IT知識
システム開発の業務をこなしていく中で、スイッチングを駆使した環境が必要になる場面が出てくるでしょう。
多くの企業が同じ壁に立ち塞がり苦労しています。
この記事では、スイッチング技術の仕組みや詳細について紹介します。
スイッチング技術はデータのやり取りをスムーズにし、効率的な通信を可能にします。
特に、有線イーサネットやスイッチングハブを使った方法は、信頼性と速度が求められるビジネスに最適です。
この記事を読めば、スイッチング技術の基礎から活用事例まで、短期間で理解できます。
スイッチング技術を習得して、あなたのビジネスを加速させましょう。
プログラマー兼ネットワークエンジニア。 24歳でエンジニアの世界に飛び込むも、いきなり大手企業機器の検証担当に。 その後も検証をこなしていく中で、自動的にできないものかと試行錯誤しているといつの間にかプログラマーへとステップアップ。 現在はプログラミングの方が好き。
スイッチングとは？
スイッチングとは、コンピューターやスマートフォンなどの機器がお互いにデータを送り合うときに、情報が正確に届けられるようにする技術のことです。
考え方としては、手紙が住所に基づいて正しい家に届くのと似ています。
インターネットや社内ネットワークで使われるスイッチングハブがこの役割を担っています。
具体的には、スイッチングハブ内で以下のような動作が行われています。
- 送られてきたデータを一時的にスイッチングハブ内部で保管
- スイッチングハブ内部情報を基にどこへ送るかを判断
- 目的地に向けてデータを送出
この技術により、情報のやり取りが迅速かつ正確に行われ、通信がスムーズになります。
スイッチングの仕組み
スイッチングの仕組みを理解するには、まず「スイッチングハブ」という装置がどう機能するかを知る必要があります。
これは、データを送るべき正しい場所に正確に届けるために重要な役割を果たします。
従来のハブと違って、スイッチングハブは送られてきたデータの「宛先」を見分けることができます。
これは、各機器が持っている一意の識別番号である「MACアドレス」を使います。
スイッチングハブがどのように宛先を見分けているのかは、以下の通りです。
- データがスイッチングハブに届く
- そのデータの宛先MACアドレスを見て、「このデータはどの機器へ送るべきか」を判断
この方法により、ネットワーク内の無駄なデータの流れを減らし、より効率的に通信を行うことができるようになります。
従来のハブでは、送られてきたデータをネットワーク内の全ての機器にブロードキャスト（一斉送信）するため、通信の効率が悪く、セキュリティの面でも問題がありました。
しかし、スイッチングハブを使うことで、これらの問題を大きく改善することができるのです。
スイッチング技術の種類と特徴
スイッチング技術にはいくつかの種類があり、それぞれに特徴があります。
データを送信する方式として代表的なものは、以下の3つになります。
- ストアアンドフォワード方式
- カットスルー方式
- フラグメントフリースイッチング
また、ネットワークを効率的に管理するための技術は、以下の2つです。
- 仮想LAN（VLAN）
- スパニングツリープロトコル（STP）
ここでは、これらの技術の違いと特徴を簡単に説明します。
ストアアンドフォワード方式
ストアアンドフォワード方式とは、スイッチングの核となる方式です。
データを送る前に、一度スイッチングハブがそのデータ全体を受け取ってから、宛先のMACアドレスを確認して正しい場所に送り出す方法のことを指します。
この方式の特長は、データが正しい形で完全に届くかを確かめることができる点にあります。
つまり、データが途中で壊れたり間違った場所に送られたりする心配が少なくなるのです。
従来のハブとは違って、スイッチングハブではこのMACアドレスを使って、どの機器にデータを送るべきかを正確に判断することができます。
これにより、ネットワーク内でのデータのやり取りがより安全で効率的に行われるようになります。
しかし、全てのデータを一旦受け取ってから送るため、少し時間がかかることがデメリットとして挙げられます。
カットスルー方式
カットスルー方式は、上記のストアアンドフォワード方式と対となる方式です。
カットスルー方式とは、スイッチングハブがデータを受け取ったら、即そのデータの宛先を確認し、正しい宛先へとデータを送り出す方法です。
このとき、受信したデータの最初の部分だけを見て、そこに含まれるMACアドレスを使って宛先を判断します。
その後、残りのデータは確認せずにそのまま送り出します。
カットスルー方式の特徴は、データをすぐに送り出すことができるため、通信の速度が速いことです。
これは、データを一度に全部保存して確認するストアアンドフォワード方式と比べると、時間が節約でき、大きなメリットになります。
ただし、この方法では、データに問題があってもそれを検出できないため、通信の品質が少し下がる可能性があります。
従来のハブの様に、データをブロードキャストすることはありませんが、速さを優先するために、安全性は多少欠けてしまいます。
フラグメントフリースイッチング
フラグメントフリースイッチングは、カットスルー方式の一種になります。
カットスルー方式と異なる点は、最初の64バイトのデータを確認することです。
これは、多くの通信エラーが最初の64バイトの中に現れることが多いためです。
この方法では、データの最初の部分だけを見て、エラーがないかを確認し、その後でデータを送り出します。
フラグメントフリースイッチングの特徴は、速さを保ちながらも、エラーをある程度検出できる点にあります。
フラグメントフリースイッチングは、カットスルー方式の速度のメリットと、ストアアンドフォワード方式の安全性のメリットを、バランス良く組み合わせた方法と言えます。
仮想LAN (VLAN)
仮想LAN（VLAN）は、一つの物理的なネットワークを複数の仮想的なグループに分ける技術です。
これによって、異なる部門やプロジェクトチームが、同じ物理的なネットワーク上にいながらも、別々のネットワークに所属している様に振る舞えるようになります。
VLANの特徴は、ネットワークのセキュリティを強化し、管理をより柔軟にすることができる点です。
たとえば、プロジェクトAとプロジェクトBが同じネットワークにいても、それぞれが別のVLANに属していれば、お互いのデータにアクセスすることができません。
これにより、不要なデータのやり取りを防ぎ、セキュリティを高めることができます。
従来のハブでは、このような仮想的な分割はできず、全ての機器が同じネットワーク内でデータを共有していました。
しかし、VLANを使うことで、MACアドレスに基づいてネットワークを仮想的に分けることができ、より効率的で安全な通信環境を実現できるのです。
スパニングツリープロトコル (STP)
スパニングツリープロトコル（STP）は、ネットワーク内でループ（同じデータが何度も同じ経路を回ること）が発生しないようにする技術です。
ネットワーク内にループが発生すると、データが無限に回り続けてしまい、ネットワークが負荷に耐えきれず停止してしまう可能性があります。
STPの特徴は、ネットワーク内のスイッチ間で通信を行い、ループを作る可能性のある経路を自動的に検出して、その経路を遮断することです。
これにより、ネットワークの安定性が保たれます。
従来のハブとは異なり、STPを使うことで、ネットワーク内の通信がより安全になり、データの流れがスムーズになります。
また、万が一ネットワーク内で障害が発生した場合でも、STPが代替の経路を見つけて通信を継続できるため、ネットワークの信頼性が向上します。
無線スイッチングと有線スイッチングの違い
無線スイッチングと有線スイッチングは、データ転送の方法が違います。
無線は電波を介して、有線はケーブルを通ってデータを送ります。
それぞれにメリットとデメリットがあり、以下で違いをまとめてみました。
| 項目 | 無線スイッチング | 有線スイッチング |
| 信頼性 | 低い | 高い |
| セキュリティ | 低い | 高い |
| 速度 | 比較的遅い | 比較的速い |
| コスト | 低い | 高い |
| インストール | 簡単 | 複雑 |
| スケーラビリティ | 高い | 低い |
これらの違いを理解することで、あなたのニーズに合ったスイッチング方法を選ぶことができます。
信頼性
スイッチ間通信の信頼性について考えるとき、有線スイッチングは無線スイッチングよりも一般的に信頼性が高いと言えます。
理由としては、有線スイッチングは物理的なケーブルを使ってデータを送るため、外部の干渉を受けにくいことが挙げられます。
無線スイッチングは電波を使うため、建物の壁や他の電波の影響を受けやすく、信号が不安定になることが懸念されます。
スイッチングではデータの宛先を確認するためにMACアドレスを使いますが、これは有線でも無線でも同じです。
より安定した通信を求める場合は有線スイッチングが適していますが、柔軟性や移動性を重視する場合は無線スイッチングも便利な選択肢となります。
セキュリティ
スイッチングでのセキュリティを考えるとき、有線スイッチングは無線スイッチングよりもセキュリティが高いと言えます。
これは、有線スイッチングのデータは物理的なケーブルを通じて送られるため、外部からの不正アクセスが難しいためです。
無線スイッチングは電波を介してデータを送るため、電波を傍受されると、不正アクセスされやすい傾向があります。
結論として、セキュリティを最優先する場合は有線スイッチングが推奨されますが、利便性を考慮すると無線スイッチングの利用も考えられます。
速度
速度についても、有線スイッチングは無線スイッチングよりも速いです。
有線スイッチングでは、データが物理的なケーブルを通って送られるため、信号の安定性が高く、高速な通信が可能です。
例えば、イーサネットケーブルを使った有線接続では、最大10Gbpsの速度でデータを転送することができます。
一方、無線スイッチングでは、電波を使ってデータを送るため、物理的な障害物や他の電波の干渉を受けやすく、速度が落ちることがあります。
実際の使用環境に大きく影響し、更に速度が遅くなることが一般的です。
データ転送の速度が重要な場合は有線スイッチングが適していますが、設置の柔軟性や移動性を重視する場合は無線スイッチングも便利な選択肢となります。
コスト
コストを考えるとき、無線スイッチングは有線スイッチングよりも初期投資が少ないことが多いです。
無線スイッチングでは、無線アクセスポイントを設置するだけで済むため、建物全体にケーブルを引き回す必要がありません。
これにより、特に広い範囲をカバーする場合や、建物の構造上ケーブルの設置が難しい場合に、コストを抑えることができます。
一方、有線スイッチングでは、ケーブルやスイッチ、パッチパネルなどのハードウェアに加えて、ケーブルの設置工事費用も考慮する必要があります。
ただし、長期的に見ると、有線スイッチングの方がメンテナンス費用が少なく、信頼性が高いため、トータルコストは低くなることがあります。
初期投資を抑えたい場合は無線スイッチングが適していますが、長期的なコストを考えると有線スイッチングも良い選択肢となります。
インストール
インストール(導入)に関しては、無線スイッチングの方が有線スイッチングよりも簡単で迅速です。
無線スイッチングでは、無線アクセスポイントを設置して電源を接続するだけで、広範囲にネットワークを提供できます。
これに対して、有線スイッチングは、ケーブルを引き回し、スイッチやパッチパネルに接続する必要があります。
これは、特に大規模な施設や複雑な構造の建物では時間と労力がかかる作業です。
また、将来的にネットワークの変更や拡張を行う場合も、無線スイッチングは設定の変更だけで対応できることが多いため優れています。
有線スイッチングでは新たにケーブルの引き直しが必須になります。
設置の手軽さや柔軟性を重視する場合は無線スイッチングが最も適しています。
スケーラビリティ
スケーラビリティとは、ネットワークを拡張する能力のことです。
無線スイッチングはスケーラビリティが高いと言えます。
なぜなら、新しいデバイスをネットワークに追加するためには、無線接続を設定するだけで済むからです。
対して有線スイッチングでは、新たにケーブルを引き回し、スイッチに接続する必要があります。
これは、特に大きな施設や多くのデバイスを接続する場合には、時間とコストがかかる作業です。
将来も見据えた柔軟なネットワークの拡張を求める場合は無線スイッチングが適しています。
スイッチング技術を利用したシステム開発事例
スイッチング技術はシステム開発において非常に重要な役割を果たしています。
この技術を使うことで、以下のようなさまざまな分野で効率的なシステムが構築されています。
- 通信ネットワーク
- データセンター
- 金融業
- 製造業
- 医療業
それぞれの分野の事例を通じて、スイッチング技術がどのように活用され、どのような効果をもたらしているのかを見てみましょう。
通信ネットワーク
通信ネットワークにおけるスイッチング技術の利用事例として、負荷分散と冗長化があります。
負荷分散とは、多くのデータが一度に送られてくるとき、それを複数の通信経路に分けて送る技術です。
こうすることで、ネットワークの負荷を軽減が期待できます。
例えば、大規模なオンラインサービスでは、たくさんのユーザーからのアクセスが集中することがあります。
そこで負荷分散を行うことで、スムーズな通信を維持することができます。
一方、冗長化とは、通信経路に障害が発生した場合に、自動的に別のバックアップ経路に切り替えることで、通信の安定性を確保する技術です。
これにより、ネットワークの一部に問題が発生しても、他の経路を使って通信を続けることができます。
スイッチング技術を利用することで、通信ネットワークの負荷を効果的に分散し、障害が発生しても安定した通信を維持することができます。
データセンター
データセンターでのスイッチング技術の利用事例は、サーバーの負荷分散と障害対応が挙げられます。
サーバーの負荷分散とは、サーバーへのアクセスが集中した際に並列サーバーでデータ処理の負担を均等に分けることを指します。
こうすることでサーバーのダウンを防いだり、全体の処理能力を向上させています。
サーバーの過負荷を防ぎ、安定したサービス提供が可能になります。
一方、障害対応としては、サーバーやネットワーク機器に障害が発生した場合に、自動的に別のシステムに切り替える技術が実装されています。
これにより、データセンター内で問題が起きても、他のサーバーや通信経路を利用し、システム全体のダウンタイムを最小限に抑えることができます。
このようにスイッチング技術を利用することで、データセンターの効率と信頼性を向上させることができます。
金融業
金融業におけるスイッチング技術の利用事例として、高速取引と災害対策があります。
高速取引では、取引システムにスイッチング技術を導入することで、データの送受信を高速化し、短時間での取引を実現できます。
株式や為替の取引市場では、わずかな時間差が利益に大きく影響するため、高速な取引が求められます。
スイッチング技術を利用することで、取引命令の処理速度を向上させ、より迅速な取引が可能になります。
また災害対策として、取引システムをバックアップサイトに切り替えることもできます。
これにより、地震や洪水などの災害発生時にもサービスの継続性を確保することが可能です。
このようにスイッチング技術を利用することで、金融業における高速取引の実現と災害対策の強化が可能になります。
スイッチング技術は、金融市場の効率性と安全性を高めるために重要な役割を果たします。
製造業
製造業におけるスイッチング技術の利用事例として、製造ラインの自動化と品質管理があります。
まず製造ラインの自動化では、生産ラインの各工程を自動的に切り替えることで、効率的な生産を実現しています。
スイッチング技術を利用して、製品の組み立てラインの異なる工程をスムーズに連携させることが可能です。
これにより、人手による作業の誤差を減らし、生産効率の向上が期待できます。
また、品質管理としては、製品検査工程で不良品を自動的に検知し、排出させています。
スイッチング技術により、検査データをリアルタイムで分析し、不良品を迅速に特定して排除することが可能となっています。
このようにスイッチング技術を利用することで、製造業における効率化が実現できます。
医療業
医療業におけるスイッチング技術の利用事例として、医療画像の管理と遠隔医療があります。
医療画像データを複数のサーバーに分散管理することで、データの安全性とアクセス性を向上させることが可能です。
CTやMRIなどの大容量の画像データを、スイッチング技術を利用して効率的に管理することで、迅速な診断や治療が可能になります。
また、遠隔医療システムにスイッチング技術を導入することで、患者と医師の間でスムーズな遠隔診断を実現することができます。
これにより、地域による医療格差の解消や、専門医の不足が問題となる地域での医療提供の向上が期待できます。
スイッチング技術を利用することで、医療サービスの質の向上と患者の満足度の向上に貢献することができます。
まとめ：スイッチング技術の将来展望
スイッチング技術は、今後も私たちの生活やビジネスに欠かせないものとして進化し続けるでしょう。
データの量が増えるにつれて、より高速で効率的な通信が求められるようになります。
そのため、スイッチング技術はより高度になり、データをより速く、より正確に送ることができるようになるでしょう。
また、インターネットの普及により、無線スイッチング技術も重要になってきます。
セキュリティの向上やエネルギー効率の改善も、今後のスイッチング技術の発展において重要な要素となるでしょう。
これからもスイッチング技術は、私たちの生活をより便利で快適にするために、さまざまな分野で活躍していくことでしょう。
Webアプリ開発会社の選定に迷った場合は、実績豊富な株式会社Jiteraに一度ご相談ください。貴社の要件に対する的確なアドバイスが提供されると期待できます。
