現在のネットワーク構成の中でトラフィック制御やアクセスコントロールなどの重要な部分を担う機器としてスイッチがあります。トラフィックが増大したネットワークでは，スイッチはとても重要です。CCNA試験でもルーティングと並ぶ比重で出題されるのがスイッチングです。今回はスイッチングの基礎を学習しましょう。
フォワーディングとフィルタリング
スイッチはレイヤ2で動作するネットワークデバイスです。レイヤ2で動作するデバイスとしてはブリッジもあります。ブリッジとスイッチの基本動作は同じです。ただし，ブリッジがソフトウエアで処理するのに対して，スイッチはASICによるハードウエアで高速に処理します。さらにポート密度（1つのデバイスに存在するポート数）が高く，ネットワークのトラフィックをより詳細に制御することができます。スイッチは2つの動作を行います。
- フォワーディング ･･･ 受信フレームを受信ポート以外の対応するポートへコピーして転送する
- フィルタリング ･･･ 受信フレームをルールに従って廃棄する
スイッチはこの2種の動作により，トラフィックを制御します。特に「どのポートにフレームを転送（フォワード）するか」という点が重要です。スイッチはブリッジ同様，MACアドレスを基に転送先を判断します。スイッチのフォワーディング動作は次の通りです（図1）。
- 受信フレームの送信元MACアドレスと受信ポートの対応を記録する
- 受信フレームのあて先MACアドレスに対応したポートからフレームを送出する
- 受信フレームのあて先MACアドレスに対応したポートが受信ポートだった場合，廃棄する
- 受信フレームのあて先MACアドレスに対応したポートがない場合，あるいはマルチキャストやブロードキャストの場合は，受信ポート以外の全ポートから送出する
図1 フォワーディング
スイッチはアドレスとポートの対応表（アドレステーブル）を記録するために，CAM（Content Addressable Memory）と呼ばれるメモリを搭載しています。CAMは高速にアクセスできるメモリでフォワーディングの中核を担います。また，あて先がCAMにない，またはマルチキャストやブロードキャストの場合，受信ポート以外の全ポートに送出します。この動作はフラッディング（Flooding）と呼ばれます。
フレームの伝送モード
スイッチがフレームを受信して転送する動作には，主に3種類あります。- カットスルー
- ファストフォワード ･･･ フレームのうちあて先MACアドレスを読み込んだ時点で転送する
- フラグメントフリー ･･･ フレームのうち先頭64バイトを読み込んだ時点で転送する
- ストアアンドフォワード ･･･ フレーム全体を読み込んだ後に転送する
- アダプティブカットスルー ･･･ エラーフレーム数によってカットスルーとストアアンドフォワードを使い分ける
カットスルー（特にファストフォワード）は，フレームの全ビットを読み込む前に転送処理を開始しますので遅延（レイテンシ）が小さくてすみます，しかしフレームの最後のFCSを読み込まないため，エラーフレームも転送してしまいます。フラグメントフリーはエラーの中でも最も多いコリジョンフラグメント（コリジョンが原因で発生するエラーフレームでサイズが64バイト以下のもの。ショートフレームとも呼ばれる）を排除するために，先頭64バイトを読み込んだ後に転送します。
一方のストアアンドフォワードはフレームの全ビットを読み込んだ後に転送します。このため，遅延がカットスルーよりも大きくなりますが，FCSを読み込むためエラーをチェックでき，エラーフレームを転送することがなくなります（図2）。
図2 カットスルーとストアアンドフォワード
アダプティブ（適応）カットスルーは，カットスルーとストアアンドフォワードの複合モードで，エラーフレームが一定数以上になるまではカットスルーで，一定数以上になった場合はストアアンドフォワードで動作します。
