#2ネットワークの基礎　イーサネットLANを「社内便」で完全理解する

はじめに

前回はTCP/IPの4層モデルを解説しました。
通信の仕事が「何を送るか・どう届けるか・どこへ届けるか・物理的に運ぶ」の4つに分かれているという話でした。

今回はその一番下の層、ネットワークインターフェース層の代表技術である「イーサネット」に絞ります。

私のロードマップを使った人がこんなことを言っていました。

「MACアドレスとIPアドレスの違いがずっと曖昧だった。スイッチが何をしているかもよくわかっていなかった」

この2つが曖昧なまま先に進むと、スイッチングやVLANの学習で必ずつまずきます。
今回でしっかり整理してください。

LANとは何か——「建物の中の社内便ネットワーク」

LAN（Local Area Network）とは、家や会社など限られた範囲内のネットワークのことです。
「ローカル」という言葉の通り、あくまで身近な範囲に閉じたネットワークです。


社内便を想像してください。
ある会社の中で、総務部から営業部へ書類を届けたいとします。
外部の宅配業者（インターネット）を使わなくても、社内の仕分けボックスを通じて届けられます。これがLANのイメージです。

対してインターネットは「国際郵便のネットワーク」です。
遠く離れた相手にもデータを届けられますが、LAN内の通信とは仕組みが異なります。
CCNAでは、まずこのLAN内の通信を担うイーサネットを理解することが出発点になります。

イーサネットとは——「封筒のサイズや書き方のルール」

イーサネット（Ethernet）は、LAN内でデータをやり取りするための規格です。
ケーブルの種類、通信速度、データの形式まで、LAN内通信に関わるさまざまなルールを定めています。


社内便の例えで言うと、イーサネットは「社内便の封筒のサイズ・書き方・回覧方法のルール」です。
封筒の大きさが違えば仕分けボックスに入らないし、書き方が違えば誰宛なのかわかりません。

LANに接続するすべての機器がイーサネットというルールを共有することで、はじめてデータのやり取りができるようになります。

フレームとは——「宛先と差出人が書かれた封筒」

イーサネットでは、データをフレームという単位に包んでやり取りします。


フレームは封筒そのものです。
中に手紙（データ）を入れて、封筒の表に「宛先」と「差出人」を書きます。
受け取る側は封筒を受け取ったとき、まず宛先を確認して「これは自分宛か」を判断します。
自分宛でなければ、そのまま無視するか次の仕分け係に渡します。

フレームの中身を細かく見ると、先頭に宛先MACアドレスと送信元MACアドレスが置かれ、その後ろにデータ本体（ペイロード）、末尾に誤り検出のためのFCSというチェック値が付きます。CCNAではこのフレーム構造の概要も押さえておく必要があります。

MACアドレスとは——「機器に刻まれた社員証番号」

MACアドレス（Media Access Control Address）とは、ネットワーク機器に固有の識別番号のことです。

ネットワークカード（NIC）に出荷時から書き込まれており、基本的に変更されません。

48ビット（16進数12桁）で表され、00:1A:2B:3C:4D:5E のような形式です。
前半24ビットがメーカーを示すOUI（ベンダコード）、後半24ビットが機器固有の番号です。

IPアドレスとの違いを整理する

MACアドレスとIPアドレスは、どちらも「機器を識別する番号」ですが、役割がまったく異なります。

IPアドレスは「住所」です。
どのネットワークのどこに属しているかを示します。
引っ越し（ネットワークの変更）をすれば住所も変わります。

MACアドレスは「社員証番号」です。
その機器自身に紐づいた固有の番号で、どのネットワークに接続しても変わりません。


郵便の例えで言うと、IPアドレスは「配達先の住所（東京都渋谷区〇〇）」で、MACアドレスは「受取人の名前（田中太郎）」です。
同じLAN内でデータを届けるときは、MACアドレスで「誰に届けるか」を特定します。


この使い分けがポイントです。
LAN内の通信ではMACアドレスが使われ、LANをまたいだ通信（インターネット）ではIPアドレスが使われます。
この2つの役割を混同しないようにしてください。

スイッチとは——「賢い仕分け係」

LAN内でフレームを正しい宛先に届けるのが、スイッチという機器です。

ハブとの比較——「非効率な配り方」vs「賢い仕分け」

スイッチを理解するために、まずハブ（Hub）という古い機器と比べてみます。

ハブは届いたフレームを接続されているすべてのポートに流します。

社内便で言えば、「宛先に関係なく、全部署の仕分けボックスに同じ書類を投げ込む」ような配り方です。
受け取った側が「これは自分宛ではない」と捨てるのを前提にしています。
非効率なうえに、他の部署の通信内容がすべて見えてしまうセキュリティ上の問題もあります。


スイッチは違います。
届いたフレームの宛先MACアドレスを確認し、そのMACアドレスがつながっているポートにだけ転送します。

「田中さんは3番窓口の部署にいる」と知っているので、3番にだけ届けます。他の部署には届きません。

MACアドレステーブル——「仕分け係の名簿」

スイッチがこの賢い仕分けをできる理由は、MACアドレステーブルという名簿を持っているからです。
「このMACアドレスの機器はポート何番につながっているか」が記録されています。

では、スイッチはどうやってこの名簿を作るのでしょうか。
スイッチは電源を入れた直後、名簿が空っぽの状態です。
フレームが届くたびに「送信元MACアドレス」と「届いたポート番号」をセットで記録していきます。
フレームが届けば届くほど、名簿が充実していきます。これを「MACアドレスの学習」と呼びます。

フラッディング——「知らない相手への暫定対応」

名簿に載っていない宛先MACアドレス宛のフレームが来たとき、スイッチはどうするでしょうか。

答えは「とりあえず全員に届ける」です。
受信したポート以外のすべてのポートに転送します。これをフラッディングと呼びます。

宛先の機器は自分宛のフレームが来たと気づき、返答を送ります。
その返答フレームには送信元として宛先機器のMACアドレスが書かれています。
スイッチはこれを受け取って名簿に登録します。
次回からはフラッディングせず、該当ポートに直接届けられるようになります。

フラッディングは一時的な「暫定対応」に過ぎません。
名簿が充実するにつれて、不必要なフラッディングは減っていきます。

イーサネットの規格と通信速度

イーサネットにはさまざまな規格があります。
現在よく使われるのは1Gbps（1000BASE-T）や10Gbpsの規格です。

CCNAでは各規格の名称と特徴を把握しておく必要があります。
ケーブルの種類（カテゴリ5e、カテゴリ6など）と速度の組み合わせも試験に登場します。

まとめ

イーサネットはLAN内でデータを届けるための規格です。
データはフレームという封筒に包まれ、MACアドレスという機器固有の社員証番号を使って宛先が指定されます。

スイッチはMACアドレステーブルという名簿を自力で学習し、フレームを正しいポートにだけ転送します。
名簿にない宛先へはフラッディングで対応し、学習を積み重ねることで効率的な通信を実現します。

MACアドレスとIPアドレスの違いは、「社員証番号（機器固有・変わらない）」と「住所（ネットワーク上の位置・変わる）」です。
この2つを混同しないことが、次のスイッチングやルーティングの学習を進めるうえで非常に重要です。

私のロードマップを使った人も「ここの理解が曖昧だと、VLANやルーティングで詰まる」と言っていました。焦らず、何度でも読み直してください。

次回はIPv4アドレッシングの基礎を扱います。IPアドレスのネットワーク部とホスト部、サブネットマスク、プライベートアドレスの仕組みを「住所」の例え話で深掘りします。
ぜひフォローしてお待ちください。
明日お会いしましょう。

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