4.8.4リピーター/ハブ/ブリッジ/スイッチ/ルーターおよびゲートウェイ
これまで、この本では、あるコンピュータから別のコンピュータにフレームまたはデータパケットを転送するさまざまな方法を検討してきました。リピーター、ハブ、ブリッジ、スイッチ、ルーター、ゲートウェイについても説明しました。これらのデバイスはすべて実用的なアプリケーション価値がありますが、動作方法には多少の微妙な違いや明らかな違いがあります。ネットワーク化されたデバイスには非常に多くの種類があるため、それらの作業方法の類似点と相違点を調べる価値があります。
これらのデバイスを理解するための鍵は、図4-45（a）に示すように、さまざまなレベルで動作することです。異なるレイヤーの問題は、異なるデバイスが異なる情報を使用して交換方法を決定することです。一般的なシナリオでは、ユーザーは特定のデータを生成してから、そのデータをリモートマシンに送信します。これらのデータは最初にトランスポート層に渡され、トランスポート層はヘッダー（TCPヘッダーなど）を追加してから、結果ユニットをネットワーク層に渡します。ネットワーク層はまた、ネットワーク層データパケットを形成するために（たとえば、IPパケットを形成するために）ヘッダーを追加します。図4-45（b）では、IPグループが灰色で網掛けされていることがわかります。次に、パケットはデータリンク層に送られ、データリンク層は独自のヘッダーとチェックサム（CRC）を追加し、結果のフレームを物理層に配信して、たとえばLANを介して送信します。
次に、スイッチング機器を調べて、データパケットおよびフレームとの関係を理解します。下部の物理層には、リピーターがあることがわかります。リピーターはアナログデバイスであり、主に接続されているケーブルの信号を処理するために使用されます。1本のケーブルに現れる信号は、クリーンアップされ、増幅されてから、別のケーブルに送られます。リピーターは、フレーム、データパケット、またはフレームヘッダーを理解せず、ビットを電圧にエンコードするシンボルのみを認識します。たとえば、従来のイーサネットでは、ケーブルの最大長を500メートルから2500メートルに延長するために、イーサネットでは最大4つのリピーターが信号を強化できます。次にハブを見てください。ハブこれらの入力ラインを接続する多くの入力ラインがあります。いずれかの回線から到着したフレームは、他のすべての回線に送信されます。2つのフレームが同時に到着すると、同じ同軸ケーブルでフレームに遭遇した後に衝突したかのように衝突します。同じハブに接続されているすべての回線は、同じ速度で実行する必要があります。ハブは、（通常は）着信信号を増幅せず、複数の入力ラインを持つことができるという点でリピーターとは異なりますが、2つの違いはそれほど大きくありません。リピーターと同様に、ハブも物理層デバイスであるため、リンク層のアドレスをチェックしたり、アドレスを使用したりすることはありません。
次に、ブリッジとスイッチが表示されているデータリンク層に移動しましょう。橋の紹介に少し時間を費やしました。ブリッジは、2つ以上のローカルエリアネットワークを接続します。ハブのように、最近のブリッジには複数のポートがあり、通常は何らかのタイプの4〜48の入力ラインがあります。ハブとは異なり、ブリッジの各ポートは独自の衝突ドメインに分離されています。ポートが全二重のポイントツーポイント回線である場合は、CSMA / CDアルゴリズムが必要です。フレームに到達すると、ブリッジはフレームヘッダーからフレームの宛先アドレスを抽出し、このアドレスを使用して、フレームの送信先のテーブルを照会します。イーサネットの場合、図4-14に示すように、アドレスは48ビットのターゲットアドレスです。ブリッジはフレームを必要なポートにのみ出力し、同時に複数のフレームを転送できます。
ブリッジはハブよりも優れたパフォーマンスを提供します。ブリッジポートを分離することは、入力ラインがさまざまな速度で、さらにはさまざまなネットワークタイプで実行できることも意味します。一般的な例は、ブリッジに10、100、および1000Mbpsイーサネットに接続するポートがあることです。あるポートからフレームを受信して別のポートから送信するには、ブリッジ内でバッファリングする必要があります。フレーム速度がブリッジの再送信速度よりも速い場合、ブリッジはバッファスペースを使い果たし、フレームを破棄しなければならない可能性があります。たとえば、ギガビットイーサネットがビットストリームを最速で10 Mbpsイーサネットに注いでいる場合、ブリッジはメモリが不足しないことを期待して、これらのビットをバッファリングする必要があります。すべてのポートが同じ速度で実行されている場合でも、複数のポートが特定の宛先ポートにフレームを送信している可能性があるため、この問題は依然として存在します。
ブリッジは元々、イーサネットとトークンリングネットワークを接続するなど、さまざまなタイプのローカルエリアネットワークを接続するために使用されていました。ただし、LANが異なるため、この作業の側面は常にうまく機能するとは限りません。フレームフォーマットが異なると、フレームのコピーと再フォーマット、および新しいチェックサムの計算が必要になります。これらのプロセスにはCPU時間が必要であり、ブリッジメモリエラーが原因でエラー制御にエラーが発生する可能性があります。最大フレーム長の違いも深刻な問題であり、十分に解決されていません。基本的に、転送するには大きすぎるフレームは破棄する必要があります。つまり、透明性の問題が多すぎます。
LAN間の違いは、セキュリティとサービス品質という2つの側面にも反映されます。一部のLANは、802.11などのリンク層暗号化メカニズムを使用しますが、一部のLANには、イーサネットなどのセキュリティがありません。一部のLANには、802.11などのサービス品質特性がありますが、イーサネットなどのサービス品質の概念がないLANもあります。したがって、フレームがこれらのローカルエリアネットワーク間を通過する必要がある場合、送信者が期待するセキュリティとサービス品質が保証されない場合があります。これらすべての理由から、最近のブリッジは通常1つのタイプのネットワークで機能し、すぐに表示されるルーターを使用してさまざまなタイプのネットワークに接続します。
スイッチ現代の橋の別名です。それらの違いは、テクノロジーよりも市場に反映されています。ただし、スイッチとブリッジについて知っておく価値のあるポイントがいくつかあります。ブリッジが開発されたときは、クラシックイーサネットが広く使用されていた時期でした。ブリッジは比較的少数のLANを接続する傾向があるため、ポートの数は比較的少なくなっています。「スイッチ」という用語は現在、より一般的になっています。さらに、最新のスイッチの設置はすべてポイントツーポイントリンク（ツイストペアケーブルなど）を使用します。1台のコンピューターがツイストペアケーブルを介してスイッチポートに直接接続されているため、スイッチのポート数は次のようになります。多くの場合、多く。最後に、「スイッチ」は一般的な用語としても使用できます。ブリッジがあれば、機能は明確です。一方、スイッチはイーサネットスイッチを指す場合もあれば、電話交換機などのまったく異なるタイプの転送決定デバイスを指す場合もあります。
これまで、リピーターとハブ、およびブリッジとスイッチについて見てきました。その中で、リピーターとハブは非常に似ており、ブリッジとスイッチにも多くの類似点があります。次に、前述のすべてのデバイスとは完全に異なるルーターに移動します。データパケットがルータに入ると、フレームヘッダーとフレームテールが取り除かれ、フレームのペイロードフィールド（図4-45の影付きの部分）のデータパケットがルーティングソフトウェアに送信されます。ルーティングソフトウェアは、データパケットのヘッダー情報を使用して出力ラインを選択します。IPパケットの場合、ヘッダーには、48ビットのIEEE 802アドレスではなく、32ビットのCIPv4）または128ビットのCIPv6）アドレスが含まれます。ルーティングソフトウェアは、フレームアドレスを認識できず、パケットの送信元であるLANまたはポイントツーポイント回線を知ることさえできません。ルーターとルーティングアルゴリズムについては、第5章で学習します。
次のレベルでは、送信ゲートウェイを見つけることができます。これらは、異なるコネクション型伝送プロトコルを使用する2台のコンピューターを接続します。たとえば、あるコンピュータがコネクション型TCP / IPプロトコルを使用し、別のコンピュータが別のコネクション型トランスポートプロトコル（SCTP）を使用していて、今度は通信する必要があるとします。次に、トランスポートゲートウェイは、ある接続から別の接続にデータパケットをコピーし、必要に応じてデータパケットを再フォーマットします。
最後に、アプリケーションゲートウェイはデータの形式と内容を理解し、メッセージをある形式から別の形式に変換できます。たとえば、電子メールゲートウェイは、インターネットメールを携帯電話用のSMSメッセージに変換できます。「スイッチ」と同様に、「ゲートウェイ」という用語も一般的な用語です。これは、より高いレベルで実行されている転送プロセスを指します。
参照：コンピュータネットワーク（第5版）
Andrew S. Tanenbaum、
David J. Wetherall、
Yan Wei、Pan Aimin