レイヤ3スイッチ

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テンプレート:独自研究 レイヤ3スイッチ（L3スイッチ）とは、コンピュータネットワークの構成機器で、主にLANの中核を構成する機器。OSI参照モデルにおけるネットワーク層（レイヤ3）データの転送処理を主な機能とする。

同様にレイヤ3機器であるルーターとは機能的に重複する部分が多く、従来、L3スイッチとルーターの違いは、ルーターが各種の低速回線インターフェースを構成可能なことに対し、L3スイッチはEthernetのインターフェースのみ持つとされていた。しかし、レイヤ3スイッチの多機能化に伴い、レイヤ3スイッチにおいても、レイヤ3同士のプロトコル変換、または、レイヤ3-レイヤ2のプロトコル変換機能が実装されるようになり、両者の明確な違いは曖昧になりつつある。現状においては、レイヤ3プロトコルの処理を主にハードウェア（もしくはそれに準ずるFPGA）で処理するものがレイヤ3スイッチ、主にソフトウェアで処理するものをルーターと分類する傾向にある。

L3スイッチの動作

L3スイッチは、L2スイッチ（スイッチングハブ）から派生したもので、その処理ロジックはルーターよりもL2スイッチに似ている。一部の動作モードを除き、L2スイッチがEthernetフレームのヘッダのみをスキャンしてMACアドレスを元にMACテーブルを作成し、フレームをフォワードするのに対し、L3スイッチでは主にFDB（Forwarding DataBase:後述）と呼ばれるテーブルで3層とMACおよび物理ポート番号を統合して管理する。

L3スイッチ出現の契機

テンプレート:要出典範囲

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FDB(Forwarding DataBase)

通常のL3機器では、経路情報とARP情報が別々のテーブルにて管理されるが、L3スイッチにおいては、FDBにより経路情報とARP情報が一元管理される。以下に簡略したものではあるが例を示す。

  • ルータの経路情報
宛先ネット　マスク　     次ノード
10.0.0.0   255.0.0.0　  192.168.0.1
172.16.0.0 255.255.0.0　192.168.0.2
0.0.0.0　  0.0.0.0　    192.168.0.3
  • ルータのARP情報
IPアドレス　  MACアドレス　       インターフェース
192.168.0.1　00:00:C0:11:11:11　FastEthernet0/0
192.168.0.2　00:00:C0:22:22:22　FastEthernet0/1
192.168.0.3　FF:FF:FF:FF:FF:FF　Serial0/0
  • L3スイッチのFDB
宛先ネット　マスク       次ノード      MACアドレス      ポート
10.0.0.0　 255.0.0.0    192.168.0.1　00:00:C0:11:11:11　1
172.16.0.0 255.255.0.0　192.168.0.2　00:00:C0:22:22:22　9
0.0.0.0　  0.0.0.0      192.168.0.3　00:00:C0:33:33:33　17

ルータの場合は、1.受信フレーム内のIPヘッダから送信先のIPアドレスを抽出した後、2.経路情報を参照して次ノードを決定し、3.ARP情報を参照して送出インターフェースの決定とフレームヘッダのMACの書き換えをおこなう。

L3スイッチでは、1.受信フレーム内のIPヘッダから送信先のIPアドレスを抽出した後、2.FDBを参照して送出ポートの決定とフレームヘッダのMACの書き換えを行う。

この1手差の違いと高速なASIC、速いメモリの組み合わせが、高速なルーティングを可能にしている。

高速ASIC

通信機器の動作は通信ASICの能力に大きく依存する。

テンプレート:要出典範囲1996年頃の通信機器のASIC製造は0.5umプロセスがあたりまえのように使われ、パッケージも旧式のQFPであった。

テンプレート:要出典範囲

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主なL3スイッチ製品とベンダ

関連項目

en:Multilayer_switch#Layer 3 Switching pl:Przełącznik wielowarstwowy

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