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スイッチとは

post123456

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投稿2017/05/04 13:57

リピーターハブ
昔の機器 ハブ内で複数の端末が接続されている場合、ハブ内すべてがコリジョンドメイン

昔はハブ内に複数のpcが接続されることがなかった。

ブリッジ
ハブ内で複数の端末が接続されている場合でも
箇々のlan接続がコリジョンドメインになる。Macアドレスの判定はソフト行われるため遅い。

スイッチ
ブリッジの進化版
Macアドレスの判定はハードで行われるため早い

いずれもMacアドレスを元に対処される

簡単にですが3つの装置の説明について正しいでしょうか。足りない特徴があれば教えて頂けますと嬉しいです。

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ネットワークの歴史から

###同軸ケーブルの時代

現在のネットワークで主に使用されるUTP(Unshielded Twisted Pair アンシールド・ツイスト・ペア)ケーブル以前は、同軸ケーブルを用いた10BASE5や10BASE2という規格のものを使用していました。これは1本の同軸ケーブルに複数のノード(PCやルータなど通信を行う装置)を接続するものです(10BASE5は本当に1本のケーブルをタップで分岐し、10BASE2はT型コネクタで分岐するという違いはありますが、実質1本のケーブルを使用すると考えて問題ありません)。この時の方法では二つの問題がありました。

  • 同軸ケーブルが長くなると信号が減衰し、長さに限界が発生します。
    ⇒ ケーブルとケーブルの間にリピーターという信号増幅器を挟むことで、減衰を回復し、全長を伸ばすことを可能にしました。
  • 全ての信号が1本のケーブル上にが流れるため、同時に二つの機器が送信を行うとコリジョンが発生します。信号数が多くなると、コリジョン発生率があがり、全体の通信速度が低下します。(同時に通信を行うとコリジョンが発生するノードの集合をコリジョンドメインと言います。)
    ⇒ ケーブルとケーブルの間にブリッジというMACアドレスに基づいてパケットを流す流さないを決める装置を挟むことで、コリジョンドメインを分岐し、コリジョン発生率の低下を可能にしました。

リピーターもブリッジも二つのケーブルを繋ぐ1対1の装置です。違いは、信号をそのまま流す(リピーター)か、MACアドレスに基づいて流すか流さないかを決める(ブリッジ)と言うことです。

━┯━┯━リ━┯━┯━ □い□ろ□□□は□に□

からに信号を送ろうとしたとき、から左側の線に信号が送られ、リピーターがそれを検知するとそのまま右側の線にも同じ信号を送ります。全てでからの信号は検知しますが、宛先であるのみが受信の処理を行います。

からに信号を送ろうとしたとき、から左側の線に信号が送られ、リピーターがそれを検知するとそのまま右側の線にも同じ信号を送ります。全てでからの信号は検知しますが、宛先であるのみが受信の処理を行います。つまり、右側の線に送られた信号は無駄になります。

逆方向(例えばが信号を送る)場合も同じです。

━┯━┯━ブ━┯━┯━ □い□ろ□□□は□に□

からに信号を送ろうとしたとき、から左側の線に信号が送られ、ブリッジがそれを検知すると、宛先のが右側にあることを覚えていれば、そのまま右側の線にも同じ信号を送ります。全てでからの信号は検知しますが、宛先であるのみが受信の処理を行います。

からに信号を送ろうとしたとき、から左側の線に信号が送られ、ブリッジがそれを検知すると、宛先のが左側にあることを覚えていれば、何もしませんのみからの信号は検知し、宛先であるのみが受信の処理を行います。つまり、右側の線に無駄な信号が送られません。

逆方向(例えばが信号を送る)場合も同じです。無駄な信号がなくなるため、コリジョン発生率が大幅に低下します。

なお、どちら側にあるかをどうやって覚えるかですが、以前どちらの側から来たのかで覚えます。から信号を受け取った段階で、は左側とブリッジ内部で覚えます。送信元や宛先にはMACアドレスを用いるため、この覚えた情報をMACアドレステーブルといいます。もし、知らない宛先であれば、別の側にもあるかも知れないと判断し、そのまま送信します。

###UTPケーブルを用いたスター型へ

同軸ケーブルは使い勝手が良くないため、UTPケーブルを用いた10BASE-Tという規格が制定されました。10BASE-Tではケーブル1本で1対1の通信はできませんが、代わりにハブと言われる複数のUTPケーブルを接続できる装置を用いるようにしました。

ケーブルとケーブルの間を繋ぐ装置はリピーターとブリッジがあったと思います。そして、ハブについても、それぞれの進化形としてリピーターハブスイッチングハブが作られました。

リピーターハブは複数のリピーターが集合したものです。リピーターと違って1対1ではなく3個以上の
ケーブルを繋げられます。ですが、動作はリピーターと同じで、一つのケーブルからきた信号を全てのケーブルにそのまま流します。全てのケーブルは同じコリジョンドメインに属する事になります。

スイッチングハブは複数のブリッジが集合した物です。リピーターと違って1対1ではなく3個以上の
ケーブルを繋げられます。ですが、動作はブリッジと同じで、一つのケーブルからきた信号を宛先があるケーブルのみに流します。全てのケーブルは別のコリジョンドメインに属する事になります。

なぜスイッチングハブをブリッジハブと言わないかというと、動作的には送信元と宛先のケーブルをスイッチのようにオンオフして繋いでいると考えられるからです。

リピーターハブは仕組みが単純なため、スイッチングハブより安価でしたので、当時はそれなりに使われていました。現在はスイッチングハブの価格が安くなったため、特殊な用途以外は使用されません。また、1本の同軸ケーブルに複数のノードを接続するという10BASE5や10BASE2のような方式も、後の規格では採用されることはなくなりました(同軸ケーブルを用いる10GBASE-CX4という規格はありますが、1対1での接続になります)。

###まとめ

UTPケーブルを用いるようになった10BASE-T以降はリピーターやブリッジがなくなったというわけではありません。UTPケーブルは減衰が大きく通常は100mしか使えませんが、途中でリピーターを挟むことで延長することが可能です。またUTPケーブルと光ケーブルを変換するメディアコンバーターにはブリッジの機能があるものもあります。ただ通常の用途にはスイッチングハブが使われます。リピーターハブは生産数が少なく逆に高価になっており、特殊用途以外は使われません。

|機器|接続口|信号増幅|宛先判断|コリジョンドメイン分割|
|---|---|---|---|
|リピーター|2個(1対1)|○|×|×|
|ブリッジ|2個(1対1)|○|○|○|
|リピーターハブ|3個以上(N対N)|○|×|×|
|スイッチングハブ|3個以上(N対N)|○|○|○|

【補足】

  • 仕組みがソフトウェアかハードウェアかは重要ではなく関係はありません。仮想環境上では仮想スイッチングハブというソフトウェアだけで実現されたスイッチングハブも存在します。
  • 光ケーブルはスター型以外にリング型があります。リング型は仕組みが異なるため、上とはまた違う構成になります。
  • その他、半二重通信や全二重通信の違い、ブロードキャストやマルチキャストなども関係してきますが、こちらは自分で調べてみてください。

投稿2017/05/04 23:04

raccy

総合スコア21733

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退会済みユーザー

退会済みユーザー

2017/05/04 23:59

いろはにを採用するドキュメントセンスに脱帽です!w
post123456

2017/05/06 03:14 編集

詳しいご説明ありがとうございます。勉強になります。 接続口の説明で確認したいのですが、物理的に差込口が双方1対1という意味でしょうか? ブリッチにもリピータのような信号増幅器の機能は備わっていると考えてよいでしょうか?
raccy

2017/05/06 03:29

物理的に2口であり、接続するケーブル目線で見ると1対1ということです。 ブリッジは信号を受け取って、それを読み込んで(読み込まないと流すか流さないか判断できませんので)、そして、流す物について別の口から信号を流すときに、再度信号を電気的に生成しますので、結果的に減衰した信号は回復されことによって、信号増幅器のような役目も担います。リピーターのように単純に信号を整形・増幅するわけではないため、内部の処理はより複雑になり、高価になります。といってもそれは10BASE5等が使われていた当時の話であり、今はスイッチングハブが安価なので、どうでもいい話ですが。 なお、UTPケーブルを延長させるためのPoE受給電信号増幅器(リピーター)や信号そのものを別のものに変えるブリッジ型メディアコンパ-ター等は追加された機能が複雑及び少数生産ですので、安価なスイッチングハブよりも安くはないです。
post123456

2017/05/06 07:18 編集

ありがとうございます。とてもわかり易かったです。昔は衝突をさけるためブリッチをたくさん配置してたのでしょうか?(1対1の関係のため、2ノードごとに配置?) いまのスイッチングハブがとてもありがたいです。
raccy

2017/05/06 07:28

私もそこまで古い人間じゃないので当時のことはそれほど詳しくはないです。 10BASE5や10BASE2が使われていた時代、パソコンが安いので30万円とかする時代なので、大きな企業でも数台しかなく、接続する機器もそれほど多くありませんでした。通信もたかが知れていますので、コリジョンの発生率もそれほどでは無かったと思います。(商用インターネットなんてものがまだなかった時代です) ブリッジが活躍するのはUTPケーブルを使った10BASE-Tの時代からです。初期の頃はスイッチングハブが高価でしたので、リピーターハブを使用していました。しかし、リピーターハブではコリジョンドメインを増やしていくだけなので、接続台数が増えるとすぐにコリジョンが発生します。ですので、要所要所にブリッジを付けて、コリジョンドメインを分けていったようです。スイッチングハブの価格が下がって普及すると、ブリッジの役目も終わっていったということです。(特殊な用途のリピーターとブリッジだけが残りました)
退会済みユーザー

退会済みユーザー

2017/05/06 07:53 編集

post123456 さん、多分、同軸での接続を誤解しています。 イメージとしては以下のようになります。(バス型と呼ばれるトポロジーです。) http://www.aim-ele.co.jp/products/10base-5/ 10BASE5であれば、同軸ケーブルから、MAU(トランシーバ)と呼ばれる機器で分岐して、端末をぶら下げます。 そうすることで、1本の同軸があたかも1つのリピータハブのようなイメージになります(実際には少し差異がありますが、イメージとしては概ねあっているかと) これが理解できると、reccy さんや私が言っていることの理解がすすむと思います。
guest

0

スイッチにも複数あって、

  • L2 スイッチ(Macアドレスベースで振り分ける)
  • L3 スイッチ(IPアドレスベースで振り分ける)

となります。一般的な LAN ハブは L2 スイッチです。通常製品名として「ルータ」が入ると、L3 スイッチのことを指しますね。Virtual LAN(VLAN)を使う場合には L3 スイッチが有益です。

割とよくまとまっているcisco のサイトがあるので参考まで。

投稿2017/05/06 03:21

tacsheaven

総合スコア13703

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ちょっと何観点のまとめなのか分かりませんが、多分根底を理解されていないと思います。

似たような表現があるので以下のページを参考にされたのではないかと思いますが、リピータやブリッジが同軸時代の装置であることをまず理解して下さい。
Ethernet LAN - Repeater / HUB / Bridge / Switch / Router

すると以下のような種類分けになります。
(厳密には違う場合もあるのでざっくりです。)

伝送用ケーブルリピータ系ブリッジ系
同軸リピータブリッジ
ツイストペアハブスイッチ

リピータ系とブリッジ系の差異は「コリジョンドメインの分割」ができるかどうかです。
ASIC に関しての記述がありますが、本質とは余り関係がないので省いたほうが良いと思います。

何用のまとめなのかわかると、もう少し的確に表現ができるかもしれません。

投稿2017/05/04 17:22

退会済みユーザー

退会済みユーザー

総合スコア0

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ネットワークに詳しい人からすると稚拙で恥ずかしい文章ですが恥を忍んで投稿します。

リピーターハブ:リピーター+ハブ機能、非常に昔からある原始的な装置。昔は長い距離、信号を送ろうとすると電気的に減衰するので途中途中でリピーターという機械を挟んで信号をブーストする必要があった。(今は定年退職してしまったような年代が現役の時の話、イーサネットも今みたいなケーブルではなく同軸ケーブルの時代)なのでMacアドレス等は見ない装置がリピーター。それにハブ機能(複数の装置を繋げられるようにする機能)が追加されたものがリピーターハブ。信号は全ポートで共有されるのでネットワークのパケットをキャプチャしたいネットワーク屋さんの間では今も重宝されている。

ブリッジ、スイッチ:きっちり綺麗に説明するのは私の知識では難しいので説明は他の人に譲ります。ただソフトウェアうんぬんの部分や遅い速い最近の状況では一概には言えないような気がします。

投稿2017/05/04 16:37

YouheiSakurai

総合スコア6142

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