スイッチングとルーティングの違い｜L2・L3の通信を図解

スイッチングは主に同一L2ドメイン内でMACアドレスを基にフレームを転送し、ルーティングは異なるIPネットワーク間で宛先IPと経路表を基にパケットを転送します。

同一セグメントとVLAN間通信の構成図を使い、ARP、MACテーブル、デフォルトゲートウェイ、ルーティングテーブルのどれが各段階で使われるかを図解します。

この記事はネットワークエンジニアの仕事内容の各論です。工程の全体像から確認したい場合はそちらへ。

スイッチングとルーティングは何が違う？

スイッチングとルーティングの違い：スイッチングは主に同一L2ネットワーク内でMACアドレスを基にフレームを転送し、ルーティングは異なるIPネットワーク間で宛先IPを基にパケットを転送します。

けんと＠設計構築チャンネル

スイッチングを追うときは、VLAN、受信ポート、学習したMAC、転送先ポートを同じ表に置きます。項目を別々に見るより、フレームの流れと学習結果を対応させやすくなります。

(出典：RFC 1812 Requirements for IP Version 4 Routers)

L2スイッチングとL3ルーティングはどう動く？

L2ではスイッチが宛先MACとVLANから出力ポートを選びます。L3ではルーターまたはL3スイッチが宛先IPとルーティングテーブルから次ホップを選び、次のL2フレームを作り直します。

スイッチングとは？

宛先が同一セグメントなら、まずARPでMACを解決します。show arp の出力を見て、端末のIPとサブネットマスクから同一セグメントと判断した範囲と、実際にARPが解決できている相手が一致しているかを確認します。

(出典：RFC 826 An Ethernet Address Resolution Protocol)

ルーティングとは？

(出典：Configure Inter-VLAN Routing with Catalyst Switches（Cisco）)

MACアドレスとIPアドレスの役割は？

MACアドレスは同一L2区間で次の転送先を識別し、IPアドレスはネットワークを越えた最終送信元・宛先を識別します。ルーターを越えるたびにL2ヘッダーのMACは付け替わりますが、NATがなければIPの宛先は維持されます。

同一セグメント内の通信フロー

同一セグメント通信では、端末が宛先IPを同じネットワークと判断し、ARPで宛先端末のMACを解決します。スイッチは宛先MACをMACアドレステーブルで検索し、該当ポートへフレームを転送します。ルーターは経由しません。

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スイッチングの動的学習を消去する前に、取得時刻と該当VLANの状態を保存してください。消去後の再学習だけでは、変更前に起きていた異常を追えない場合があります。

異なるセグメント間の通信フロー

異なるセグメント宛てでは、端末はゲートウェイのMACをARPで解決し、IPパケットの宛先を最終端末のままゲートウェイへフレームを送ります。L3機器は宛先IPを経路表で検索し、次ホップへ転送します。各区間でMACは変わりますが、NATがなければ宛先IPは維持されます。

L2・L3の設定と障害をどう切り分ける？

同一VLANではリンク、VLAN所属、MAC学習、ARPを確認します。別セグメントではそれに加え、SVI/ルーターIF、ゲートウェイ、経路表、ACL、復路を往復で見ます。

L3スイッチはどちらを行う？

スイッチングとルーティングの違いの実務上の完了条件は、コマンドが一度通ることではありません。期待した経路・セッション・ログとの一致、変更前後の証跡、異常時の停止条件、切り戻し結果まで確認します。

同一なら宛先をARP解決の前後で何が変わり、何が維持されるかを追うと役割の違いが明確になります。

ARP・MACテーブル・ルーティングテーブルはどんな関係？

端末はARPで次ホップIPをMACへ変換し、スイッチはMACアドレステーブルで転送ポートを決めます。宛先が別セグメントならルーターがルーティングテーブルで次の転送先を選ぶため、三つの表を同じ送信元・宛先・VLAN・時刻でつなげて確認します。

構成図を読むコツ

構成図は通信の送信元から宛先へ線をたどり、インターフェース、VLAN、IP、ネクストホップ、ポリシーの境界を順に拾います。

次にshow interfaces switchportで実際の状態を取得し、期待した「別セグメントでは端末がゲートウェイのMACを解決」が成立しているかを判断します。

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スイッチングとルーティングの違いは片側の表だけで判断せず、対向インターフェースとL3側のARPも照合します。一つの機器だけで原因を決めないことが、切り分けを遠回りさせないポイントです。

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構成図と実機の値を照合する

スイッチングは一つのshowコマンドの出力だけで正常判定しません。MACアドレスとIPアドレスの役割、同一セグメント内の通信フロー、異なるセグメント間の通信フローまで追い、構成図と実機の値を照合します。

パケットキャプチャをL3機器の前後で比べると、IPの送信元・宛先が維持され、MACの送信元・宛先が変わる基本を確認できます。NATがある場合はIPも変わるため別途記録します。

案件では、正常時の情報がなければ障害時の差分を判断できません。作業前にshow mac address-tableとshow arpを取得し、変更後も同じ条件で比較します。端末Aから別VLANの端末Bへ送るとき、端末AはBのMACを探さずゲートウェイのMACへ渡します。L3機器はB側VLANへ出す際に新しいL2ヘッダーを作ります。

この内容は、設計構築チャンネルの動画でも解説しています。

まとめ

同一L2内はMACとVLANによるスイッング、異なるIPネットワーク間は宛先IPと経路表によるルーティングです。構成図でL2境界とL3境界を先に分けると、切り分け箇所が明確になります。

この記事の執筆・監修者

けんと＠設計構築チャンネル

ネットワーク設計構築エンジニア／インフラ転職コンパス編集者

30歳・IT未経験からSIerへ転職。ネットワークエンジニアとして、金融系・オフィス系ネットワークの設計・構築に携わり、PL・PMも経験。自身の未経験転職と現場経験をもとに、仕事内容・技術・キャリア・求人選びをわかりやすく解説しています。

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