L2 冗長化とは ── 実機を触ったことがない人のための STP・LAG・スタックの構造

社内 LAN の設計問題では、コアスイッチを 2 台にしてフロアスイッチから 2 本ずつ上げる、という形がほぼ必ず出てきます。 L2（イーサネット）で冗長にすると必ずループができ、ループは L2 ではそのままブロードキャストストームになります。 この矛盾をどう解くかが L2 冗長化の全てで、答えは 3 つの世代に分かれます。「ループを塞ぐ」（STP／RSTP）、「複数本を1 本に見せる」（リンクアグリゲーション）、「2 台を1 台に見せる」（スタック）です。 午後ではこれらと VRRP・OSPF の組合せ順序や、更改で STP からスタックへ移行する手順が問われます。

1. L2 冗長化が解いている問題

冗長にすると必ずループができる STP が 1 か所をブロックして木にする コア SW1 コア SW2 フロア SW L2 フレームには TTL がないので、ループに入った ブロードキャストは永久に回り続ける（ストーム） コア SW1 コア SW2 フロア SW × 赤枠＝ルート。点線＝ブロッキング（転送停止） 他が切れたらここを開けて復旧する
図1　冗長な配線はループになる。STP は 1 か所を塞いで木（ツリー）にする

イーサネットのスイッチは、宛先 MAC アドレスを知らないフレームとブロードキャストを受け取ったポート以外の全ポートに流します（フラッディング）。 図1 左のように 3 台が輪になっていると、1 つのブロードキャストが SW1 → SW2 → フロア SW → SW1 → … と回り続け、しかも回るたびに全ポートへ複製されるので、数秒で回線が埋まります。 IP パケットなら TTL が減ってそのうち捨てられますが、イーサネットフレームには TTL がないので止まりません。同時に、同じ送信元 MAC が別々のポートから見えるので MAC アドレステーブルも壊れます。

それでも冗長にしたい理由　コアスイッチが 1 台なら、その故障や保守で全フロアが止まります。2 台にして各フロアから両方に線を引けば、1 台止まっても通信は続きます。 しかしそれは図1 左の輪そのものです。だから「輪はつなぐが、普段は 1 か所を論理的に塞ぐ」という STP が生まれました。

2. STP の動作 4 ステップ

コア SW1（ルート）プライオリティ 4096 コア SW2プライオリティ 8192 フロア SW1プライオリティ 32768 フロア SW2プライオリティ 32768 コスト 4（10G） コスト 19（100M） コスト 19 コスト 19 コスト 19 DPRP DPRP DPRP DPBP DPBP RP＝ルートポート（ルートへ最短）、DP＝指定ポート（セグメントの代表） BP＝ブロッキング（非指定）。点線は塞がれた回線 フロア SW2 → ルート: 直結 19 と、コア SW2 経由 19＋4＝23。小さい直結側がルートポートになる
図2　ルートブリッジを中心に、各スイッチが「ルートへ最短のポート」だけを開ける

ルートブリッジを決める（BPDU とブリッジ ID）

各スイッチは BPDU（Bridge Protocol Data Unit）というフレームを 2 秒ごとに隣へ送り合います。中身は自分のブリッジ IDで、 ブリッジプライオリティ（既定 32768）＋ MAC アドレスの組です。全スイッチの中でブリッジ ID が最小のものがルートブリッジになります。 プライオリティが同じなら MAC アドレスの小さいほうが勝つので、何も設定しないと「一番古い（MAC の小さい）スイッチ」が勝手にルートになります（令和3年 午後Ⅱ問1 の空欄「プライオリティ値」「比較対象は MAC アドレス」）。

ルートブリッジは自分で決める　設計ではコアスイッチのプライオリティを 4096 のように小さくして意図的にルートにします。放置すると、フロアの末端スイッチがルートになり、全トラフィックがそこを経由する歪んだ木になります。 2 台目のコアには次に小さい値（8192）を付け、ルートが壊れたときの副ルートにしておきます。

各スイッチがルートへの最短ポートを選ぶ（ルートポート）

ルート以外の各スイッチは、ルートブリッジまでのパスコストの合計が最小になるポートを 1 つ選び、ルートポートにします。パスコストは回線速度で決まる値です（100Mbps なら 19、1Gbps なら 4、10Gbps なら 2。旧規格の値で、設問でもこの系列がよく使われます）。 図2 のフロア SW2 なら、コア SW1 へ直結 19 と、コア SW2 経由 19＋4＝23 を比べて直結側がルートポートです。

セグメントごとに代表を決める（指定ポート）

スイッチ間の各回線（セグメント）について、ルートに近いほうのスイッチのポートが指定ポートになります。ルートブリッジのポートは全部指定ポートです。 ルートポートでも指定ポートでもないポートが非指定ポート（ブロッキングポート）で、ここが「塞がれる場所」です。図2 では各フロア SW のコア SW2 側がブロックされ、輪が切れて木になります（令和3年 午後Ⅱ問1 の空欄「指定」「非指定」）。

障害時に組み直す（収束）

BPDU が一定時間（最大エージ 20 秒）届かなくなると、スイッチはトポロジが変わったと判断して計算をやり直します。ブロッキングだったポートを開けるときは、いきなり転送せず リスニング（15 秒）→ ラーニング（15 秒）→ フォワーディングと状態を進めます。急に開けると一時的なループになるからで、合計 30〜50 秒の通信断が起きます。 平成30年 午後Ⅰ問2 で「スイッチの保守後しばらく通信できなかった理由」が「スパニングツリーが再構築中だったから」なのはこれです。

3. RSTP ── 収束を数秒にする

STP の 30〜50 秒は今の業務には長すぎるので、RSTP（Rapid STP、IEEE 802.1w）が作られました。考え方は同じでルートブリッジ・ルートポート・指定ポートも同じですが、速くなる仕組みが 2 つあります。

もう 1 つ、PC やサーバがつながるポートはエッジポート（PortFast）として「このポートの先にスイッチはいない」と宣言し、リンクアップと同時に転送状態にします。これがないと PC をつなぐたびに 30 秒待たされます。

RSTP の弱点　速くなっても片方の回線はブロックされたままで、帯域は半分しか使えません。また設定ミスや誤接続で BPDU が届かない場所があると、ループは防げません。 この 2 つを根本から消すのが 5 章・6 章の LAG とスタックで、令和3年 午後Ⅱ問1 は「STP → RSTP への変更」と「スタックへの移行」を比較させる構成でした。

4. STP の落とし穴（設計と保護機能）

5. リンクアグリゲーション（LAG）

リンクアグリゲーション（LAG） スタック（2 台を論理 1 台に）＋LAG コア SW フロア SW 論理 1 本 1G×3 本を 1 本に見せる。ループではないので STP は ブロックしない。ただし 1 フローは 1 本しか使わない コア SW1 コア SW2 フロア SW LAG 2 台をまたいで LAG を組める。1 台壊れても LAG の 片側が残る。ループが無いので STP も VRRP も不要
図3　複数本を 1 本に見せる LAG と、2 台を 1 台に見せるスタックの組合せ

2 台のスイッチ間に 1G の線を 3 本引き、それを論理的に 1 本のリンクとして扱うのがリンクアグリゲーション（LAG、IEEE 802.3ad／802.1AX）です。スイッチから見れば 3 本は 1 つのポート（ポートチャネル）なので、 STP はループと見なさず、帯域の増加と冗長の両方が同時に得られます。1 本切れても残り 2 本で続き、通信断はほぼ起きません。

LAG は 1 台のスイッチとしか組めない　LAG の両端はそれぞれ 1 台のスイッチでなければなりません。フロア SW から「コア SW1 に 1 本、コア SW2 に 1 本」を 1 つの LAG にはできず、この形は STP で片方がブロックされます。 2 台をまたぐ LAG を作るには、2 台のコアを 1 台に見せる次章の技術が要ります。

6. スタックと MLAG ── 2 台を 1 台に見せる

スタックは、専用ケーブルか高速ポートで 2 台（以上）のスイッチを接続し、制御も設定も MAC アドレステーブルも共有して論理的に 1 台として動かす機能です。 「2 台の L3SW を 1 台のスイッチとして管理できる」（令和3年 午後Ⅱ問1）が利点の答えで、設定・監視の対象が 1 台になります。

1 台に見えるので、図3 右のようにフロア SW からコア SW1 とコア SW2 へ 1 本ずつ引いた 2 本を 1 つの LAG にできます（スタック越し LAG、マルチシャーシ LAG）。すると、

スタックの弱点は、2 台が同じ制御ソフトで動くのでソフトウェアの不具合やアップグレードで両方同時に影響を受けることと、スタックケーブルの距離の制約です。 独立した 2 台のまま LAG だけ組めるようにした技術が MLAG（マルチシャーシ LAG、ベンダにより vPC などの名称）で、データセンターでよく使われます。VXLAN の EVPN マルチホーミング（ESI）も同じ目的の別解です。

無線 LAN 設計での登場　令和5年 午後Ⅰ問3（無線 LAN 設計）でも、フロアスイッチをスタックにして AP からの LAG を受ける構成が空欄「スタック」として出ています。無線を捨てる方針でも、この語は出題分野をまたいで現れます。

7. VRRP・OSPF との組合せ

STP／RSTP を使う構成では、L2 の木ができてから L3 の仕組みが動き出します。順序は STP の収束 → VRRP のアドバタイズメント到達 → OSPF の隣接 で、下の層が揃う前に上の層が動くと誤動作します。

詳しくは VRRP とは の「経路制御との組合せ」を参照してください。

8. 用語集（午後で出る順）

用語意味午後でのポイント
ブロードキャストストームL2 ループでブロードキャストが増え続ける現象フレームに TTL がないから止まらない
BPDUSTP の制御フレーム。ブリッジ ID とルートまでのコストを運ぶ2 秒ごと。届かなくなると再構築
ブリッジ IDプライオリティ＋MAC アドレス。最小がルートプライオリティ同値なら MAC で比較
ルートブリッジ木の根。全ポートが指定ポートコアに置く。プライオリティを小さく設定
ルートポート／指定ポート／非指定ポートルートへ最短／セグメントの代表／ブロックパスコストの合計で決まる
パスコスト回線速度に応じた値（100M=19、1G=4、10G=2）合計の小さいほうがルートポート
リスニング／ラーニング／フォワーディングSTP のポート状態遷移（各 15 秒）合計 30〜50 秒の通信断
RSTP高速版 STP（802.1w）代替ポートの事前決定と提案・同意で数秒に
エッジポート末端機器用。即フォワーディングBPDU ガードと組み合わせる
BPDU ガード／ルートガード／ループガード持込みスイッチ／ルート乗っ取り／片方向障害の対策「誤接続や設定ミス」への備え
リンクアグリゲーション（LAG）複数回線を論理 1 本に帯域＋冗長。ループにならない
LACPLAG の動的ネゴシエーションリンクダウンを伴わない故障も除外できる
ハッシュによる振分け送信元・宛先の MAC／IP／ポートで線を選ぶ1 フローは 1 本。組合せが少ないと偏る
スタック複数台を論理 1 台に管理が 1 台。スタック越し LAG でループなし。VRRP 不要
MLAG独立 2 台をまたぐ LAGスタックの弱点（同時障害）を避ける

9. 午後での問われ方と答え方の型

設問の型答え方出た年度
空欄「ルートブリッジは□値で決まる」「同じなら□で比較」プライオリティ値、MAC アドレスR3 午後Ⅱ問1
空欄「ポートの役割」ルート／指定／非指定R3 午後Ⅱ問1
保守後しばらく通信できなかった理由スパニングツリーが再構築中だったからH30 午後Ⅰ問2
RSTP が速い理由を 2 つ代替ポートを事前に決定している。転送遅延なしに状態遷移する（提案・同意）R3 午後Ⅱ問1
スタックの利点2 台を 1 台のスイッチとして管理できるR3 午後Ⅱ問1
STP が不要になる構成とその理由スタックとリンクアグリゲーション。ループがない構成だからR3 午後Ⅱ問1
LACP を使う利点リンクダウンを伴わない故障時に、LAG のメンバから故障回線を自動で除外できるR1 午後Ⅰ問1
LAG で帯域が出ない・パケットが捨てられる理由振分けはフロー単位で 1 フローは 1 本。MAC の組合せが少ないとハッシュが分散しない。1 本の帯域を超えた分は廃棄R1 午後Ⅰ問1
STP 区間と LAG 区間の帯域比較LAG は平常時にリンク本数分の帯域を同時に利用できるR5 午後Ⅰ問3
ループを起こす作業ミスの例ループ状態になるような誤接続や設定ミス（BPDU ガードで防ぐ）R5 午後Ⅰ問3
VRRP に影響する VLAN の列挙図から、両コアにまたがるサブネットの VLAN をすべて挙げるH30 午後Ⅰ問2
書き方の型　理由を問われたら「ループがないから」「再構築中だから」のように状態を名指しする。LAG の偏りは「ハッシュが分散しない」まで書く。 「冗長化」と「負荷分散」を区別して書く。STP は冗長のみ（帯域は半分）、LAG は冗長＋帯域、スタック＋LAG は冗長＋帯域＋管理の簡素化。設計比較の設問はこの 3 段階で整理すると落とさない。

10. ミニ確認問題

クリックで答えが開きます。

Q1　L2 ループがブロードキャストストームになる理由スイッチはブロードキャストを受信ポート以外の全ポートへ複製し、イーサネットフレームには TTL がないので、ループに入ると永久に増え続ける。
Q2　ルートブリッジの決まり方と、設計で行うことブリッジ ID（プライオリティ＋MAC アドレス）が最小のスイッチ。設計ではコアのプライオリティを小さく設定して意図的にルートにし、2 台目を副ルートにする。
Q3　ルートポート・指定ポート・非指定ポートの違いルートポートは各スイッチでルートへのパスコスト合計が最小のポート。指定ポートは各セグメントでルートに近い側の代表。どちらでもないポートが非指定（ブロッキング）。
Q4　STP の収束に 30〜50 秒かかる理由最大エージ 20 秒で障害を検知し、ブロッキングを開けるときリスニング 15 秒・ラーニング 15 秒を経てからフォワーディングにするため。
Q5　RSTP が数秒で切り替わる 2 つの仕組み代替ポートを事前に決めておき即座に昇格させる。提案・同意のハンドシェイクでタイマーを待たずにポートを転送状態にする。
Q6　LAG で 1G×3 本にしても 1 つのファイル転送が 1G を超えない理由振分けが送信元・宛先のハッシュで決まるフロー単位なので、1 フローは 1 本の回線しか使わない。
Q7　静的 LAG に対する LACP の利点リンクダウンを伴わない故障でも制御フレームの途絶で検知し、故障回線を LAG のメンバから自動で除外できる。
Q8　スタック＋LAG にすると STP も VRRP も不要になる理由2 台が論理的に 1 台なので、2 台にまたがる 2 本を 1 つの LAG にでき、ループが存在しない（STP 不要）。デフォルトゲートウェイも 1 台の IP で済む（VRRP 不要）。
Q9　BPDU ガードの役割エッジポートで BPDU を受信したらそのポートを止める。利用者の持込みスイッチや誤接続によるループを防ぐ。
Q10　保守でスイッチを再起動した直後に VRRP が両マスターになる原因STP の再構築中（30〜50 秒）はアドバタイズメントが相手に届かず、バックアップがマスター不在と判断して昇格するため。

用語の振り返り

このページの用語集（15 語）から作った確認問題です。「意味 → 用語」は意味の説明（用語そのものは＿＿で伏せてある）を読んで用語を入力し、Enter で答え合わせします。 表記ゆれで × になったときは「合っていた」で直せます。「用語 → 意味」は口で説明してから答えを開いて自己採点します。結果はこのブラウザに保存され、「×だけ」で間違えた語だけを解き直せます。

← メールと送信ドメイン認証トップ（目次）へ

作成 2026-10-28。ネットワークスペシャリスト 科目B（午後）対策。出典は平成30年秋・令和元年秋・令和3年春・令和5年春の午後Ⅰ・Ⅱ（IPA 公開問題の解答例で確認したもの）。 関連: VRRP とは、OSPF とは、VXLAN と EVPN とは（STP を使わないデータセンター網）。