ハブが過去のものになった理由

複数の機器をLAN（Local Area Network）に接続するには、それらをまとめて接続する中心的な機器が必要です。初期のLANでは、その役割をハブが担っていました。現在はスイッチが使われています。ハブがなぜ置き換えられたのかを理解すると、ローカルネットワークの仕組みと、スイッチがはるかに優れている理由が分かります。このレッスンでは、単純なハブと、それを時代遅れにした問題に焦点を当てます。

ハブは、複数のポートを備え、機器をスター型に接続する単純な装置です。しかし、ハブはインテリジェントな動作をしません。フレーム（LAN上のデータ単位）があるポートに到着すると、ハブは単純に他のすべてのポートへ転送します。アドレスを確認したり、データの宛先を判断したりすることはありません。接続されているすべての機器が、自分宛てかどうかに関係なく、すべての通信を受信します。

ハブは物理層（OSIモデルのレイヤー1）で動作します。電気信号を繰り返して増幅するだけで、MACアドレスや、意味のあるデータとしてのフレームを認識する機能はありません。そのため、ハブはマルチポートリピーターと呼ばれることもあります。宛先に関するインテリジェンスがないため、スイッチのように転送先を判断することはできません。

ハブはすべての通信を全員に繰り返し送信するため、接続されたすべての機器が1つのコリジョンドメインを共有します。これは、機器が同時に送信したときに、2つの通信が衝突する領域です。全員が同じ媒体を共有するため衝突が頻繁に発生し、機器を追加するほど状況は悪化します。ハブは、スター型の構成で共有バスの問題を事実上再現してしまいます。

ハブでは半二重通信が強制されます。つまり、デバイスは送信または受信のどちらか一方しか同時に行えません。衝突に対処するため、デバイスはCSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection：搬送波感知多重アクセス／衝突検出）を使用していました。まず通信が行われていないか確認し、静かなら送信します。衝突が発生した場合は、いったん待ってから再試行します。この方法は機能しますが、特に混雑したハブでトラフィックが増えると、時間と帯域幅を無駄にします。

ハブでは、すべてのデバイスが合計帯域幅を共有します。ハブの速度が100 Mbpsで、10台のデバイスが通信中なら、実質的にはその100 Mbpsを10台で分け合います。一方、スイッチでは各ポートがそれぞれ独自の帯域幅を最大限利用できます。この共有パイプの制約により、ハブは負荷がかかると低速になり、ネットワークの拡大についていけなくなった大きな理由となりました。

ハブにはセキュリティ上の問題もあります。すべてのフレームがすべてのポートに送られるため、ハブに接続されたどのデバイスでも、通信を待ち受けるだけですべてのトラフィックを取得できます。この手法はスニッフィングと呼ばれます。機密データが、接続している全員にさらされてしまいます。スイッチでは、フレームを宛先のポートにだけ送ることでこのリスクを軽減でき、通常のスイッチネットワークでは、無差別な盗聴がはるかに難しくなります。

両者の違いは明確です。

• ハブ — すべてのポートにリピートする、1つの衝突ドメイン、共有帯域幅、半二重、安全性が低い
• スイッチ — 適切なポートに転送する、分離された衝突ドメイン、ポートごとに全帯域幅、全二重、より安全

あらゆる点でスイッチが優れているため、ハブは実ネットワークから姿を消しました。

現代のネットワークでは、本来の意味でのハブはほぼ絶滅しており、安価なスイッチに完全に置き換えられています。ただし、「ハブ」という言葉が、中央で接続するデバイス全般を指す曖昧な意味で使われることは今でもあります。また、ラボ環境や、分析のために意図的にトラフィックをスニッフィングする場合に、ハブが使われることもあります。試験では、ハブを歴史的に理解し、スイッチと対比できるようにしておくべき古い技術として扱ってください。

ハブとスイッチの間に登場したのがブリッジです。ブリッジは2つのネットワークセグメントを接続し、ハブとは異なりMACアドレスを読み取って、トラフィックを両者の間で通過させるべきか判断します。これにより、ローカルなトラフィックが別のセグメントに流れるのを防ぎます。ブリッジは、ポート数が非常に少ないスイッチと考えることができ、スイッチをマルチポートブリッジと呼ぶこともあります。ブリッジは、アドレスを認識して賢く転送する仕組みを導入し、それが後にスイッチによって完成されました。

ハブはなくなりましたが、ハブから学ぶ概念は今でも重要です。衝突ドメイン、半二重、CSMA/CD、共有帯域幅はいずれもハブの時代に生まれたもので、試験にも出題されます。ハブの欠点を理解することは、スイッチが何を改善したのかを理解する最も明確な方法です。また、次のレッスンで扱うスイッチの転送、MACテーブル、衝突ドメインとブロードキャストドメインの違いを学ぶ準備にもなります。

ハブについての理解度を確認しましょう。

ハブは、すべてのフレームを無条件に全ポートへ送信する、レイヤー1のマルチポートリピータであることを学びました。その結果、1つの共有衝突ドメインが形成され、半二重通信とCSMA/CDが必要になります。また、帯域幅はすべてのデバイスで分け合うことになり、どのデバイスでも全トラフィックをスニッフィングできます。こうした欠点により、ハブは使われなくなりました。スイッチは、フレームを適切なポートにだけ転送することで、これらの問題をすべて解決しました。ハブの概念は、衝突ドメインやこれから学ぶトピックの基礎となるため、今でも重要です。