LANスイッチまたはスイッチとは何ですか？

ネットワークスイッチまたはスイッチとは：
スイッチでできることとできないこと
機能と要素
ポートと速度
スイッチの切り替え方法
ジャンボフレームの操作
スイッチの種類
管理不能および管理可能またはレベル3/4のスイッチ
PoEスイッチ
デスクトップ、エッジ、トランクスイッチ
スイッチとHUBの違い
スイッチ、ルーター、モデムの違い
スイッチに関する結論

ネットワークの世界では、さまざまなデバイスを区別して作成し、機器を相互接続する方法を知ることが常に重要です。そこで、今日は、スイッチとは何かについてすべて学びます。これと、 ルーター 、ハブ、さらにはモデムなどの他の機器との違いもわかります。それでは、始めましょう！

コンテンツインデックス

ネットワークスイッチまたはスイッチとは：

まず、 LAN スイッチとも呼ばれるスイッチの定義から始めましょう。これは、 ネットワーク内のさまざまな機器やノードを相互に接続できるようにするデバイスであり、常に有線であり、これは覚えておくことが重要です。実際、スイッチは常にLANと呼ばれるローカルエリアネットワーク上のデバイスを相互接続します。

スイッチは、OSI （Open System Interconection）モデルのリンクレイヤーまたはレイヤー2で動作します。これは、ネットワークプロトコルとその定義に使用される参照モデルです。データリンクレイヤーは、レイヤー1または物理（トランスポートおよび信号手段）とレイヤー3またはネットワーク（ルーティングおよび論理アドレス指定）の間のレイヤーです。これは、ネットワークに接続された各デバイスに関連付けられたMACアドレスに従って、ネットワーク上を移動するパケットの物理アドレス指定を扱います。

スイッチの技術仕様および動作仕様は、 イーサネットネットワーク標準化のためのIEEE 802.3標準で定義されています。これらは基本的に、ネットワーク接続が機能する速度を決定する一連の標準です。その中でも、標準の802.3i （10BASET-T 10 Mbps）、 802.3u （100BASE-T 100 Mbps）、 802.3z / ab （ファイバーまたはツイストペア上の1000BASE-T 1Gbps）などがよく知られています。

現在、これらの標準にはこれらすべてのデバイスが続き、これらのデバイスは常にスタートポロジを使用してノードを接続します。コアチームはスイッチ自体です。一連のポートまたはRJ45またはSFPポートを使用して、ノードが接続されます。

スイッチでできることとできないこと

スイッチの作業領域を知ることは非常に重要です。これは、スイッチを接続する方法と場所、および設計の目的を理解するのに役立ちます。そしてもちろん、それらを他のネットワークデバイスと区別するためです。

あなたができること：

有線ネットワーク上のデバイスを相互接続します。ネットワーク規模のMACアドレステーブルを使用し、ルーターまたはホストコンピューターであるIPアドレスサーバーへのリンクとして、送信元から宛先にパケットを切り替えて転送します。

できないこと：

サブネットマスク外にある他のネットワークとの接続を提供することはできません。そのため、インターネット接続を提供することはできません。

ファームウェアまたは小さなオペレーティングシステムのおかげで、設計された機能を超える多くの機能を実行できるスイッチがあることがわかります。

機能と要素

ポートに関しては、事実上あらゆるサイズのスイッチを見つけることができますが、それらは、数百のポートを持つ機器やキャビネットを備えた複雑なデータ処理センターをセットアップするための鍵となります。

ポートと速度

スイッチの操作は、内部ネットワークの異なるノードの相互接続を可能にするネットワークポートを介して実行されます。数は、その容量と電力、およびその速度を決定するものです。最も一般的なことは、4〜20 個のポートでそれらを見つけることですが、企業向けのものがもっとたくさんあります。あなたが持つことができます：

RJ45 ：ツイストペアケーブル用の独自のポート、10/100/1000/10000 Mbpsで動作するLAN用の一般的な4ツイストペアUTPケーブル

SC ：1/10 Gbpsの高速リンク用の光ファイバーポート。

SFPまたはGBICポート：特定のコネクタではなく、目的のタイプのポートのコネクタを挿入するための穴があるため、これらはモジュラーポートと呼ばれます。これは、通常RJ45ポートが統合されたGBIC （ギガビットインターフェースコンバーター）またはSFP / SFP + （Small Form-Factor Pluggable）、RJ45または10 Gbps光ファイバーのいずれかを備えた小さいポートにすることができます。

コンボポート：これらはポートの一種ではなく、スイッチにさまざまなポートを提供する方法です。それらは通常、2 RJ45 + 2 SFPまたは4 + 4のパネルで提供され、 どちらか一方を使用できますが、バスを共有しているため、両方を同時に使用することはできません。

速度は、最初に見た802.3標準のさまざまなバージョンによって定義されます。 現在、10 Mbps、100 Mbps、1 Gbps、および10 Gbpsを提供できるスイッチが見つかりました。

スイッチの切り替え方法

Switchはスペイン語のSwitchの名前です。これは明らかだと思います。この名前はイーサネット標準での操作を指します。これは、 MACアドレスを使用して送信側と受信側の両方を識別できるヘッダー付きのデータを転送するフレームを介したLANでのデータの送信に基づいています。注意してください、私たちはIPアドレスではなくMACアドレスについて話している、それは別のOSI層で動作します。ネットワークでの通信には2つの方法があります。

半二重：この接続では、データは一方向または逆方向に移動しますが、同時に両方に向かうことはありません。たとえば、 全二重トランシーバー：送信チャネルと受信チャネルを同時に使用するものです。たとえば、電話。

スイッチのスイッチング容量を決定する非常に重要な要素は、対応するノードに転送されるフレームを格納するためのメモリ要素であるバッファです。これらのバッファはキャッシュ機能を実行します。ボトルネックの影響を減らすために、2つのノードを異なる速度でポートに接続する場合に特に重要です。

スイッチにはいくつかの切り替え手法があります。

ストアアンドフォワードカットスルーアダプティブカットスルー

（保存して転送）

この最初の方法では、スイッチは受信時にデータフレーム全体をバッファに格納します。これは、エラーの可能性を検出し、明らかに出発地と目的地を分析するために行われます。この後、受信者に送信されます。

この方法は、異なる速度のポートを持つスイッチで常に使用されますが、この方法を使用すると、送信に常に小さな遅延または遅延が生じることに注意してください。

（直接転送）

この場合、フレームは完全にはバッファリングされませんが、送信元と宛先のMACを知るためにヘッダーだけが読み取られてから転送されます。

これは前の方法よりも高速ですが、破損したフレームのエラー制御は提供しません。さらに、デバイスのポートはすべて同じ速度で動作する必要があります。

（アダプティブダイレクトフォワーディング）

これは新しい方法ではなく、前の2つの方法から選択するスイッチの機能です。たとえば、失敗したパケットと失われたパケットが多すぎることをスイッチが検出すると、スイッチは自動的にストレージと転送に切り替えますが、ポートの速度が同じ場合は、直接転送を使用します。

ジャンボフレームの操作

スイッチを購入しようとするとき、チームがそれらを扱うことができれば、その仕様ではジャンボフレームについて話すのが通常です。

スイッチは、 標準サイズが1500バイトのイーサネットフレームで動作すると既に述べました。ただし、ジャンボフレームと呼ばれる最大9000バイトまで大きくすることは可能です。これらは802.3規格に含まれません。

これらのフレームは、 大量の情報を処理するために使用され、より多くの情報を処理する必要があるため、接続にレイテンシが追加されますが 、データ転送がより効率的になります。このため、ジャンボフレームは非常に強力なスイッチで使用されます。

スイッチの種類

市場で見つかるスイッチのタイプを確認するだけでよく、スイッチは、その容量、ポート、およびその他の実装する標準に応じて特定のタスクに向けられます。

管理不能および管理可能またはレベル3/4のスイッチ

一般に、少なくとも最も基本的なモデルでは、スイッチに管理機能がありません。 これらは802.3u標準で機能します。これは、スイッチに自動ネゴシエーション機能が必要であることを示しています。人の介入を必要とせずに、顧客とスイッチは、スイッチングパラメータがどのようになるかを「決定」します。これらは、管理されていないスイッチになります 。

しかし、時間の経過とともにハードウェアは大きく進歩し、サイズが縮小され、電力が増加し、これらのデバイスにより多くのインテリジェンスが与えられました。 4コアプロセッサと512 MB以上のRAMを搭載したスイッチが見られることも珍しくありません。しかし、それらの中で最も重要なことは、パラメーターを変更するために、ブラウザーまたはいくつかの専用ポートからアクセス可能なファームウェアを備えていることです。これらは管理対象スイッチです。

この容量は、スイッチングに加えて、 VPNネットワーク、ポートミラーリング （ポートモニタリングまたはポートトランキング （リンクアグリゲーション） を作成する機能も提供するコンピューターに必要または少なくともオプションです。これらのスイッチはレベル3スイッチとも呼ばれます。彼らがIPルーティング機能を実行できる場合、つまり、たとえば、VPNを作成するためにOSIモデルのレイヤー3で動作します。これに論理ポートの制御を追加すると、 レベル3のスイッチについて説明します/ 4。

PoEスイッチ

PoE （PPPoEと混同しないでください）は、 Power over EthernetまたはPower over Ethernetの略です。 USBやThunderboltによく似た技術であり、クライアントスイッチへのデータ送信に加えて、 電力も供給します 。これは、UTPケーブルを介して直接行われます。それは標準に基づいています：

IEEE 802.3af：最大15.4Wの電力を使用するPoE IEEE 802.3at： PoE +：最大30Wの容量を増加3bt： uPoEが51Wまたは71Wに到達

電力容量は、 Wi-Fiアクセスポイント、IP監視カメラ、VoIP電話の接続に非常に役立ちます。 これは、公共施設のほとんどのカメラに給電する方法です。

デスクトップ、エッジ、トランクスイッチ

デスクトップスイッチはすべての中で最も基本的なものであり、大きな複雑化なしにホームネットワークを拡大することだけを目的としているため、ほとんど管理されません。半二重と全二重の両方の機能を備え、100 Mbpsで4〜8個のポートを提供します。実際、ほとんどのルーターはこれらの特性を備えた少なくとも4つまたは5つのポートをすでに統合しています。

2番目のグループは境界スイッチです 。これらのポートには多数のポートがあり、 24または48ポートに簡単に到達できます。これらは、教育センター、研究所、オフィスなどのコンピュータルーム向けの小さなサブネットを作成するために使用されます。接続は通常1 Gbpsです。

トランクスイッチは 、より多くのポートを提供することに加えて、管理可能であり、パケットのスイッチングとルーティングを処理するOSIレイヤー2および3機能を提供します。ラックキャビネットを介してモジュール性も追加すると、データセンターの場合、1 Gbpsまたは10 Gbpsで動作するポートが数百個になる可能性があります。

スイッチとHUBの違い

スイッチの詳細を確認した後、スイッチに関連するネットワークデバイスと区別する必要があります。

最初の最も明白なものは、 ハブまたはハブであり、スイッチの前身と見なすことができるデバイスです。このように、接続されたノードの異なるノードを相互接続するための特定の数のポートを備えたパネルがあります。

大きな違いは、ハブを通過する情報が1つのコンピューターに向けられているのか別のコンピューターに向けられているのかをハブが区別できないことです。 このデバイスは、情報を受信し、それに接続しているものに関係なく、 すべてのポートに対してそれを繰り返すことに制限されています。これをブロードキャストと呼びます。

スイッチ、ルーター、モデムの違い

次に行う必要がある差別化は、 ルーターとモデムを備えたスイッチの差別化です。これは、OSIレベルに依存して簡単です。

スイッチは、MACテーブルを介して宛先ホストにパケットを送信できるため、モデルのレイヤー2、データリンクレイヤーで自然に機能します。ファームウェアのおかげで、レイヤー3と4でも動作するコンピューターがあるのは事実です。

一方、 モデムはレイヤー1または物理層でのみ機能し、ネットワークからの信号の変換と変換にのみ使用されます。 たとえば、デジタルはアナログ、電気はワイヤレス、電気は光学です。

最後に、 ルーターは、 パケットルーティングとパブリックネットワークから作成された内部ネットワークへの転送を担当するため、主にネットワークレイヤー3で機能するデバイスです。しかしもちろん、今日のルーターは非常に完全であり、複数のポートを備えたスイッチの機能 、およびVPNまたは共有データサービスの作成によるレイヤー4および7 の機能も含まれています。