データリンク層で動作する機器

データリンク層で動作する機器

　データリンク層で動作する機器は、ネットワーク通信の物理的なデータ転送と制御を担当します。以下にデータリンク層で動作する機器の概要を説明します。

1. ネットワークインタフェースカード（NIC）またはネットワークアダプタ
   • データリンク層の機能を提供するためにコンピュータに接続されるハードウェアデバイスです。
   • NICは、コンピュータとネットワーク媒体（例：イーサネットケーブル）の間でデータの送受信を行います。
   • NICはMACアドレス（物理アドレス）を持ち、データリンク層のプロトコル（例：イーサネット）に準拠して通信を行います。
2. ブリッジ
   • ブリッジは、複数のデータリンク層のセグメントを接続し、フレームの転送と制御を行います。
   • ブリッジは、フレームの宛先MACアドレスを見て、受信ポートと送信ポートの間でフレームを転送します。
   • ブリッジは、セグメント間の通信を制御し、フレームの衝突を回避するためにMACアドレステーブルを使用します。
3. スイッチ（L2スイッチ）
   • スイッチは、ブリッジと同様に複数のデータリンク層のセグメントを接続し、高速で柔軟なフレーム転送を行います。
   • スイッチは、フレームの宛先MACアドレスに基づいてフレームを適切なポートに転送します。
   • スイッチは、MACアドレステーブルを使用してフレームの転送先を学習し、ネットワーク上の通信を効率的に制御します。

　これらのデータリンク層で動作する機器は、ネットワークの物理的な接続やフレームの転送制御などの役割を果たし、ネットワーク通信の効率性と信頼性を確保します。

ブリッジ

　ブリッジは、データリンク層で動作するネットワークデバイスであり、複数のセグメントを接続し、フレームの転送と制御を行います。以下にブリッジの詳細を説明します。

1. ブリッジの動作原理
   • ブリッジは、フレームの宛先MACアドレスを見て、受信ポートと送信ポートの間でフレームを転送することで動作します。
   • 初めてブリッジに到着したフレームは、ブリッジのMACアドレステーブル（またはスイッチングテーブル）に基づいて転送先のポートを学習します。
   • ブリッジは、フレームの送信元MACアドレスと受信ポートの組み合わせをテーブルに登録し、MACアドレスとポートの対応関係を保持します。
2. フレーム転送とフィルタリング
   • ブリッジは、宛先MACアドレスをチェックしてフレームを転送するかどうかを決定します。
   • もし宛先MACアドレスがブリッジのMACアドレステーブルに登録されていない場合、ブリッジはフレームを全てのポートに転送します（フラッディング）。
   • 一方、宛先MACアドレスがテーブルに登録されている場合、ブリッジはフレームを対応するポートにのみ転送します。
3. MACアドレステーブルの学習と更新
   • ブリッジは、フレームの送信元MACアドレスと受信ポートの組み合わせを学習します。
   • フレームが到着するたびに、ブリッジは送信元MACアドレスを確認し、テーブルを更新します。
   • これにより、将来のフレームの転送時には、学習された宛先MACアドレスに基づいてフレームを転送することができます。
4. ブリッジの役割
   • ブリッジは、セグメント間の通信を制御し、ネットワークのパフォーマンスを向上させます。
   • ブリッジを使用することで、セグメントごとに分割されたネットワークトラフィックが他のセグメントに影響を与えず、帯域幅の効率化が図られます。

ブリッジは、データリンク層においてセグメント間の通信を制御し、ネットワークの性能を向上させる重要な役割を果たします。

L2スイッチ

　L2スイッチ（レイヤ2スイッチ）は、データリンク層（レイヤ2）で動作するネットワークデバイスであり、高速なフレーム転送とスイッチング機能を提供します。以下にL2スイッチの詳細を説明します。

1. フレーム転送とフィルタリング
   • L2スイッチは、フレームの宛先MACアドレスを参照してフレームを転送します。
   • 初めてスイッチに到着したフレームは、MACアドレステーブル（またはスイッチングテーブル）に基づいて転送先のポートを学習します。
   • スイッチは、テーブルに登録されている宛先MACアドレスに基づいて、フレームを対応するポートにのみ転送します。
2. MACアドレステーブルの学習と更新
   • L2スイッチは、フレームの送信元MACアドレスと受信ポートの組み合わせを学習します。
   • フレームが到着するたびに、スイッチは送信元MACアドレスを確認し、テーブルを更新します。
   • これにより、将来のフレームの転送時には、学習された宛先MACアドレスに基づいてフレームを転送することができます。
3. スイッチング
   • L2スイッチは、複数のポートを持ち、フレームを適切なポートに転送することによってネットワークトラフィックを制御します。
   • スイッチは、宛先MACアドレスをテーブルから検索し、宛先MACアドレスに対応するポートにフレームを転送します。
   • ポート間のフレームの転送は、ハードウェアによって高速かつ効率的に行われ、帯域幅の共有と通信のパフォーマンス向上を実現します。
4. VLANサポート
   • L2スイッチは、仮想LAN（VLAN）をサポートすることができます。
   • VLANは、物理的なネットワークを論理的に分割するために使用され、異なるセグメントのデバイスを同じスイッチ上で仮想的に分離することができます。

5. スパニングツリープロトコル（STP）およびリンクアグリゲーション
   • L2スイッチは、スパニングツリープロトコル（STP）を使用してネットワーク内のループを検出し、回避します。
   • ループが存在すると、フレームが無限にループしてネットワークを混乱させる可能性があります。STPは、ブロッキングポートを設定してループを防止します。
   • また、L2スイッチはリンクアグリゲーション（またはポートトランキング）をサポートすることもあります。これにより、複数の物理ポートを論理的なリンクとしてまとめ、高い帯域幅と冗長性を提供します。
6. QoS（Quality of Service）のサポート
   • L2スイッチは、QoS（Quality of Service）機能をサポートすることがあります。
   • QoSは、ネットワークトラフィックに優先順位を設定し、帯域幅の制御と品質の確保を可能にします。
   • L2スイッチは、重要なトラフィック（例えば音声やビデオ）に優先順位を付け、遅延やパケットロスを最小限に抑えることができます。

　L2スイッチは、データリンク層において高速で効率的なフレーム転送とスイッチングを提供することで、ネットワークのパフォーマンスと信頼性を向上させます。さらに、VLANサポートやQoS機能などの追加機能により、セキュリティやトラフィック制御の柔軟性を提供します。

ブリッジとL2スイッチの違い

　ブリッジとL2スイッチは、いずれもデータリンク層（レイヤ2）で動作するネットワークデバイスですが、いくつかの違いがあります。

1. 動作範囲
   • ブリッジは、通常、単一のセグメント（ブロードキャストドメイン）内で動作します。つまり、同じブリッジ上のデバイス間での通信を制御します。
   • L2スイッチは、複数のセグメント（ポート）を持ち、それらのセグメント間の通信を制御します。複数のブロードキャストドメインを跨いでデバイス間の通信を行うことができます。
2. テーブルの更新
   • ブリッジは、フレームの送信元MACアドレスと受信ポートの組み合わせを学習し、MACアドレステーブルを更新します。学習した情報に基づいてフレームを転送します。
   • L2スイッチも同様にMACアドレステーブルを使用しますが、ブリッジよりも多くのポートを持つため、より多くのMACアドレスを学習することができます。
3. 機能の拡張
   • L2スイッチは、ブリッジよりも多くの機能を提供することができます。たとえば、VLANのサポート、QoS（Quality of Service）機能、リンクアグリゲーション（ポートトランキング）などがあります。
   • ブリッジは比較的単純な構造であり、基本的なフレーム転送とフィルタリング機能に特化しています。
4. パフォーマンス
   • L2スイッチは、高速かつハードウェアによるスイッチングを実現しており、パフォーマンスが高いです。複数のポート間で同時にフレームを転送することができます。
   • ブリッジは、ソフトウェアベースでの処理を行うため、スイッチよりもパフォーマンスが低くなる可能性があります。

　ブリッジは単一のセグメント内でのフレーム転送と制御に特化しており、L2スイッチは複数のセグメント間のフレーム転送と追加機能（セキュリティやQoS）を提供するために設計されています。L2スイッチはより高度な機能を持ち、複数のセグメント間の通信を効率的に制御できるため、大規模なネットワーク環境や要件の複雑なネットワークに適しています。ブリッジは、最近ではL2スイッチに置き換えられ、見かけることはありません。