レイヤ2スイッチとVLANの仕組み

レイヤ2スイッチ（スイッチングハブ）は、データリンク層でイーサネットフレームをMACアドレスに基づいて転送する装置である。ブリッジと同等の機能を持ち、フレームの蓄積、速度変換、交換を行う。本単元では、転送の仕組みに加えて、VLANによる論理的な分割とスパニングツリープロトコルによるループ防止を一体として理解する必要がある。

転送とMACアドレステーブルの仕組み

レイヤ2スイッチは、受信したフレームの送信元MACアドレスと受信ポートの対応をMACアドレステーブルに記録する。宛先MACアドレスがテーブルに登録されていれば、該当するポートだけにフレームを送る。登録がなければ、受信ポート以外の全ポートへ送出する。登録された対応は、一定時間使われないと削除される。この機能をエージングと呼び、古い情報を残さないための仕組みである。

ブリッジはデータリンク層でMACアドレスに基づきフレームを中継する装置であり、レイヤ2スイッチはこれと同じ階層で同等の機能を持つ。 一方、リピータは物理層で信号を再生・中継するだけであり、MACアドレスを参照して転送する機能を持たない。ルータはネットワーク層でIPアドレスを基に経路制御を行う。動作する階層の違いは、装置の機能を判別する基準になる。

スパニングツリーによるループ防止

複数のスイッチを冗長に接続すると、経路が輪を作り、フレームが同じ経路を回り続けるループが生じる。スパニングツリープロトコルは、複数のブリッジ間で情報を交換し、ループが生じない論理的な木構造の経路を構成する。 冗長な経路は通常は遮断されて使われず、障害が発生したときに経路を再構成して通信を迂回させる。 ループ防止の機能を持つのはこのプロトコルであり、IGMPやRIP、SIPはレイヤ2のループを防ぐ目的のプロトコルではない。