この記事での学習内容 基本情報 応用情報
LAN 内接続，LAN 間接続，LAN-WAN 接続の装置の種類，特徴，各装置の機能が，OSI 基本参照モデルのどの層に対応するかを理解する。
用語例：リピータ，ハブ，カスケード接続，スイッチングハブ，ルータ，回線接続装置，レイヤ2（L2）スイッチ，レイヤ3（L3）スイッチ，ブリッジ，ゲートウェイ，プロキシサーバ，スパニングツリー
LAN間接続装置
ネットワークを接続するための装置は以下のように分類されます。
- LAN内接続装置
- リピータ、ハブ、ブリッジ、L2スイッチ
- LAN間接続装置
- ルータ、L3スイッチ
- LAN-WAN接続装置
- ゲートウェイ
また、これらの接続装置はOSI参照モデルの各層に対応しています。
- 物理層：リピータ、ハブ（リピータハブ）
- データリンク層：スイッチングハブ、ブリッジ、Ｌ２スイッチ
- ネットワーク層：ルータ、Ｌ３スイッチ
- トランスポート層～アプリケーション層：ゲートウェイ
LAN接続に使われる機器
リピータ
ケーブルとケーブルを接続し、伝送距離を延長するための装置です。減衰した信号を増幅し、信号を整形し送り出します。
ハブ（HUB）
パソコンなどの機器をスター形に接続する集線装置です。数個から数十個のポート（接続口）に各機器からのケーブルを接続し、相互に通信できるようにします。
受信データをすべての接続ポートに転送するリピータハブと、MACアドレスを判断し宛先の接続ポートにだけ送るスイッチングハブがあります。
ハブとハブを段階的に繋いで接続台数を増やすことをカスケード接続といいます。10BASEハブは4段まで、100BASEハブは2段まで可能です。
スター型のトポロジーを取っていることから、通信がハブに集中し、衝突が発生しやすくなっています。
MACアドレス
MACアドレス（Media Access Control Address）はNIC（Network Interface Card）の出荷時に一枚ごとにつけられる固有のID番号です。IEEE（米国電気電子技術者協会）が管理する製造メーカーコード＋各メーカーが割り振る製造番号という、世界で唯一の番号なので、MACアドレスによって個々のNICを識別することができます。
MACアドレスは、IPアドレスのようにネットワークアドレスなどは含まないので、ネットワーク層より下のデータリンク層で利用されます。
なお、MACアドレスは48ビット長の16進数12桁で表現され、通常は16進数2桁ごとにハイフンで区切って表現されます。子のうち、上位6桁がIEEEが管理する製造メーカーコード、下位6桁が各メーカーが割り振る製造番号となっています。
例：00-12-34-AB-CD-EF
カスケード接続
カスケード接続とは、ハブやスイッチングハブの多段接続のことをいいます。
ハブでは接続段数に上限があり、10Mbpsタイプでは4段、100Mbpsタイプでは2段です。L2スイッチでは接続段数の制限は理論上ありません。
ブリッジ
同じプロトコルのLAN同士を接続する装置です。LANを流れてきたパケットのMACアドレスを読取り、LAN外に通過させるパケットかどうかを判別します。この機能をフィルタリングといいます。
データは『フレーム』という単位で扱われます。フレームが無限ループすることを防ぐための、スパニングツリーという機能を持っています。
レイヤ2スイッチ（L2スイッチ）
レイヤ2スイッチは、スイッチやスイッチングハブと呼ばれています。ハブは入ってきたフレーム（パケット）をすべてのポートに転送してしまいますが、L2スイッチはブリッジと同様に、フレームの中にある宛先MACアドレスを判断して、宛先のMACアドレスの接続されたポートにのみ転送します。（ブリッジには一般的に2つのポートしかありませんが、L2スイッチには複数のポートがあります。）
このため、他のポートが空いているので同時に通信でき、全体の処理能力（スループット）が向上します。また、必要なポートにのみフレーム（パケット）を流すので、他のポートからはデータを見ることができないので、セキュリティの向上も可能です。
ブリッジとの違いは、ブリッジがソフトウェアを使って転送処理を行うところを、L2スイッチは専用のIC（ASIC）を使ってハードウェアで処理を行う部分です。そのため高速に動作できます。
なお、L2スイッチという名称は、後述するL3スイッチとの区別のために名づけられたもので、一般的にはスイッチングハブと呼ばれる機器のことをL2スイッチといいます。（スイッチという名称は、CISCO社製品の名称）
なお、L2スイッチには、カスケード接続の段数制限はありません。
ルータ
プロトコルやネットワークアドレスの異なるLAN同士を接続する装置です。受け取ったパケットのIPアドレスを読取り、宛先への最適な経路を選択して、宛先のネットワークへの中継を行います。この機能をルーティングといいます。
レイヤ３スイッチ（L3スイッチ）
L3スイッチは、ルータと同じ機能を持っています。ルータはCPUやOSを使って動作していて、ルーティング処理をソフトウェアによって行っています。
これに対してL3スイッチは、ルーティング処理を専用のIC（ASIC）によって処理を行うため、高速にルーティングできることになります。（ただし、ルータも高速なCPUを使うなどして高速化出来るため、L3スイッチが必ずしもルータより高速とは限りません）
ルータと比べて、ポートの数が多数あるのも特徴です。
一般的に、ルータとL3スイッチは下表のような違いがあるとされていますが、それぞれの機能向上によって差異が少なくなっています。
| ルータ | L3スイッチ |
|---|---|
| ソフトウェア処理が主体 | ハードウェア処理が主体 |
| それほど高速な処理はできない | 高速処理 |
| マルチプロトコル対応 | TCP/IPのみ |
| WANインタフェースを持つ | LANインタフェースのみ |
| ソフトウェアのバージョンアップによって機能追加が容易 | 機能追加は難しい |
ゲートウェイ
汎用コンピュータとTCP/IPで接続されたネットワークなど、性質やプロトコルの異なるネットワーク間を接続してデータのやり取りをする装置です。プロトコル変換機能をもち、通信媒体や伝送方式の違いを吸収することができます。