この記事の要点

L3 スイッチ = L2 スイッチ + ルーティング機能を 1 台に統合した装置 主用途はVLAN 間ルーティング。LAN 内で異なる VLAN（部署間など）の通信を高速ルーティング ASIC によるハードウェア処理でルータ（ソフトウェア処理）より遥かに高速・低遅延 SVI (Switched Virtual Interface): VLAN ごとに仮想 IP インターフェースを作りそこにゲートウェイ IP を設定 代表機種: Cisco Catalyst 9300 / Juniper EX シリーズ。データセンタのコアスイッチで多用

レイヤ3スイッチとは

L3 スイッチ（Layer 3 Switch）は、L2 スイッチ（MAC アドレスでフレーム転送）の機能に、IP ルーティング機能を追加した装置です。1990 年代後半に登場し、現代の企業 LAN・データセンタのコア層を担う中心的な装置になっています。

L2 スイッチ / ルータ / L3 スイッチの違い

項目	L2 スイッチ	ルータ	L3 スイッチ
動作層	L2 (データリンク)	L3 (ネットワーク)	L2 + L3
転送基準	MAC アドレス	IP アドレス	MAC + IP
処理方式	ASIC (HW)	CPU (SW) ※近年 HW 化進む	ASIC (HW)
処理速度	非常に高速 (ワイヤレート)	速度はモデル次第	非常に高速 (ワイヤレート)
WAN 機能	無し	NAT / VPN / PPPoE / IPsec	無し or 限定的
主用途	LAN 内のフレーム転送	異ネットワーク・WAN 接続	LAN 内の VLAN 間ルーティング
ポート密度	高い (24/48 ポート以上)	低い (4〜8 ポート)	高い
QoS / セキュリティ	基本的	高度 (ACL, FW)	中〜高度

L3 スイッチの主な役割: VLAN 間ルーティング

同一物理スイッチで VLAN 10（営業）と VLAN 20（経理）を分離している場合、両者の通信にはルーティングが必要です。L2 スイッチだけでは VLAN を越えられず、従来は別途ルータをOne-arm router (Router on a stick)として接続していました。L3 スイッチはその役割を内蔵します。

[従来構成: L2 スイッチ + ルータ]

         [Router (L3)]
              | trunk
       [L2 Switch]
       /        \
   VLAN 10    VLAN 20
   (営業)     (経理)

通信が VLAN を越える度に Router を経由 → 性能ボトルネック


[L3 スイッチ構成]

       [L3 Switch] ── SVI: vlan10 = 192.168.10.1
       /        \   ── SVI: vlan20 = 192.168.20.1
   VLAN 10    VLAN 20
   (営業)     (経理)

スイッチ内で ASIC ルーティング → ワイヤレート (Gbps)

SVI (Switched Virtual Interface)

SVI は VLAN に対応する仮想 L3 インターフェースです。VLAN ごとにゲートウェイ IP をここに設定します。Cisco IOS では interface Vlan<n>:

! Cisco Catalyst 9300 設定例
!
hostname CoreSW01
!
vlan 10
 name SALES
vlan 20
 name ACCOUNTING
!
! L3 ルーティング機能を有効化
ip routing
!
! SVI を作成 (= VLAN のゲートウェイ IP)
interface Vlan10
 description ##SALES_GW##
 ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
 no shutdown
!
interface Vlan20
 description ##ACCOUNTING_GW##
 ip address 192.168.20.1 255.255.255.0
 no shutdown
!
! アクセスポート (ホストを VLAN に所属)
interface GigabitEthernet1/0/1
 switchport mode access
 switchport access vlan 10
!
! 上位ルータへ向けたデフォルトルート
ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.0.1

ルーテッドポート (Routed Port)

SVI ではなく、物理ポートを直接 L3 として扱うこともできます（L2 機能を外して純粋にルータポート化）:

interface GigabitEthernet1/0/24
 description ##上位ルータ接続##
 no switchport                  ! ← L2 を無効化
 ip address 10.0.0.2 255.255.255.252
!
! OSPF などの動的ルーティングも可
router ospf 1
 network 10.0.0.0 0.0.0.3 area 0
 network 192.168.10.0 0.0.0.255 area 0

主な L3 スイッチ機能

機能	説明
VLAN / トランク	802.1Q タグで複数 VLAN を 1 リンクに集約
SVI / ルーテッドポート	VLAN や物理ポートに IP を割当て
スタティックルーティング	ip route で固定経路
動的ルーティング	RIP / OSPF / EIGRP / BGP（モデルによる）
HSRP / VRRP	L3 スイッチを冗長化してゲートウェイ可用性向上
スタック / VSS / MC-LAG	複数台を 1 台に見せて冗長化
QoS (DSCP / CoS)	音声・映像トラフィック優先制御
ACL	L3/L4 でのパケットフィルタ
マルチキャスト	IGMP Snooping / PIM
PoE / PoE+	IP 電話・無線 AP に電源供給

スタック構成と冗長化

! Cisco StackWise (Catalyst 9300/9500 等)
! 複数のスイッチを背面ケーブルで直結 → 1 台に見える

[SW1 master] ─ stack cable ─ [SW2] ─ stack cable ─ [SW3]
             ↑ 1 つの制御プレーン、1 つの設定ファイル
             ↑ いずれかが故障しても他が引き継ぐ

! 確認コマンド
show switch
show switch stack-ports

L2/L3/L4-L7 スイッチの階層

種別	動作層	主な用途
L2 スイッチ	L2	同一 LAN 内のフレーム転送
L3 スイッチ	L3	VLAN 間ルーティング、コア層
L4 スイッチ	L4 (TCP/UDP)	ポート単位の負荷分散
L7 スイッチ / ロードバランサ	L7 (HTTP/HTTPS)	URL ベース振り分け、SSL オフロード

代表的な製品

• Cisco Catalyst 9300 / 9500 / 9600 シリーズ — エンタープライズ標準
• Juniper EX シリーズ — Junos OS、データセンタで人気
• Arista 7050 / 7280 — 大規模データセンタの定番
• Aruba (HPE) CX シリーズ — 中規模に強い
• NEC IX / Apresia / Allied Telesis — 国内採用

FAQ

Q: ルータと L3 スイッチ、どちらを買えばいい？
A: WAN 接続・NAT・VPN・PPPoE が必要ならルータ。LAN 内の VLAN 間通信や高ポート密度のコア用途ならL3 スイッチ。両方が必要な小規模拠点ではルータの LAN 側に L2 スイッチを接続する構成が一般的。

Q: L3 スイッチで NAT は使えない？
A: モデルによるが、機能は限定的で本格的な NAT・FW にはルータや FW を別途用意するのが定石。

Q: PoE 給電は L3 スイッチでもできる？
A: Catalyst 9300P 等の PoE モデルなら可能。1 ポートあたり 30W (PoE+) / 60W (PoE++) を給電できる。