L2スイッチは、イーサネットヘッダの「送信元MACアドレス」と「ポート番号」を管理することによってフレーム（イーサネットでカプセル化したデータ）の転送先を切り替え、通信の効率化を図っています。このフレームの転送先を切り替える機能のことを「L2スイッチング」といいます。また、「送信元MACアドレス」と「ポート番号」を管理するテーブルのことを「MACアドレステーブル」といいます。L2スイッチは、このMACアドレステーブルがポイントです。

　L2スイッチは、どのようにしてMACアドレステーブルを作り、どのようにしてL2スイッチングをしているのでしょうか。AというクライアントPCとBというクライアントPCがフレームを送り合うことを想定して説明します。

• 1. AはBに対するフレームを作り、ケーブルに流します。このとき、送信元MACアドレスはAのNICのMACアドレス（図1以降の図中にあるMAC A）、宛先MACアドレスはBのNICのMACアドレス（図1以降の図中MAC B）です。この時点では、まだL2スイッチのMACアドレステーブルは空っぽです。
• 2. Aのフレームを受け取ったL2スイッチは、フレームの送信元MACアドレス（MAC A）と、フレームを受け取ったポート番号(Gi0／1)をMACアドレステーブルに登録します。
• 3. L2スイッチは、Bがどのポートにいるか分かりません。そこで、Aのフレームのコピーを、Aが接続されているポートを除く全てのポートに送信します。この動作を「フラッディング」といいます。「誰宛てか分からないから、取りあえず皆に投げちゃえ！」的な動作です。ちなみに、ブロードキャストのMACアドレス「FF-FF-FF-FF-FF-FF」は、送信元MACアドレスになることがないため、MACアドレステーブルに登録されることがありません。従って、ブロードキャストはいつもフラッディングされることになります。

図1：1～3までの処理《クリックで拡大》

• 4. コピーフレームを受け取ったBは、Aに対する返信フレームを作り、ケーブルに流します。AとBの通信に関係のない他のクライアントPCも同じくフレームを受け取りますが、自分に関係のないフレームだと認識して破棄します。
• 5. Bのフレームを受け取ったL2スイッチは、フレーム内の送信元MACアドレス（MAC B）とポート番号（Gi0／2）をMACアドレステーブルに登録します。

図2：4～5までの処理《クリックで拡大》

• 6. これで、L2スイッチはAとBがどのポートに接続しているかを認識できました。そして、これ以降はAとB間の通信を直接転送します。3のようなフラッディングは行いません。
• 7. L2スイッチは、A、あるいはBが一定時間通信しなくなると、MACアドレステーブルの中で関連する行を削除します。削除するまでの時間は機器によって異なりますが、任意に変更することも可能です。例えばCisco Systems（以下、Cisco）のL2スイッチ「Cisco Catalyst」の場合、デフォルトで5分です。

図3：6～7までの処理《クリックで拡大》

VLANでブロードキャストドメインを分ける

　L2スイッチでよく使用するもう1つの機能が「VLAN（Virtual Local Area Network）」です。VLANは1台のL2スイッチを複数のL2スイッチのように見せる技術です。

　VLANの仕組みは極めてシンプルです。ポートにVLANの識別番号となる「VLAN ID」という数字を設定し、異なるVLAN IDが付いたポートにはフレームを転送しないようにしているだけです。VLANの設定方法には「ポートVLAN」と「タグVLAN」の2つがあります。ここでは、例を用いて説明します。

ポートVLAN

　ポートVLANは、1ポートに1つのVLANを割り当てる設定方法です。例えば、図4のようにGi0／1とGi0／2にVLAN1、Gi0／3とGi0／4にVLAN2を設定していたとします。1台のL2スイッチの中にVLAN1のL2スイッチとVLAN2のL2スイッチができたとイメージすればいいでしょう。この場合、VLAN1のポートに接続しているAとBのクライアントPCは互いにフレームを交換することができます。しかし、VLAN1のポートに接続しているAとVLAN2のポートに接続しているCは直接フレームを交換することができません。

　ここでMACアドレステーブルに注目してみます。VLANを設定すると、MACアドレステーブルにあるVLAN列を含めて通信を制御します。MAC AとMAC BはVLAN1のMACアドレスとして登録されます。また、MAC CはVLAN2のMACアドレスとして登録されます。MAC AからMAC Cへ通信しようとしても、VLAN1にはMAC Cは存在しないため、通信はできません。

図4：ポートVLAN《クリックで拡大》

タグVLAN

　タグVLANは、その名の通り、VLANをタグ付けする設定方法です。ポートVLANは1ポートに1VLANという絶対的な約束があり、あるL2スイッチをまたいで同じVLAN内のノードが通信できるように設定する場合、ポートとケーブルをVLANの数だけ用意する必要があります。これではいくらポートとケーブルがあっても足りません。そこで、タグVLANを使用します。

　基本的なタグVLANの処理プロセスを見ていきましょう。

　まず、L2スイッチはポートからフレームを送出するときに「VLANタグ」というVLAN IDの情報を付加します。そのフレームを受け取る側のL2スイッチは、VLANタグを外して必要なノードへ渡します。VLANタグによって、どのVLANのフレームなのかを識別できるので、ケーブルもポートも1つで済みますし、配線もシンプルになります。タグVLANを使用するときは、接続する両L2スイッチで同じVLAN IDの情報を識別する必要があるので、両方で設定するVLAN IDは必ず合わせないといけません。

図5：タグVLAN《クリックで拡大》

　今回は、レイヤー1とレイヤー2で動作する機器「L2スイッチ」について説明しました。L2スイッチについては「MACアドレステーブル」と「VLAN」の2つだけおさえておけばよいでしょう。次回は、レイヤーを1つ上げて、レイヤー3の技術「IP」について説明します。