ネットワーク構築やトラブルシューティングの現場で、必ずといっていいほど登場するのが「ルータ」「スイッチ」「ハブ」といったネットワーク機器です。どれもLANケーブルを挿して使う装置ですが、内部構造も、通信の仕組みも、果たす役割もまったく異なります。
もしこれらを適当に使い分けていると、通信速度の低下やセキュリティリスク、障害時の切り分け困難など、深刻な問題につながりかねません。
本記事では、ネットワーク機器の構造的な違いに焦点を当て、それぞれの特性と使いどころをわかりやすく解説します。ネットワークの基本を押さえたい方、現場での構成理解を深めたい方に向けて、実務で使える知識を提供します。
ネットワーク機器の基本構造を理解する
ネットワーク機器には見た目が似ているものも多く存在しますが、その内部構造や通信の処理方式には明確な違いがあります。
それぞれの機器がどのような仕組みで動作しているかを理解することは、ネットワーク構築やトラブル対応において非常に重要です。
このセクションでは、ハブ・スイッチ・ルータの構造と役割を個別に解説します。
ハブの構造と役割
ハブはネットワーク機器の中でも最も単純な構造を持つ装置です。近年ではあまり使われなくなってきていますが、その仕組みを理解することはスイッチやルータとの違いを知る上で役立ちます。
信号の単純中継（リピータ）としての性質
ハブは、接続されたポートのいずれかから受信した信号（ビット列）を、そのまま全ポートへ中継します。これは「リピータ」と呼ばれる中継機能に近く、信号を強めて延長するための役割を果たしています。
全ポートへのブロードキャスト動作
ハブは内部に判断機能を持たないため、送信元や宛先のMACアドレスを理解せず、常にすべてのポートへ同じ信号を送信します。これにより、ネットワーク内に不要なトラフィックが増え、パフォーマンスが低下しやすくなります。
MACアドレスの管理機能がない理由
ハブはMACアドレステーブルを持っていないため、どの機器がどのポートに接続されているかを記憶することができません。このため、宛先を判断して転送することができず、通信の効率性に欠けます。
スイッチの構造と役割
スイッチは、データリンク層に位置するネットワーク機器であり、現在のLAN構築において主流となっています。ハブと比べてはるかに賢く、高速かつ効率的な通信を実現します。
MACアドレステーブルによるフレーム転送
スイッチは各ポートから受信したフレームの送信元MACアドレスを学習し、それを内部テーブルに記録します。次に同じ宛先のフレームが届いた際には、そのテーブルをもとに宛先ポートのみにフレームを転送します。これにより、他のポートに不要なフレームが届かず、ネットワーク全体の負荷が軽減されます。
ポート単位での独立通信（コリジョンドメインの分離）
スイッチでは、各ポートが独立したコリジョンドメイン（衝突領域）として動作します。そのため、複数の通信が同時に発生しても互いに干渉することなく処理され、通信効率が格段に向上します。
VLANとの連携とスイッチの重要性
スイッチはVLAN（仮想LAN）機能と連携することで、物理的に同じネットワークに接続されていても論理的に異なるネットワークとして分離することが可能です。これにより、セキュリティの強化やネットワーク設計の柔軟性が向上します。
ルータの構造と役割
ルータはネットワーク層に位置し、複数のネットワークセグメントを接続・分離するための重要な装置です。IPアドレスを基に通信経路を制御し、より広範なネットワーク間のデータ転送を担います。
IPアドレスベースのパケット転送処理
ルータはパケットの宛先IPアドレスを解析し、それに応じて次に転送すべきインタフェースを判断します。MACアドレスではなくIPアドレスに基づいてルーティング処理を行う点が、スイッチとの大きな違いです。
[ 仮想ルータA のルーティングテーブル ]
| 宛先ネットワーク | サブネットマスク | ゲートウェイ | インターフェース | メトリック（ホップ数） |
|---|---|---|---|---|
| 192.168.1.0 | 255.255.255.0 | 0.0.0.0（直結） | eth0 | 1 |
| 192.168.1.1 | 255.255.255.255 | 0.0.0.0（直結） | eth0 | 1 |
| 192.168.2.0 | 255.255.255.0 | 0.0.0.0（直結） | eth1 | 1 |
| 192.168.3.0 | 255.255.255.0 | 192.168.2.253 | eth1 | 2 |
| 192.168.4.0 | 255.255.255.0 | 192.168.2.254 | eth1 | 2 |
ルーティングテーブルと経路制御の基本
ルータ内部には「ルーティングテーブル」と呼ばれる経路情報の一覧が保持されています。このテーブルを参照することで、宛先ネットワークに最も適したルートを選び、効率的なパケット転送を実現します。
セグメント（ネットワーク）を分離する仕組み
ルータは物理的または論理的に異なるネットワークセグメントを接続しつつ、それらを分離します。これにより、ブロードキャストの範囲を限定し、セキュリティやネットワーク設計の柔軟性が大幅に向上します。
機器ごとの通信モデルと使用シーン
ネットワーク機器の動作を正確に理解するには、各機器がOSI参照モデルのどの層に該当するかを把握することが不可欠です。
さらに、実務ではこれらの機器がどのような場面で使い分けられているかを知ることで、より実践的なネットワーク設計や運用が可能になります。
このセクションでは、各機器の対応レイヤと使用シーンを整理します。
各機器の対応レイヤ
それぞれのネットワーク機器は、OSI参照モデルにおける異なる層を担当しています。これを理解することで、データがどの段階でどのように処理されるかが明確になります。
ハブ：物理層（Layer 1）
ハブはOSI参照モデルのうち、もっとも下位である物理層（Layer 1）に該当します。
これは、デジタル信号（電気的パルス）を単に受信し、それをそのまま他のポートに電気的に転送するだけの機能であるためです。
パケットの中身や宛先を解釈する機能は一切持っておらず、通信内容には関与しません。
スイッチ：データリンク層（Layer 2）
スイッチはデータリンク層（Layer 2）に対応し、MACアドレスを使ってフレームを転送します。
フレームの送信元・宛先MACアドレスを学習・参照し、必要なポートのみにフレームを転送するという制御を行います。
また、多くのスイッチにはVLAN機能も備わっており、仮想的にネットワークを分割することが可能です。
ルータ：ネットワーク層（Layer 3）
ルータはネットワーク層（Layer 3）に該当し、IPアドレスをもとにデータの経路を制御します。
異なるネットワーク同士の通信に対応し、最適な経路を選択してパケットを次のルータまたは最終宛先へ転送します。
スイッチがMACアドレス単位で動作するのに対し、ルータはネットワーク全体の構造を把握し、より高次の制御を行う機器です。
実務での典型的な使い分け例
ネットワーク機器は、家庭や企業など使用する環境によって構成や役割が大きく異なります。ここでは、実務での典型的な使い分けのパターンを紹介します。
家庭用ネットワークでの配置例
家庭内ネットワークでは、ルータとスイッチ（あるいはルータ機能付きの無線LAN機器）が基本構成となります。多くの家庭用ルータには、次のような機能が一体化されています。
| 機能 | 役割 |
|---|---|
| ルータ | インターネットとの経路制御 |
| スイッチ | 宅内機器との接続（LANポート） |
| アクセスポイント | Wi-Fiによる無線通信 |
ハブが家庭内に設置されることは現在ではほとんどなく、すべてスイッチまたはスイッチ機能内蔵のルータで構成されています。
企業ネットワークでの階層設計例（コア・ディストリビューション・アクセス）
企業ネットワークでは、階層型の設計が一般的です。以下の3層構造に分かれており、機器の役割もそれぞれ明確に異なります。
| 層 | 代表機器 | 主な役割 |
|---|---|---|
| コア層 | ルータ / L3スイッチ | ネットワーク間の中核接続、高速転送、ルーティング |
| ディストリビューション層 | L3スイッチ | 部門間ネットワークの集約、ポリシー制御 |
| アクセス層 | L2スイッチ | PCやプリンタ等エンドデバイスとの接続 |
このような構成により、ネットワークのスケーラビリティ、トラブル対応性、セキュリティが大きく向上します。
特にディストリビューション層は、ネットワーク管理者にとってポリシー設定やVLAN間ルーティングの中心的な存在となります。
3つの機器の比較表
ルータ・スイッチ・ハブは、外観が似ている場合も多いため、初心者にとっては混乱しやすい存在です。
しかし内部の処理や対応レイヤ、通信の賢さには大きな差があります。
このセクションでは、それぞれの特徴を表形式で整理し、読者が直感的に違いを把握できるようにまとめます。
機能と仕様の比較
以下の表は、ネットワーク機器を設計・選定する際によく確認される項目を中心に構成しています。特に、OSI参照モデルにおける役割や、MACアドレス・IPアドレスへの対応の有無、通信効率への影響を比較することで、実務での選定基準が明確になります。
| 比較項目 | ハブ | スイッチ | ルータ |
|---|---|---|---|
| 対象レイヤ | 物理層（Layer 1） | データリンク層（Layer 2） | ネットワーク層（Layer 3） |
| MACアドレス対応 | 非対応 | 対応（MACアドレステーブル使用） | 通常は使用しない |
| IPアドレス対応 | 非対応 | 非対応 | 対応（ルーティングテーブル使用） |
| 通信制御の賢さ | 非常に単純（全ポートに送信） | 宛先MACアドレスをもとに転送先を決定 | 最適な経路を計算し、ルーティング処理を実施 |
| 使用場面の例 | 旧型ネットワーク、低コスト環境 | オフィスLAN、フロア間接続 | 異なるネットワークの接続、インターネット接続 |
| コリジョンドメインの分割 | 不可（全ポートが同一ドメイン） | 可能（ポートごとに分離） | 可能（ルータ配下は別ドメイン） |
| ブロードキャストドメインの分割 | 不可 | 不可（※VLAN使用時は可能） | 可能（ネットワークを分離） |
実務における選定のポイント
ネットワーク設計において、機器を単に「つなげればよい」と考えると、大きなトラブルを引き起こす可能性があります。以下は実務で意識すべき代表的な選定基準です。
- ルータは、異なるIPネットワークを中継したいときに選定します。
- スイッチは、同一ネットワーク内のデバイス間を効率的に接続したい場合に適しています。
- ハブは現代ではほとんど使われず、代替はスイッチが担っています。
また、VLANを活用すればスイッチでもブロードキャストドメインを分割可能ですが、適切な設定とポリシー設計が必要です。企業ネットワークではこの制御が非常に重要になります。
覚えておきたい実行コマンド例
Cisco系機器を例に、MACアドレステーブルやルーティングテーブルを確認するための基本コマンドも紹介します。
show mac address-table
上記コマンドは、スイッチでMACアドレスの学習状況を確認する際に使用します。
show ip route
こちらはルータで現在のルーティングテーブルを表示するコマンドであり、通信経路のトラブルシュートに非常に役立ちます。
ネットワーク設計における機器選定のポイント
ネットワーク機器を選定する際には、単純に「つながるかどうか」ではなく、スケーラビリティ、運用管理性、セキュリティなどの観点を考慮することが重要です。
特に企業ネットワークでは、将来的な拡張性やトラブル時の対応効率が運用コストに大きく影響します。このセクションでは、ネットワーク設計における実務的な判断基準を整理します。
スケーラビリティとセグメント数
ネットワークの拡張性（スケーラビリティ）を考慮する際、どの層でどの機器を使うかがカギになります。
スイッチは比較的安価で導入しやすく、ポート数も多いため、小規模ネットワークから中規模ネットワークまで柔軟に対応できます。
特にVLANを使えば、論理的なネットワーク分割も可能であり、スイッチの階層構造を意識することで拡張性を確保できます。
ルータはネットワークセグメント間を結ぶ役割を持つため、セグメント数の増加に比例して配置計画が必要になります。
静的ルーティングでは設定の負担が増えますが、動的ルーティング（OSPFなど）を使えば、自動経路学習が可能です。
注意点として、ハブは全てのポートが同一セグメントとなるため、スケーラビリティの観点では大きな制約があります。
現代のネットワーク設計では、基本的に使用されなくなっています。
障害切り分けとトラブルシュートのしやすさ
設計段階で障害時の切り分けを想定しておくことは、ネットワーク運用の安定性に直結します。
ルータをセグメント境界に配置することで、セグメント単位での障害切り分けが容易になります。
たとえば、あるフロアの通信障害が発生した場合、そのフロアに接続されたルータでトラフィックの流れを確認することで、問題の範囲を限定できます。
一方、スイッチは、MACアドレステーブルを使って通信相手を判断しているため、コマンドで対象端末の接続ポートを追跡できます。実務では以下のようなコマンドがよく使われます。
show mac address-table | include 00:11:22:33:44:55
このコマンドは、該当MACアドレスがどのポートに接続されているかを調べる際に活用されます。
障害の影響範囲を限定するには、コリジョンドメイン・ブロードキャストドメインを意識した設計が不可欠です。
ルータやVLANの導入により、ブロードキャストを制御し、特定箇所のみ影響を受ける構成が推奨されます。
セキュリティとアクセス制御の観点
ネットワークのセキュリティ設計では、どの層でどのような制御を施すかが重要です。
機器の選定によって可能な対策が変わるため、設計段階での検討が求められます。
スイッチでは、ポートベースのアクセス制御が基本です。MACアドレス単位で許可端末を制限するPort Security機能を使えば、不正なデバイスの接続を防げます。
switchport port-security
この設定により、管理者が意図した端末以外の接続を制限できます。
さらに、VLANの導入により、部署ごとにネットワークを分割し、相互アクセスをルータで制限する構成が主流です。
ルータではACL（アクセスコントロールリスト）を設定して、通信を精密に制御できます。
access-list 100 deny ip 192.168.10.0 0.0.0.255 192.168.20.0 0.0.0.255
このようなACL設定を使えば、部署間の通信を制限し、情報漏洩のリスクを軽減できます。
また、ルータやL3スイッチでは、セキュリティポリシーの中央管理やVPN設定も可能です。
拠点間通信を暗号化するなど、外部との安全な通信を確保する機能も重要です。
よくある質問（FAQ）
ネットワーク機器に関しては、学習の初期段階で多くの疑問が浮かびやすいポイントでもあります。
ここでは、ハブ・スイッチ・ルータに関して読者の方からよく寄せられる質問をピックアップし、できるだけ実務の視点でわかりやすく回答していきます。
理解があいまいなままだと設計ミスやトラブル対応にも影響するため、ぜひこの機会に疑問を解消しておきましょう。
Q1. ハブはなぜ最近使われなくなったのですか？
ハブは全ポートに信号をブロードキャストするため、通信効率が悪く、セキュリティにも弱点があります。スイッチのようにMACアドレスに基づいて通信相手を限定できないため、今ではほとんどの現場でスイッチに置き換えられています。
Q2. スイッチとルータの違いがよくわかりません
スイッチは同一ネットワーク内での通信（MACアドレスベース）を制御し、ルータは異なるネットワーク間の通信（IPアドレスベース）を制御します。つまり、スイッチはLAN内部の通信を整理し、ルータはLAN同士やインターネットとの橋渡しを行います。
Q3. VLANって何ですか？どんな時に使いますか？
VLAN（仮想LAN）は、物理的には同じスイッチでも、論理的にネットワークを分割して異なるグループにする技術です。部署間の通信を制限したり、ネットワーク負荷を分散させたりするために使われます。
Q4. 家庭用ルータにもスイッチの機能があると聞きました。本当ですか？
はい、本当です。市販の家庭用ルータの多くは、ルータ・スイッチ・無線LANアクセスポイントの3機能を兼ね備えています。LANポートが複数あるのは、内部にスイッチ機能が組み込まれているためです。
Q5. ルータを2台使ってネットワークを分けることはできますか？
可能です。ただし、適切にルーティング設定を行わないと通信できないケースがあります。セグメント分割や特定のアクセス制御を行いたい場合に有効ですが、設定の難易度が上がるため注意が必要です。
まとめ
ハブ・スイッチ・ルータの違いを理解することは、ネットワーク設計や障害対応において非常に重要です。
単なる接続機器としてではなく、それぞれがどの層に属し、どのような通信制御を行っているのかを把握することで、より論理的で堅牢なネットワーク構成が実現できます。
ハブは物理層の単純装置
ハブはOSI参照モデルの物理層（Layer 1）に属し、受信した信号をすべてのポートにそのまま転送する、いわば「電気的な中継器」です。
内部にMACアドレステーブルなどの知識はなく、すべての通信を無条件で全体に送るという仕組みになっています。
コリジョンドメインも1つしか存在せず、同時通信は不可となります。
現在ではパフォーマンスやセキュリティ面での制約から、企業ネットワークでの使用はほとんどなく、古い機器か、学習用途での活用が一般的です。
スイッチは現代ネットワークの中核
スイッチはデータリンク層（Layer 2）に対応し、MACアドレステーブルをもとに通信相手を判別し、必要なポートのみにフレームを転送します。
これにより、コリジョンドメインをポートごとに分割し、効率的な通信が可能となります。
さらに、VLAN（仮想LAN）を導入することで、同じ物理ネットワーク上に複数の論理ネットワークを構築できるため、部署間の通信分離やセキュリティポリシーの強化にも対応可能です。
スイッチは現在、オフィス・データセンター・教育機関などあらゆる場所で標準的に導入されており、ネットワークの可視化や管理のしやすさも向上しています。
ルータはセグメントをつなぐ知能装置
ルータはネットワーク層（Layer 3）に位置し、異なるIPセグメント間のパケット転送を行います。
内部にはルーティングテーブルがあり、宛先IPに応じて最適な経路を選択する機能を持ちます。
このルーティング機能により、異なる部署、拠点、インターネットなどを論理的に接続しながら、不要な通信の分離やセキュリティ管理も同時に行えるという高い柔軟性を備えています。
企業ネットワークでは、ACLやNAT機能と組み合わせて複雑なアクセス制御やセキュリティ対策も可能になります。
ip route add 192.168.20.0/24 via 192.168.10.1
このようなコマンドによって、セグメント間の通信経路を明示的に設定することもできます。
現代ネットワークでは役割分担が鍵
実務においては、ハブ・スイッチ・ルータを単体で使うことはほとんどなく、複数機器を階層的に組み合わせることで安定性とセキュリティを両立させた構成が基本となります。
例えば、アクセス層にはスイッチを配置し、バックボーンにはルータやL3スイッチを使うことで、セグメント間の通信制御が可能になります。
また、クラウド化やリモートワークの普及により、VPNゲートウェイや次世代ファイアウォールとの連携も必要になってきましたが、基本となる「ハブ・スイッチ・ルータの役割理解」がすべての土台です。
最終的には目的に応じた設計が重要
単に機器の性能や価格だけで選定するのではなく、「どんな通信を、誰と、どの範囲で行うのか」「将来どう拡張するか」「どの程度のセキュリティが必要か」といったネットワークの利用目的に応じて、適切な機器と配置構成を選ぶ必要があります。
その判断のためには、この記事で整理したような各機器の構造・役割・制御レベルの違いをしっかり理解しておくことが前提となります。
ネットワークは一見地味ですが、業務の根幹を支えるインフラです。
だからこそ「分かったつもり」ではなく、本質から理解して、問題発生時にも論理的に対応できる力を身につけていくことが、エンジニアとしての大きな強みとなります。
