L3スイッチ(エルスリースイッチ)とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

L3スイッチは、OSI参照モデルの第3層であるネットワーク層で動作するネットワーク機器である。この機器は、主にIPアドレスを用いたルーティング機能を備えている点で、第2層のデータリンク層で動作しMACアドレスを用いてフレーム転送を行うL2スイッチと大きく異なる。L3スイッチの最も重要な役割は、異なるIPネットワーク、すなわち異なるサブネットやVLAN（Virtual LAN）間でのデータ通信を可能にすることであり、大規模な企業ネットワークやデータセンターにおいて不可欠な存在となっている。

L2スイッチは、同一のブロードキャストドメイン内の通信しか処理できないという本質的な限界を持つ。ネットワークの規模が拡大し、多数のデバイスが接続されるようになると、一つのブロードキャストドメインが広がりすぎることによる様々な問題が発生する。例えば、ARPリクエストのようなブロードキャストフレームがネットワーク全体に氾濫し、ネットワーク帯域を圧迫するブロードキャストストームを引き起こす可能性がある。また、セキュリティの観点からも、すべてのデバイスが同一セグメント内に存在することは望ましくない。そのため、通常は部門ごとや機能ごとにネットワークをVLANで分割し、ブロードキャストドメインを縮小することが推奨される。しかし、L2スイッチのみの環境では、これらの分割されたVLAN間での通信は不可能となる。異なるVLANは異なるIPネットワークとして扱われるため、それらの間で通信を行うためには、ネットワーク層でのルーティング処理が必要となるのである。

L3スイッチは、このL2スイッチの限界を補完するために開発された。複数のVLANが設定された環境において、それぞれのVLANが異なるIPアドレスセグメントを持つ場合、これらのVLAN間で通信を行うためにはルーティング機能が必要となる。L3スイッチは、内部にルーティングテーブルを持ち、宛先IPアドレスに基づいて最適な経路を選択し、パケットを転送する。このルーティング処理は、専用のハードウェアであるASIC（Application Specific Integrated Circuit）によって高速に実行されるのが特徴である。一般的なソフトウェアベースのルータがCPUでルーティング処理を行うのに対し、L3スイッチは特定の機能に特化したハードウェアで処理するため、非常に高いパケット転送性能を発揮できる。これにより、多数のVLAN間でのトラフィックが大量に発生する環境においても、ボトルネックとなることなく高速なデータ転送を実現する。

L3スイッチの具体的な機能としては、まずVLAN間ルーティングが挙げられる。これは、社内の営業部と開発部といった異なるVLANに属するPC同士が通信する際に不可欠な機能である。各VLANのデフォルトゲートウェイとしてL3スイッチを設定することで、異なるVLAN間の通信要求を受け付け、適切なルーティング処理を行ってパケットを転送する。さらに、L3スイッチはスタティックルーティングや、RIP（Routing Information Protocol）、OSPF（Open Shortest Path First）、EIGRP（Enhanced Interior Gateway Routing Protocol）などのダイナミックルーティングプロトコルをサポートすることが多い。ダイナミックルーティングプロトコルを利用することで、ネットワーク構成の変更に柔軟に対応し、障害発生時にも自動的に最適なルーティングパスを学習・維持することが可能となり、ネットワーク管理の複雑さを軽減し、信頼性を向上させる。

セキュリティ機能として、特定の通信を許可または拒否するためのACL（Access Control List）を適用できる。これにより、VLAN間のアクセス制御を細かく設定し、不正なアクセスや情報漏洩のリスクを低減することが可能となる。また、QoS（Quality of Service）機能により、音声や動画といったリアルタイム性を要求される通信に対して優先的に帯域を割り当てることで、通信品質を保証し、ユーザーエクスペリエンスを向上させる。これは、例えばIP電話やビデオ会議システムを安定して運用するために非常に重要な機能である。ネットワークの冗長性を高めるためには、VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol）やHSRP（Hot Standby Router Protocol）といったプロトコルを利用して、L3スイッチの障害時に自動的に予備機に切り替えることも可能であり、ネットワークの可用性を高める上で重要な役割を果たす。

L3スイッチは、主に企業の基幹ネットワークやデータセンター、キャンパスネットワークなど、多くのVLANやサブネットが存在し、それらの間での高速かつ効率的なデータ転送が求められる環境で利用される。例えば、各フロアや部門ごとにVLANを分割し、それらのVLAN間通信をL3スイッチでルーティングするような構成が一般的である。これにより、ネットワーク全体のパフォーマンスを維持しつつ、管理のしやすさ、セキュリティの向上、ブロードキャストドメインの最適化を実現できる。

L3スイッチとルータは、どちらもIPルーティング機能を持つ点で共通するが、いくつかの違いがある。ルータは通常、WAN（広域ネットワーク）との接続や、より複雑なルーティングプロトコル（BGPなど）、ファイアウォールなどのセキュリティ機能、NAT（Network Address Translation）といった付加機能に特化していることが多い。また、パケットの高度な検査や変換など、ソフトウェア処理に依存する機能が豊富である。対してL3スイッチは、主にLAN（ローカルエリアネットワーク）内での高速なパケット転送と、高密度なポート提供に重点を置いている。ルータと比較して、WAN接続インターフェースの選択肢が少ない、または持たないことが多く、高度なソフトウェアベースのセキュリティ機能なども限定的である。L3スイッチの最大の利点は、ハードウェアASICによる高速ルーティング能力であり、LAN内で複数のサブネット間のトラフィックを効率的に処理するのに適している。これにより、ルータが高機能なソフトウェア処理に重きを置く一方、L3スイッチは高速なハードウェア転送によってLAN内のボトルネックを解消し、ネットワークのパフォーマンスを最大化する役割を担っていると言える。