ネットワーク機器の種類と違い｜OSI階層と役割を分かりやすく解説

はじめに
この記事で分かること
ネットワーク機器は「見る情報」と「中継範囲」で区別する
ネットワーク機器の違いを比較
ネットワーク機器ごとの役割
通信経路で見るネットワーク機器の役割
目的からネットワーク機器を見分ける
まとめ
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はじめに

リピーター、L2スイッチ、ルーターなどのネットワーク機器は、OSI参照モデルの階層と結び付けて説明されます。しかし、階層名だけを覚えても、それぞれが通信の何を見て、どの範囲を中継するのかは分かりにくいものです。

この記事では、ネットワーク機器を判断に使う情報と中継範囲で比較します。読み終えると、信号、MACアドレス、IPアドレス、ポート番号、アプリケーション情報のどれを扱う機器なのかを説明できるようになります。

この記事で分かること

ネットワーク機器を見分ける二つの基準
リピーター、L2スイッチ、ルーターの違い
L4・L7の負荷分散機器が通信を振り分ける仕組みの違い
デフォルトゲートウェイとアプリケーションゲートウェイの違い

ネットワーク機器は「見る情報」と「中継範囲」で区別する

OSI参照モデルでは、下位層から順に信号、フレーム、IPパケット、トランスポート層の情報、アプリケーションの要求内容を扱います。ネットワーク機器も、主に対応する階層によって判断に使う情報が変わります。

ただし、製品名とOSI階層が必ず一対一で対応するわけではありません。機器を見分けるときは「どの情報を見るか」と「どの範囲を担当するか」を確認します。OSI参照モデル全体は、OSI参照モデルとは？TCP/IPモデルとの違いと7階層の役割で解説しています。

ネットワーク機器の違いを比較

機器・役割	主な階層	判断に使う情報	主な役割	主な範囲
リピーター	物理層（L1）	信号	信号の再生・整形	物理的な伝送区間
L2スイッチ	データリンク層（L2）	MACアドレス	フレームの転送	同じLANやVLAN内
ルーター／L3スイッチ	ネットワーク層（L3）	IPアドレス・経路情報	パケットの経路選択と転送	異なるIPネットワーク間
L4負荷分散機器	トランスポート層（L4）	IPアドレス・ポート番号・接続情報	接続先の振り分け	クライアント接続とサーバー群の間
L7負荷分散機器	アプリケーション層（L7）	HTTPなどの要求内容	アプリケーション単位の振り分け	アプリケーションサービス間
デフォルトゲートウェイ	主にネットワーク層（L3）	宛先IPアドレス	別ネットワークへ送る最初の中継先	端末から外部ネットワークへの出口
アプリケーションゲートウェイ	主にアプリケーション層（L7）	アプリケーションプロトコル	通信の中継・変換	異なるサービスやプロトコルの間

一般に、下位層の情報だけを使う機器は通信内容を詳しく解釈せず、上位層の情報を使う機器ほどアプリケーションに近い内容を基に処理を選びます。ただし、一つの製品が複数階層の機能を持つ場合があります。

ネットワーク機器ごとの役割

リピーターは信号を再生して中継する

リピーターは、主に物理層で動作する機器です。伝送中に弱くなった電気信号や光信号を受け取り、波形を再生・整形して次の区間へ送ります。

リピーターは、MACアドレスやIPアドレスを見て転送先を選びません。届いた信号を物理的に次へ伝えることが中心であり、通信経路を判断するスイッチやルーターとは役割が異なります。信号や通信媒体を扱う物理層の役割は、物理層とは？OSI参照モデルの基礎と通信方式の重要性を解説を参照してください。

L2スイッチはMACアドレスを見てLAN内で転送する

L2スイッチは、主にデータリンク層で動作し、フレームの宛先MACアドレスを基に転送先のポートを決めます。受信したフレームの送信元MACアドレスを学習し、MACアドレスとポートの対応を転送に利用します。

担当範囲は同じLANやVLANなどのL2ネットワーク内です。ブリッジも第2層でフレームを中継します。L2スイッチは、多数のポートを備え、ブリッジと共通する仕組みでフレームを転送する機器です。フレームやMACアドレスの詳細は、データリンク層とは？MACアドレスやフレームの役割を分かりやすく解説を参照してください。

ルーターはIPアドレスを見てネットワーク間で転送する

ルーターは、受信したパケットの宛先IPアドレスとルーティングテーブルを確認し、次に送るインターフェースや中継先を決めます。L2スイッチが同じL2ネットワーク内でフレームを転送するのに対し、ルーターは異なるIPネットワークの間をつなぎます。

L3スイッチもIPアドレスと経路情報に基づく転送機能を持ちます。一般に、ルーターは異なる拠点やインターネットとの接続、L3スイッチはLAN内のVLAN間転送で使われますが、製品によって搭載機能は異なります。IPとルーティングの詳細は、IPとは？ネットワーク層の役割やルーティングを初心者向けに分かりやすく解説を参照してください。

L4・L7の負荷分散機器は通信情報を見て処理先を振り分ける

L4負荷分散機器は、IPアドレス、TCPやUDPのポート番号、接続状態などを利用して処理先を振り分けます。一つの公開先へ届いた接続を複数のサーバーへ分散するロードバランサーが代表例です。

L7負荷分散機器は、HTTP通信を扱う場合、ホスト名、URLのパス、ヘッダーなどの要求内容を使って処理先を選びます。L4は接続情報、L7は要求内容を主に使う点が違います。詳しくは、トランスポート層とは？役割とTCP・UDPの違いを分かりやすく解説とアプリケーション層とは？メールで学ぶOSIモデル第7層の基礎を参照してください。