Part1　実体を押さえる　機能はルーター＋LANスイッチ，特徴は中継能力の高さ

日経NETWORK

2007.02.20

ルーターの持つIPパケットの転送機能をハードウエア化し，大幅に高速化したネットワーク機器がレイヤー3スイッチ。従来は大企業の基幹ネットワークがおもな活躍の場だったが，今やあらゆる場面で利用されている。Part1では，オフィスLANの主役となりつつあるレイヤー3スイッチの使われ方や製品カテゴリ，内部構成を見ていこう。

　LANの中核機器として急速に浸透し始めているのがレイヤー3（スリー）スイッチ（L3（エルスリー）スイッチ）だ。

　L3スイッチは，LANスイッチが進化して生まれた。LANスイッチはLANアドレス（MAC（マック）アドレス）を基にLANフレームを中継する機器である。これに対して，L3スイッチはIPアドレスを基に中継先を決めるルーター機能も兼ね備える。つまり，LANスイッチとルーターが1台になった装置である。

　レイヤー3プロトコル（IP）でスイッチすることから，レイヤー3スイッチと呼ばれているわけだ。

　オフィスLANの主役となりつつあるL3スイッチ。まずは使われ方と製品カテゴリ，売れている理由を見ていくことにしよう。

さまざまなネットワークで活躍

　小型から大型までさまざまなサイズの製品がそろっているL3スイッチは，その規模に応じてさまざまな場面で使われている（図1）。

図1●さまざまな場面で活躍するレイヤー3スイッチ

現在、企業ネットワークから通信事業者のいたるところでレイヤー3スイッチが使われている。企業がISPなどにつなぐＷＡＮ回線や,ISP内部のコア・ネットワークでは,ルーターが活躍することが多いが,そうした分野にもレイヤー3スイッチが使われ始めている。

[画像のクリックで拡大表示]

　小さいオフィスでは，パソコンを直接収容するLANスイッチを束ねる役割を果たす。大きなオフィス・ビルの場合なら，フロアのLANをL3スイッチでまとめ，ビル全体をさらに大型のL3スイッチでまとめる。

　インターネットの核となる部分でも，L3スイッチは活躍している。インターネット接続事業者（ISP）では，ユーザーからのアクセス回線を束ねる役割を担っている。また，ISP同士をつなぐIX（アイエックス）という施設にも大型のL3スイッチが使われている。データ・センターなどで多数のサーバーを束ねたり，通信事業者が広域イーサネット・サービスを提供したりする目的にもL3スイッチが使われている。

　このようにあらゆる場所で活躍するL3スイッチだが，従来のルーターを完全に置き換えたわけではない。インタフェースの種類が豊富なルーターに比べて，L3スイッチはイーサネットに特化して価格を抑えている側面が強い。このため，イーサネット以外のインタフェースを使うWAN回線では，ルーターが使われるケースが多い。また，ISPのバックボーンでは，まだまだ高速ルーターが主役。L3スイッチが採用されるケースはそれほど多くない。

規模に応じて約30倍の価格差

　L3スイッチと一口にいっても，いろいろなタイプがある。おおまかに分類すると，小型・低価格のボックス型と拡張性に富むが値段も高いシャーシ型に分かれる。

　ボックス型L3スイッチは，LANスイッチを置き換える場面で使われることが多い。

　一方のシャーシ型LANスイッチは，シャーシに各種モジュールを差し込んでシステムを構成する。数個～数十個のLANポートを備えるインタフェース・モジュールを，必要なポート数の分だけ購入して使う。

ルーターではパケット・ロスが頻発

　製品のバリエーションが増えてきたのに伴って，LAN同士を接続する場面ではいたるところでL3スイッチがルーターの代わりに使われ始めた。

　どこがルーターより優れているのだろう。中継機能そのものは，ルーターより優れている部分はあまりない。

　L3スイッチとルーターの違いは，パケット中継能力にある。L3スイッチはルーターと同じ中継処理を実行するが，単位時間当たりの処理量がルーターよりも格段に多い。それは，中継処理をハードウエア化することによって，短時間で処理できるようにしたからだ。

合い言葉はワイヤー・スピード

　L3スイッチの最大の特徴は，中継処理時にパケット・ロスがないことだ。L3スイッチ・メーカーはしばしば，「ワイヤー・スピードで中継できる」ことを誇示するが，これはLANの最大速度でデータを送り込まれてもパケット・ロスしないという意味。今やワイヤー・スピードの中継は，L3スイッチの最低条件となりつつある。

　この高速化ニーズにこたえられるように，L3スイッチは中継処理専用に開発されたスイッチ・チップを採用する。

スイッチ・チップとメモリーが協調

　さて，最後にL3スイッチの内部構成を簡単にまとめておこう（図2）。主な構成要素は，スイッチ・チップのほか，物理層処理を担当する「PHY（ファイ）チップ」，LANポートから入ってきたパケットを一時的に格納する「パケット用メモリー」，スイッチ・チップが中継処理時に参照する経路情報を保存する「アドレス用メモリー」，そしてCPUである。CPUは，アドレス用メモリーに書き込む経路情報を計算したり，スイッチ・チップが処理できないプロトコルの中継処理を担当したりする。