MACアドレスとスイッチ

luagate/mac-switch-introMACアドレス入門23ネットワーク

上から下へ、全 23 枚そのまま並べています。

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MACアドレス入門

MACアドレスとスイッチ

同じ網の中の通信 〜L2のしくみ〜

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目次

今日の流れ

1. L2の復習とMACアドレス

2. ハブとスイッチの違い

3. MACアドレステーブルと衝突

4. VLANとL2・L3の分担

5. まとめと振り返り

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MACアドレス入門 - イントロ

今日のゴール

この時間で身につけてほしいことです。

  • L2の通信が「同じ網の中の届け方」だと分かる
  • MACアドレスとIPアドレスの違いを説明できる
  • ハブとスイッチの動きの違いが分かる
  • MACアドレステーブルの役割が分かる
  • スイッチが宛先だけに届ける理由が分かる
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MACアドレス入門 - イントロ

復習 OSI参照モデルのL2

以前学んだOSI参照モデルを思い出すと、L2は同じ網の中での届け方を担う層でした。

  • OSI参照モデルは通信を7つの層に分けた考え方
  • 今日の主役は下から2番目のL2
  • L2は同じ網の中で隣の機器へ届ける役
  • ここで使う住所がMACアドレス
  • 網をまたぐ届け方は上のL3が担当する
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MACアドレス入門 - イントロ

MACアドレス とは

機器そのものに最初から焼き付けられた、世界で1つの番号です。

MACアドレス(MAC address)

ネットワーク機器に製造時から割り当てられた固有の番号。同じ網の中で「どの機器か」を見分けるために使う。製品に刻まれた製造番号のように、基本的に変わらない。

機器に焼き付けられた固有の番号

16進数で表す(例 a4-5e-60-1b-2c-3d)

同じ網の中で機器を見分けるのに使う

基本的に変わらない

L2の通信で宛先として使う

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MACアドレス入門 - イントロ

復習 IPアドレスとの違い

以前学んだIPアドレスとの違いを並べます。役割と変わりやすさが対照的です。

MACアドレス
IPアドレス

役割

機器を見分ける

場所を示す

範囲

同じ網の中で使う

網をまたいで届く

変わりやすさ

基本的に変わらない

網が変わると変わる

たとえ

製造番号

住所

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MACアドレス入門 - 機器

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第2部 ハブとスイッチ

全員に流すか宛先だけか

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MACアドレス入門 - 機器

ハブ とは

届いた信号を、つながっている全員へそのまま流す素朴な機器です。

ハブ(Hub)

受け取った信号を、つながっている全ての機器へそのまま流す機器。宛先を見分けないので、関係ない機器にもデータが届いてしまう。教室で全員に大声で呼びかけるイメージ。

届いた信号を全員へ流す

宛先を見分けない

関係ない機器にも届く

通信が混み合いやすい

しくみは単純で安価だった

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MACアドレス入門 - 機器

スイッチ とは

宛先のMACアドレスを見て、必要な相手だけにデータを届ける賢い機器です。

スイッチ(Switch)

宛先のMACアドレスを確認し、その機器がつながっている口にだけデータを送る機器。全員に流すハブと違い、無駄な通信が減り効率がよい。名指しで手紙を渡す係のイメージ。

宛先のMACアドレスを確認する

必要な相手の口にだけ送る

無駄な通信が減る

複数の通信が同時に流れる

現在の主流の機器

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MACアドレス入門 - 機器

ハブからスイッチへ

全員に流すハブから、宛先だけに届けるスイッチへ。同じ網の中の通信が効率化しました。

ハブ(全員に流す)

  • 宛先を見ずに全員へ流す
  • 関係ない機器にも届く
  • 通信が混み合う
  • 盗み見られやすい

スイッチ(宛先だけ)

  • 宛先のMACを見て届ける
  • 必要な相手だけに送る
  • 同時通信ができる
  • 無駄が減って速い
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MACアドレス入門 - 機器

同じ網の中の届け方

スイッチは口ごとにどの機器がいるかを覚え、宛先のMACに合った口へだけデータを送ります。

  • 各機器はスイッチの口につながっている
  • スイッチは口ごとに機器のMACを覚える
  • データが来たら宛先のMACを確認する
  • その機器がいる口へだけ送る
  • 知らない宛先のときは全員へ流して探す
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MACアドレス入門 - しくみ

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第3部 テーブルと衝突

スイッチが覚える表

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MACアドレス入門 - しくみ

MACアドレステーブル

スイッチが「どの口にどの機器がいるか」を覚えておく対応表です。

MACアドレステーブル

スイッチが、各ポート(口)の先にどのMACアドレスの機器がいるかを記録した表。データが流れるたびに送信元を見て自動で学習し、宛先を届ける口を判断する。

口ごとに機器のMACを記録する

通信のたびに送信元を見て覚える

宛先のMACから送る口を決める

知らない宛先は全員へ流して学ぶ

一定時間使われないと忘れる

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MACアドレス入門 - しくみ

MACアドレステーブルの例

どの口の先にどの機器がいるかを覚えた表です。宛先のMACからこの表を引きます。

口(ポート)
つながる機器のMAC

1番口

ポート1

aa-aa-aa-11

2番口

ポート2

bb-bb-bb-22

3番口

ポート3

cc-cc-cc-33

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MACアドレス入門 - しくみ

衝突(コリジョン)

同じ通信路で複数の信号が同時に流れて、ぶつかってしまう現象です。

衝突(コリジョン)

同じ通信路で2つ以上の機器が同時に送信し、信号がぶつかって壊れてしまう現象。ハブの時代に起きやすかったが、スイッチは口ごとに分けるので衝突が起きにくい。

同時送信で信号がぶつかる

データが壊れ送り直しになる

ハブの時代に起きやすかった

スイッチは口ごとに分けて防ぐ

現在の網ではほぼ起きない

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MACアドレス入門 - 応用

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第4部 VLANと役割分担

1台で網を分ける

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MACアドレス入門 - 応用

VLAN のさわり

1台のスイッチの中を、いくつかの別々の網に分ける仕組みです。

VLAN(ブイラン)

1台のスイッチの中を、ソフト的に複数の独立した網へ分ける仕組み。物理的に機器を分けなくても、部署ごとに通信を区切れる。1つの建物を間仕切りで部屋に分けるイメージ。

1台のスイッチを複数の網に分ける

物理的に分けなくても区切れる

部署ごとに通信を分離できる

別VLANどうしは直接通信しない

間仕切りで部屋を分けるイメージ

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MACアドレス入門 - 応用

L2とL3の役割分担

同じ網の中はL2、網をまたぐときはL3が担当します。役割がきれいに分かれています。

L2が担当
  • 同じ網の中の届け方
  • MACアドレスを使う
  • スイッチが活躍
L3が担当
  • 網をまたぐ届け方
  • IPアドレスを使う
  • ルーターが活躍
つなぎ役
  • IPからMACを調べる
  • 次回のARPで学ぶ
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MACアドレス入門 - 応用

宛先以外に届く通信量(イメージ)

全員に流すハブに比べ、宛先だけに届けるスイッチは無駄な通信がぐっと減ります。あくまでイメージです。

100 無駄な通信(イメージ)806040200
100無駄な通信(イメージ)
10無駄な通信(イメージ)
ハブ
スイッチ

出典: 宛先以外に届く通信量の傾向を示す概念図(概算)

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MACアドレス入門 - まとめ
クイズ

振り返りクイズ

今日の内容を確認しましょう。

スイッチがハブと違って無駄な通信を減らせるのは、何を見て届けるから?

A
IPアドレスを見るから
B
宛先のMACアドレスを見るから
C
送信時刻を見るから
D
信号の強さを見るから
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MACアドレス入門 - まとめ
答え

振り返りクイズ 解答

スイッチがハブと違って無駄な通信を減らせるのは、何を見て届けるから?

A
IPアドレスを見るから
B
宛先のMACアドレスを見るから
C
送信時刻を見るから
D
信号の強さを見るから

スイッチは宛先のMACアドレスを確認し、MACアドレステーブルを引いてその機器がいる口にだけデータを送ります。全員に流すハブと違い、無駄な通信が減って効率がよくなります。

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MACアドレス入門 - まとめ

質疑・次回予告

今日のまとめと、次に学ぶテーマです。質問があればここで受け付けます。

今日のおさらい
  • MACは機器を見分ける固有の番号
  • スイッチは宛先のMACだけに届ける
  • 同じ網はL2、網をまたぐとL3
次回予告
  • ARP 〜IPとMACの橋渡し〜
  • IPからMACを調べる仕組みを学ぶ
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MACアドレスは機器に焼き付けられた固有の番号。スイッチは宛先のMACを見て、必要な相手だけに名指しでデータを届ける。同じ網の中の通信は、この賢い係が静かに支えています。

MACアドレス入門

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