1-2 ネットワーク機器の役割

1. 階層と判断基準で機器を整理する

ネットワーク機器の違いは、「受け取ったデータのどこまでを読み、何をキーに転送先を決めるか」という観点で整理できる。物理的な信号だけを見て中継する機器もあれば、IP アドレスやアプリケーションの内容まで解釈して通信を選別する機器もある。

この「どこまで読むか」を整理する枠組みが OSI 参照モデルである。詳細は次節 1-3 で扱う。本節では「上位の層を読む機器ほど多くの情報を判断材料にできる」という大筋だけ先取りしておく。

なお、すべての機器は実装としては L1（物理層）から処理を行う。本節で「機器の層」と呼ぶ場合は、判断材料として用いる最上位層を指す。

ネットワーク機器の階層対応

ハブは、受信した電気信号を増幅し、接続されたすべてのポートへそのままコピーして送り出す機器である。宛先という概念を持たず、フレームの中身を解釈することもない。

全ポートが同一のコリジョンドメインを共有するため、同時送信が発生すれば衝突が起きる。これを回避する仕組みが CSMA/CD であり、半二重通信を前提とした古典的な構成である。現在の実用ネットワークではほぼ姿を消しており、対比として位置を押さえておく機器である。

スイッチは、フレームの宛先 MAC アドレスを参照し、対応するポートにのみデータを転送する機器である。各ポートに接続された機器の MAC を学習・保持する表を、MAC アドレステーブル（CAM テーブル）と呼ぶ。

宛先 MAC が表にあればそのポートのみへ送信（ユニキャスト）、未学習やブロードキャスト宛は全ポートへ転送（フラッディング）する。ハブのような無差別転送を避け、LAN 内部の帯域利用を改善する。ルーティング機能を内蔵した L3 スイッチも一般化し、ルーターとの境界は曖昧になりつつある。

ルーターは、パケットの宛先 IP アドレスを参照し、ルーティングテーブルに従って次ホップを決定する機器である。LAN と WAN の境界や、複数サブネット間を接続する地点に配置される。

通過するたびにフレームの L2 ヘッダは書き換えられるが、L3 の IP アドレスは原則として終端まで保持される。区間ごとに引き渡される MAC と、最終目的地まで貫通する IP という二層構造を支えるのがルーターであり、インターネットの中核を担う機器である。

ファイアウォールは、通過する通信をあらかじめ定義したポリシーに照らし、許可・遮断を判断する機器である。判断材料は IP アドレスやポート番号（L3〜L4）から、HTTP メソッドやアプリケーション識別といった上位層（L7）の情報にまで及ぶ。

なお、ファイアウォールはパケットの中継や経路選択も行うため、内部的には L1〜L7 すべてで動作している。ダイナミックルーティング（OSPF / BGP 等）に対応するモデルも一般的である。「判断材料が L3〜L7 に及ぶ」という意味で、本節ではこの範囲を強調している。

通信ごとに独立判定するステートレス型、コネクション状態を追跡するステートフル型、IPS やアプリ識別を統合した次世代ファイアウォール（NGFW）といった世代区分がある。詳細は第 4 章で扱う。

機器	主な判断層	判断のキー	転送単位	主な役割
ハブ	L1	判断しない	信号	信号の増幅・分配
スイッチ	L2	宛先 MAC	フレーム	LAN 内部の中継
ルーター	L3	宛先 IP	パケット	ネットワーク間の中継
ファイアウォール	L3〜L7	IP / ポート / アプリ	セッション	ポリシーに基づく通信制御

判断する層が下位ほど判断材料が単純で高速に動作し、上位ほど多くの情報を解釈できる代わりに処理コストが大きい、という傾向が見て取れる。

機器ごとの転送判断キー

続く 1-3 では、ここで先取りした OSI 参照モデルそのものを取り上げ、各層の責務と対応するプロトコルを順に整理する。