VLANとSTPとは？CCNA試験のネットワークアクセス領域を図解で攻略

CCNAのネットワークアクセス領域（配点20%）で問われる核心テーマが「VLANとSTP」だ。

「なぜVLANで分割するのか」「なぜSTPが必要なのか」——この2つの「なぜ」を理解していれば、設定問題も障害解析問題も解けるようになる。

VLANとは何か

VLAN（Virtual Local Area Network）とは、物理的なケーブル配線を変えずにネットワークを論理的に分割する仕組みだ。

VLANが必要な理由

スイッチはデフォルトで、接続されているすべての端末が同一ブロードキャストドメインに属する。 端末が増えると、ブロードキャストパケット（ARPなど）が全端末に届き続け、帯域を圧迫する。

VLANを設定すると、ブロードキャストドメインを分割できる。VLAN10の端末が出すARPはVLAN10内にしか届かない。

代表的なVLAN活用例

802.1Qトランキング

アクセスポートとトランクポートの違い

802.1Qタギング

トランクリンクを通るフレームには802.1Qタグ（4バイト）が挿入され、どのVLANのフレームかを識別する。

[宛先MAC | 送信元MAC | 802.1Qタグ（VLANid等） | タイプ | データ | FCS]

受信スイッチはタグを見てVLANを識別し、タグを除去してからアクセスポートに転送する。

ネイティブVLAN

トランクポートでタグが付いていないフレームが届いた場合、ネイティブVLANとして処理される。 デフォルトはVLAN1だが、セキュリティ上の理由からVLAN1は使わず変更することが推奨される。

両端スイッチのネイティブVLANが一致していないとフレームが混線するため、CCNA試験でもトラブルシュート問題として出題される。

STP（スパニングツリープロトコル）

なぜSTPが必要か

スイッチが複数台あるネットワークで冗長経路（ループ）が存在すると、ブロードキャストフレームが永遠に転送され続けるブロードキャストストームが発生する。 これは数秒でネットワークを完全停止させる。

STP（IEEE 802.1D）はこのループを自動検出し、物理的なケーブルはつながっているが論理的に1本だけの経路を残すことで解消する。

STPの動作手順

ステップ1：ルートブリッジの選出

すべてのスイッチの中から1台を「ルートブリッジ」として選出する。 選出基準：

1. ブリッジプライオリティが最小のスイッチ（デフォルト32768）
2. 同点の場合はMACアドレスが最小のスイッチ

ステップ2：各スイッチのルートポートを決定

ルートブリッジ以外の各スイッチで「ルートブリッジに最も近いポート」をルートポートとして選ぶ。 コスト計算はリンク速度ベース（1Gbpsなら4、100Mbpsなら19）。

ステップ3：各セグメントの指定ポートを決定

各ネットワークセグメントで「ルートブリッジへのコストが最も低いポート」を指定ポートとする。

ステップ4：残りのポートをブロッキングに

ルートポートにも指定ポートにも選ばれなかったポートはブロッキング状態に設定され、フレームを転送しない（ループが断ち切られる）。

STPのポート状態遷移

リスニング→ラーニング→フォワーディングまで各15秒（合計30秒）かかるのがSTPの欠点だ。

RSTP（Rapid Spanning Tree Protocol）

RSTPはSTPの収束速度問題を解決した改良版だ（IEEE 802.1w）。

• STPの収束時間：最大50秒 → RSTPは1〜2秒以内
• ポート状態をシンプル化（ディスカーディング・ラーニング・フォワーディングの3種）
• ポートロールを明確化（ルート・指定・代替・バックアップ）

現代のネットワーク機器はデフォルトでRSTPを使用している。 CCNA試験ではSTPとRSTの概念的な違いが問われる。

AI活用プロンプト

VLANとトランキングの設計を体験する

CCNAの学習でVLANとトランキングの設計練習をしたいです。

以下のシナリオで設定手順を教えてください:
【シナリオ】
- スイッチが2台（SW1・SW2）
- 営業部（VLAN10）と開発部（VLAN20）の端末がそれぞれ両スイッチに接続されている
- SW1とSW2はトランクリンクで接続されている

教えてほしいこと:
1. SW1でVLAN10・20を作成するコマンド
2. 各端末ポートをアクセスポートに設定するコマンド
3. SW1-SW2間をトランクポートに設定するコマンド
4. 設定を確認するための show コマンド

STPの動作をシミュレーションで理解する

CCNAの勉強でSTPの動作が理解しにくいです。

以下のシナリオでSTPがどう動くかを教えてください:
【シナリオ】
- スイッチ3台（SW1・SW2・SW3）がリング状に接続されている
- SW1のプライオリティ：4096
- SW2のプライオリティ：32768（デフォルト）
- SW3のプライオリティ：32768（デフォルト）、MACアドレスが SW2 より大きい

質問:
1. どのスイッチがルートブリッジになるか（理由も）
2. 各スイッチのどのポートがブロッキングになるか
3. もしSW1に障害が発生したらネットワークはどう変化するか

まとめ

ネットワークアクセス領域で押さえる核心：

VLANはブロードキャストドメインを分割する——なぜ分割が必要かを理解すれば設定の意味がわかる。

トランクポートは複数VLANを1本のリンクで通す——802.1Qタグで識別、ネイティブVLANは両端一致が必須。

STPはループを防ぐためにポートをブロッキングする——ルートブリッジ選出→ルートポート決定→ブロッキング、の3ステップが試験の核心。

VLANとSTPはPacket Tracerで実際に手を動かすと理解が格段に速い。「設定した後に何が変わったか」を目で確認することが最も効果的な学習法だ。

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