イーサネット(Ethernet)のしくみ(4) -ハブとスイッチ-


ハブとスイッチを使用したイーサネット通信

イーサネット(Ethernet)のしくみ(3)でイーサネットの通信にはMACアドレスを使用して通信を行うと説明しました。

イーサネットで各ノードを繋ぐ機器として、ハブとスイッチがあります。
ハブとスイッチは見た目をほとんど変わらないのですが、機能が若干違います。

今回はハブとスイッチの機能の違いを説明していきながら、実際のイーサネット通信の流れを見ていきましょう。


ハブを使った通信


  ※クリックすると大きな画像で見れます。

上図でノードAからノードEへの通信の場合は考えてみよう。

イーサネット通信はMACアドレスを使用して相手を特定して通信を行います。
ノードAは宛先であるノードEのMACアドレスをイーサネットフレームの宛先MACアドレスフィールドにセットしてフレームを送信します。
このフレームは電気信号に変換されて送出されハブに到達します。
ハブは、この電気信号を信号レベルで処理します。

つまりハブは送られてきた信号を電気的にしか処理しないため、宛先がノードEだということを認識できません。

そのためハブは入ってきた信号をすべてのポートに送出します。

ここでイーサネットの通信方式を思い出してください。
イーサネットはCSMA/CD方式で通信をします。
CSMA/CD方式は、伝送路上にフレームが流れている時に他のノードは通信を行うことが出来ません。

つまりノードAから送出されたフレームが全ポートに転送している間は、その他のノードは通信が出来ないことになります。

スイッチを使った通信

先ほどの構成でハブをスイッチに置き換えた場合、どのような通信になるか見てみよう。(下図)


  ※クリックすると大きな画像で見れます

同じようにノードAからノードEへの通信が発生した場合、ノードAは宛先であるノードEのMACアドレスをイーサネットフレームの宛先MACアドレスフィールドにセットしてフレームを送信します。

フレームは電気信号に変換されて送出されスイッチに到達します。

スイッチは、送られてきた電気信号をフレームに変換しフレームレベルで処理します。

ここがハブの機能と大きく違う点です。

フレーム、つまりOSI第2層で処理するということは、MACアドレスを認識して処理出来るということなので、スイッチは該当するMACアドレスが接続されているポートのみに転送します。

この時、どのポートにどのMACアドレスを持っているノードが接続されているかをMACアドレステーブルというテーブルで管理していて、そのテーブルを参照して処理しています。

このようにスイッチは余計なポートにフレームを流さないため、ノードAとノードEが通信中であっても、その他のノード同士が通信を行うことが出来ます。

スイッチは入ってきた信号をフレームに変換し、そのフレームを解析して宛先MACアドレスを自身がもっているMACアドレステーブルと参照し、該当のポートに転送するという処理を専用のチップ(ASIC:Application Specific Integrated Chip)を用いてハードウエア処理しています。
ソフトウエア処理と違いハードウエアで処理しているため非常に高速に処理を行うことができます。

以上のようにハブではなくスイッチを使用することにより、ネットワークの使用効率を大幅に上げることが出来るわけです。

 

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