況にも左右されます。複数の受信ポートが同時に同じ送信ポートを使用しようとする場合、キューに入れるか、ポリシーに従って処理する必要があります。「各ポートに専用帯域がある」というだけで、ネットワーク全体に輻輳が一切発生しないと保証することはできません。
3. ルーターはなぜ異なるサブネットを接続できるのですか？
ホストは、宛先IPがローカルサブネット内にないと判断すると、通常は該当するデータを設定済みのゲートウェイへ渡します。ルーティング機能を備えた機器は、宛先IPに基づいてルーティングテーブルを検索し、適切なネクストホップまたは出力インターフェースを選択してから、新しいリンク上での伝送を組み立てます。ルーティングは、単に2本のネットワークケーブルをつなぐことではありません。
デフォルトゲートウェイには、あるLAN内の192.168.10.1のようなプライベートIPアドレスを使用でき、必ずしも通信事業者が割り当てたパブリックアドレスである必要はありません。ゲートウェイは、対応するローカルネットワーク上で到達可能であり、宛先ネットワークへのルーティング条件を備えている必要があります。ゲートウェイらしいアドレスを入力するだけでは、経路は確立されません。
NATは特定のアクセス場面でよく使われるアドレス変換機能ですが、ルーターの定義上の必須条件ではありません。2つの内部サブネットは、NATを使用せずにルーティングと転送によって通信できます。アドレス変換を行うかどうかは全体設計に基づいて判断すべきであり、サブネット間通信には必ず変換が必要だと考えてはいけません。
飛暢科技の10G光4ポート・ギガビット電気8ポート搭載レイヤー3スイッチの詳細には、レイヤー2管理機能とレイヤー3ルーティング管理機能が記載されています。
DHCPは、アドレスなどのネットワーク設定を機器に提供し、集中管理を容易にします。DHCPが解決するのは設定の取得方法であり、ルーターに代わってすべての業務通信経路を見つけることではありません。IPアドレスを取得した機器でも、適切なゲートウェイが設定されていなかったり、アクセスポリシーによって制限されたりする場合があります。
管理型スイッチにはIPアドレスがあり、管理者が管理画面にアクセスしたり、状態を読み取ったりするためによく使われます。ただし、これだけで業務トラフィックのレイヤー3転送を実行できる証拠にはなりません。管理アドレスと業務通信のルーティングは、異なる2つの役割です。製品が明示的にサポートするルーティング機能と、現在の設定を確認してください。
VLANはレイヤー2の業務トラフィックを分割するものであり、すべてのVLAN間で自動的に通信できるようにするものではありません。VLAN間のアクセスが必要な場合は、対応するレイヤー3インターフェース、ルーティング、アクセスポリシーが必要です。分離が必要な場合は、逆に、意図しない相互接続経路が有効になっていないことを確認してください。
5. 産業用ネットワークではレイヤー3スイッチをどのように使用しますか？
レイヤー3スイッチは、レイヤー2スイッチングを提供しながら、対応するIPルーティングをサポートできます。特定のルーティングプロトコル、冗長ゲートウェイ、アクセス制御をサポートするかどうかは、具体的なモデルごとに確認する必要があります。管理型スイッチをすべてレイヤー3機器に分類したり、「産業グレード」を機能プロトコルの名称として扱ったりすることはできません。
飛暢科技の10G光4ポート・銅線8ポート搭載レイヤー3スイッチの詳細には、レイヤー2管理機能とレイヤー3ルーティング管理機能が記載されています。複数サブネットの集約が必要な場合は、それに応じてポート、ルーティング、保守の要件を確認できます。実際の使用では、引き続きファームウェアとプロジェクト設計を併せて検討する必要があり、分類名を設定完了の証拠と捉えてはいけません。
産業用ネットワークでは、電源、設置、動作環境も考慮する必要があります。ネットワーク機能が正しくても、現場の電気的条件が適切であるとは限りません。変更前に設定をバックアップし、保守作業時間帯とロールバック方法を明確にしたうえで、実際の業務に即して段階的に受入確認を行ってください。複数の設定を一度に変更して生産に影響を与えないようにします。
6. 2つの工場の例で役割分担を理解する
工場Aが192.168.10.0/24、工場Bが192.168.20.0/24であると仮定します。各工場内のローカルEthernet通信は、スイッチで処理できます。AからBへアクセスする場合は、適切なルーティングを備えたゲートウェイが必要であり、双方のアドレス、復路、アクセスルールの条件を満たす必要があります。
工場Aの内部では正常に動作しているのに工場間通信ができない場合は、光ファイバーを交換するだけでなく、ホストのゲートウェイ、ルーティングテーブル、ポリシーを確認できます。双方のゲートウェイアドレスが正しくても復路がなければ、一方向の送信が成功したからといって、アプリケーションが完全な応答を受信できるわけではありません。
初心者は、最初の判断に次の3つの問いを使えます。同じレイヤー2ネットワーク内ではどのように転送されるのか、IPネットワーク間では何がルーティングを担うのか、そして何がアドレス設定を提供するのか。スイッチング、ルーティング、アドレス割り当てを区別して初めて、「ルータースイッチ」のような曖昧な名称で完全なネットワーク設計を代用することを避けられます。
検証資料：IPv4ルーターの要件;DHCPによるアドレス設定の仕組み;飛暢科技のレイヤー3管理型スイッチ。原理図は一般的な仕組みを説明するためのものであり、特定モデルの実測図や配線図ではありません。
中国語の技術記事から翻訳。原文初公開日：2020-03-06。原文最終改訂日時：2026-10-13T20:43:40+08:00。 中国語の原文を読む
