スイッチングハブ

→ネットワーク関連

→LANの物理層

→IP(Internet Protocol)関連

→イーサネット(Ethernet)

概要†

• ブリッジ（データリンク層のプロトコル情報(Ethernetなど)に基づいて中継）の機能をハードウェアレベルで持つ機器
• スイッチ＝スイッチング・ハブ←→シェアード・ハブ（＝ダム・ハブまたはバカハブ）
• レイヤ２スイッチ：通常のスイッチ。
• レイヤ３スイッチ：ルータは通常、スイッチング・ハブとは別の装置として用意されていることが多いが、コスト的、スペース的に考えて別装置として用意するのは効率が悪いケースもある。そこで、スイッチング・ハブにIPルーティングの機能を盛り込んでしまうことで、スイッチング・ハブとして動作すると同時に、ルータとしての動作も行えるようにする装置が登場した。これをレイヤ3スイッチと呼ぶ
• よく似たネットワーク機器「ルーター」と「L3スイッチ」、どう使い分ける？ 2020.5
  • ルーターとL3スイッチでは用途が異なる。ルーターは主にLANとWANの境に設置する。L3スイッチはLAN内に設置し、内部のネットワーク同士をつなぐスイッチとして使う。

• 端末のリモート管理機能を備えたスイッチング・ハブをインテリジェント・スイッチと呼ぶ。離れた場所にあるネットワーク機器の情報を管理する仕組みをRMON（Remote Monitoring）と呼び、その動作に使われるプロトコルをSNMP（Simple Network Management Protocol）という。インテリジェント・スイッチでは、トラフィック状況や温度情報などをMIB（Management Information Base）と呼ばれるデータベースに保存しており、管理端末からSNMPを使って随時取り出すことができる。

• 外部リンク：スイッチング・ハブ導入の勘所@IT

• アライドテレシスWebカタログ

通信モード†

• 半二重通信の場合
  • ポートのバッファが満杯に近づくと送信元のポートにバックプレッシャーと呼ばれる擬似的なコリジョンを送る。

• 全二重通信の場合
  • 送信元にPAUSEフレームを送る。送信の中断を知らせるフレーム

転送方式†

• ストアアンドフォワード方式
  • 一度Ethernetのフレームすべてを読み込む。確実だが遅い
• カットスルー方式
  • 宛先MACアドレス6バイトのみ読み込む。高速だがエラーありうる
• フラグメントフリー方式
  • プリアンブルを除く先頭64バイトを読み込む転送

スパニングツリー†

• スイッチネットワークのツリー構造

• STP=Spanning-Tree Protocol（STP; スパニングツリー プロトコル）
  • ブリッジおよびスイッチで動作するレイヤ 2（L2）プロトコル
  • STP の仕様は IEEE 802.1D と呼ばれます。

• STP の主な目的は、ネットワークが冗長パスを備えている場合、ブロードキャストでループ（ブロードキャストストーム）が発生しないようにすること
• ループが発生しないように普段は一部のポートを使用できないようにしておく。障害が発生すると自動的にポートを有効にして経路を確保する。

• 制約：スパニングツリーにするということはループしている経路を一定の基準でツリー状になるように一部の経路を切り離すという行為であるため、場合によっては一番近道の経路が切り離されて遠回りの経路を使わなければならない、という結果になることはありえます。

スパニングツリーの構築手順†

• まずツリーに参加するスイッチの中からルートブリッジを選択する
  • ひとつのブロードキャスト範囲内でツリーが構築される
  • 最も小さいブリッジIDを持つブリッジがルートブリッジとして選択される
  • ブリッジIDとは
    • 8byteの情報
    • 最初の2byteでブリッジプライオリティを表す
    • 残り「6byteはMACアドレス
• 次にルートポートを選択する
  • ルートポートとは、ルートブリッジ以外のスイッチの持つポートのうち、最もルートブリッジに近いポート（スイッチに着目して決める）
• 次に指定ポート（＝代表ポート）Designated port を決める
  • 指定ポートとは、同じリンクにつながるポートのうち、最もルートブリッジに近いポート（リンクに着目して決める）
• 非指定ポート（＝ブロックポート）NDP:Non Designated port を決める
  • 非指定ポートはRP,DPにならなかったポート。これらはブロッキング状態になる。
  • ブロッキング状態になるとデータの転送をしないが、BPDUだけは受け取る。

• BPDU(Bridge Protocol Data Unit)

VLAN(Virtual LAN)†

• 【初心者向け】ネスペが近いのでVXLANヘッダをながめてみる - サーバーワークスエンジニアブログ 2023.4

• VLANの基礎を学習する 2010.11.21
• スイッチ内部で論理的にLANを分割する機能
• ポートをグループ分けし、VLAN番号をつけ、同じグループ内のポートにしかブロードキャストを行わない。
• グループ間の通信を行うにはルータやレイヤ3スイッチが必要になる。
• ブロードキャストドメインを分割することでパフォーマンスUPを期待できる

• VLANの割り当て方法により、スタティックVLANとダイナミックVLANにわかれる
  • スタティックVLAN
    • ポートに対し固定的にVLANを割り当てる
  • ダイナミックVLAN
    • コンピュータに対してVLANを割り当てる(MACアドレスや接続ユーザ）
    • IEEE802.1Xの仕組みを利用して結びつける、など

• トランク接続
  • 1本のリンクで複数のVLANフレームを転送する
  • 複数のVLANが所属する(複数のVLANフレームを転送する)ポートのことを「トランク・ポート」と呼ぶ
  • 複数のスイッチを介してVLANを構成する場合は，スイッチ同士がつながるポートをトランク・ポートにする

タグ付きVLAN†

• 複数のスイッチング・ハブをまたいでVLANを構成する機能。
• 標準規格が「IEEE 802.1Q」であり、ネットワークを流れるフレーム上にVLANを識別するID（タグ）を付けることで、スイッチング・ハブがどのVLANに属するフレームかを判別するため、「タグ付きVLAN」などと呼ばれることがある。
• 通常のイーサフレームのタイプの前にTPID=Tag Protocol Identifier(0x8100の2byte),TCI=Tag Control Information(2byte) が入る。
• TCI
  • 最初の3bitでプリオリティを表す
  • 次の1bitでCFI(Canonical Format Identifier)を表す。イーサネットで0,トークンリングで1
  • 残り12bitでVLAN-IDを表す
• タブVLANとタグなしフレームが１つのリンクに流れるのをハイブリッドリンクと呼ぶ
• タグ付きVLANの反対語(?)はポートVLANです。

オート・ネゴシエーション機能†

• 接続されたコンピュータとの間で自動的に速度・通信モード（全二重とか）を決める
• その際FLP(Fast Link Pulse)バースト信号をやりとりする
• 両方の端末でオート・ネゴシエーションをありにしておく必要がある。

リンクアグリゲーション（Link Aggregation）†

• LAN回線のチーミング技術の一種
• 複数の物理的なリンクを仮想的な1本のリンクとして扱う技術。
• たとえば、1Gbpsの帯域幅のリンクを8本束ねて、8Gbpsの帯域幅の仮想リンクとして使用します。この技術は、IEEE 802.3adとして標準化
• 高速な回線を使用しなくても帯域幅を広げることが可能
• 物理的なリンクのどこかに障害が発生したとしても、他のリンクが使用できれば、回線全体としては停止することなく動作し続けられるため、障害に対しても強
• 参考：NICチーミングで、ロードバランシングとリンクアグリゲーションの違い

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