前回記事はこちら。
スイッチング
L2スイッチとL3スイッチ
簡単に、L2スイッチとL3スイッチの比較表を提示する。
| 比較項目 | L2スイッチ（レイヤ2） | L3スイッチ（レイヤ3） |
|---|---|---|
| 主な機能 | MACアドレスを使ったスイッチング（転送） | IPアドレスを使ったルーティング（経路選択） |
| 処理レイヤ（OSI参照） | レイヤ2（データリンク層） | レイヤ3（ネットワーク層） |
| VLAN間通信 | 不可（ルーターやL3スイッチが必要） | 可能（内部でルーティングできる） |
| ルーティングプロトコル | 非対応 | 対応（OSPF, RIP, static routingなど） |
| 使用場所の例 | 小規模ネットワーク、アクセススイッチなど | 中規模〜大規模ネットワーク、VLAN間ゲートウェイなど |
ちなみにルーターとの違いも出しておく。
| 機器 | 主な働き | OSI層（参照） | 通信単位 |
|---|---|---|---|
| L2スイッチ | 同じネットワーク内で通信（MACアドレスで転送） | レイヤ2（データリンク層） | フレーム（MAC） |
| L3スイッチ | VLAN間など異なるネットワークの通信が可能 | レイヤ3（ネットワーク層） | パケット（IP） |
| ルーター | 異なるネットワーク間の通信（インターネット含む） | レイヤ3（ネットワーク層） | パケット（IP） |
アクセスポートとトランクポート
主にスイッチのポート設定に関連する用語で、VLANを扱う際に重要な概念である。
違いは以下表参照。
| 特徴 | アクセスポート | トランクポート |
|---|---|---|
| 所属できるVLAN数 | 1つのみ | 複数（タグで識別） |
| フレームの形式 | タグなし（untagged） | タグ付き（tagged） |
| 主な用途 | PCやプリンタなどの接続 | スイッチ間やルータとの接続 |
| VLAN識別の方法 | スイッチ側で設定したPVID | 802.1Q タグによる識別 |
アクセスポート
主にエンドユーザーのデバイス（PC、プリンタなど）を接続するために使われる。
そもそもネットワーク自体は網上に色々な線を張り巡らしているものだが、アクセスポートからは１つのネットワークしか生み出せない。（＝これらのデバイスは通常1つのVLANだけに属する、ということ）
PCやプリンターは、このアクセスポートとつながらないとスイッチを介して情報収集やデータ送信などができないため、これが必須だということ。
そのデバイスが複数VLANをまたぐ必要があるか？ を判断基準とし、アクセスポートを付与するか、トランクポートを付与するかを検討すればよい。
トランクポート
複数のVLANのトラフィックを同時に通すポート。主にスイッチ間の接続やルータとの接続に使われる。
データを送る時に、どのアクセスポートに送るかを送る側のスイッチがタグ付けする。
受け取った側のスイッチはつけられたタグを読み取り、対象のアクセスポートへ送る。この機能により、送り先に正確な情報を送ることができる。
例
スイッチAとスイッチBをトランクポートで接続すると、VLAN 10、20、30のトラフィックを1本のリンクで同時に通せる。
STP（スパニングツリーアルゴリズム）
スイッチ同士が繋がっている場合に使われる仕組み。
そもそもスイッチは、 「どこにデータを送ればいいか」を見て、正しい方向にデータを中継（リレー） する機械。
たとえば、こんな順番。
①Aさん → スイッチ → Bさん にメッセージを送る
②スイッチは「Bさんはこのポートにつながってるな」と判断して、そこにデータを送る
でもスイッチは 「最初は誰がどこにつながってるか」を知らない ので、初めは「とりあえず全部の出口に送ってみよう」とする。
※これを「フラッディング（flooding）」という。
ループするとどうなるか？
例として、スイッチが3台（スイッチA～B）あるとする。
これが三角形のようにつながってるとする（＝ループ）。
ここでAにデータが入ってくると…
①Aは「誰宛かわからないから、全部に送ろう！」→ BとCに送る。
②Bは「新しいデータきた！全部に送ろう！」→ AとCに送る。
③Cも同じように → AとBに送る。
……あれ？
Aが出したデータが、またAに戻ってきちゃう！
そしてそのデータがまたフラッディングされて…永遠にぐるぐるぐるぐる……止まらない！
ループすると、データが何重にも増えてネットワークがパンクするし、スイッチが混乱して、誰がどこにいるのか覚えられなくなるし、最悪、全員ネットが使えなくなる。（通信が麻痺）
これを防ぐのがSTP！！！（キラキラキラ
STPを有効化すると？
STPはネットワークを見て、「あ、このルートはループになるから、一時的に切っとこう」と判断する。
その結果、以下のようになる。
これならループは起きない。
しかも、 もしどこかのスイッチが壊れても、「お、じゃあさっき切ってた道、いま開通させるね！」と自動で直してくれる。 これが本当に便利！
STPを有効化するような構成は？
スイッチが 複数の道でつながってる（冗長構成） 。（例は以下）
スイッチが1本ずつ直列につながってるだけなら使わない。ループが生まれないからね！（例は以下）
ルートブリッジ（Root Bridge）
ルートブリッジは、STPにとっての「中心点」。
すべてのスイッチは「ルートブリッジを起点に、どの道が一番近いか？」を考える。
そうすることで、「この道は使おう」「この道は封鎖しよう（ブロックしよう）」ってちゃんと決められる。
結果として、ループのない安全なネットワークができる！
ルートブリッジはどのようにして決まる？
BPDUに格納されているBridge IDという数字を見て、それが一番小さい人がルートブリッジになる。
順序としては以下。
- 全スイッチが「自分がリーダーだ」と思ってBPDUを出す。
- ほかのスイッチがそのBPDUを受け取って「自分より小さい番号の人がいる！」と気づく。
- 一番ブリッジIDが小さいスイッチが、最終的にルートブリッジとして残る、ということ。
Bridge IDの構成
ブリッジIDは、以下の2つを組み合わせた数字のこと。
プライオリティ（Priority）
スイッチに最初から設定されてる数字。普通は「32768」。
管理者が「このスイッチをリーダーにしたい」と思ったら、この数字を小さくすればよい。
（例：4096や0にすれば、選ばれやすくなる）
MACアドレス
スイッチについてる世界で一つの番号。
同じプライオリティのときは、MACアドレスが小さいほうが勝ち！
ルートポート（Root Port）
ルートブリッジに一番近いポートのこと。
他のスイッチから見て、「委員長のところへ行くならこの道がいちばんいいよ！」っていう専用の道。だから、1台のスイッチに1つだけルートポートがある。
各スイッチが、ルートブリッジに向かってデータを送るための「専用通路」みたいなイメージ。
ちなみにルートブリッジ自身にはルートポートはない（自分が委員長だから）。
ルートポートはどう決まる？
スイッチが受け取ったBPDUを見て、「コストが一番小さいポート」 を見てルートポートを決定する。
もし同じコストの道が複数ある場合は以下。
- 送ってきたスイッチのBridge IDが小さい方を選ぶ。
- それでも同じなら、ポート番号の小さい方を選ぶ。
指定ポート（Designated Port）
1つのネットワークセグメント内で、通信を通してよいと許可された代表ポートのこと。
セグメントごとに1つだけ選ばれ、そのポートから他のスイッチや端末にデータを送信できる。
指定ポートはどう決まる？
「そのセグメントから見て、一番効率よくルートブリッジへ行けるポート」が指定ポートに選ばれる。
ルートポートの選出方法とは違って、 セグメントごとに選ばれるということ！
選ぶ基準（優先順位）は以下。（ルートポートの選出方法と同じ）
- そのポートからルートブリッジまでのパスコストが最も小さいポート。
- コストが同じなら、そのスイッチのBridge IDが小さい方。
- それも同じなら、ポートID（ポート番号）が小さい方。
| ポートの種類 | どこで選ばれる？ | 目的 |
|---|---|---|
| ルートポート（RP） | 各スイッチごと | そのスイッチがルートブリッジへ向かう最短ルートを通すポート |
| 指定ポート（DP） | 各セグメントごと | セグメント内でルートブリッジに最も効率よく行ける代表ポート |
非指定ポート（Non Designated Port, Blocking Port）
STPにおいて、ループを防ぐために通信を遮断されているポート（RPにもDPにも選ばれなかったポート）のこと。
セグメント単位でも、スイッチ単位でもない。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 状態 | Blocking（ブロッキング）状態 |
| 通信 | データフレームは通さない（※ただしBPDUは受信） |
| 役割 | ループを防ぐため、あえて使わないように「待機状態」にされている |
| 存在する場所 | スイッチのポートで、RPでもDPでもないもの |
例
- セグメント：「みんなで集まって、誰がリーダー（指定ポート）になるか決める」
→それ以外の人は通信を止めて待機（＝非指定ポート） - スイッチ：「どのポートを使ってルートブリッジに行くか決める（RP）」
→それ以外は、必要ならDP、いらなければ非指定（＝通行止め）
BPDU（Bridge Protocol Data Unit）
STPがスイッチ同士でやりとりするメッセージ（フレーム）のこと。
スイッチたちはSTPで「どの道を使って、どの道を止めるか」を決めるが、そのためには、お互いに「今の状態」や「自分がどの位置にいるか」を伝え合う必要がある。
その情報をやりとりするのが、BPDUというメッセージ。
BPDUに格納されている情報は？
以下のような情報が格納されている。ホントはもっとあるけど、代表的なものを…。
| フィールド | フィールド（日本語） | 意味 |
|---|---|---|
| Root ID | ルートブリッジのID | 経路探索の起点となるスイッチ（ルートブリッジ）のID |
| Bridge ID | 送信元ブリッジのID | 自身の識別ID（ブリッジID） |
| Path Cost | コスト | ルートブリッジまでの距離を表す値 |
| Max Age, Hello Time, Forward Delayなど | タイマー情報 | 「何秒ごとにBPDU送る？ 古くなったら無効にする？」など |