MACアドレスに基づくLANスイッチの動作を解説

スイッチングハブ、LANカード、ルーターなどのネットワーク機器間の相互通信を実現するために、互いの「存在」と「住所」を知らなければなりません。その「存在」と「住所」を記したのMACアドレスです。

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目次

MACアドレスとは

MACアドレスに基づくデータリンク層（L2）での通信

IPアドレスとは？MACアドレスと比較

MACアドレスの変更

MACアドレスとは

MACアドレスとは、ネットワーク機器（スイッチングハブ、LANアダプタ、コンピュータ、スマートフォンなど）に付いている固有番号であり、IEEE（電気電子学会)によって一意に割り振られた識別IDです。

MACアドレスの構成

通常のMACアドレスは48ビット（6バイト）で構成され、「XX-XX-XX-XX-XX-XX-XX」という12桁の形式で表されます。

◉ 前半の6桁（上位の24ビット）がベンダーコード （OUI：Organizationally Unique Identifier）と呼ばれ、各ベンダーに割り当てられた固有番号です。

◉ 後半の6桁（下位の24ビット）は製品ごとに割り当てたシリアル番号です。

上記の図に示すように、前半6桁でメーカーやブランドが判別できます。後半の6桁を参考に、所属ネットワーク機器の型番や詳細が分かるはずです。

MACアドレスに基づくデータリンク層（L2）での通信

データリンク層でのパケット通信、いわゆるレイヤ２スイッチの動作はMACアドレスに依存すると言っても過言ではありません。レイヤ２スイッチが正常に動作するために、接続しているネットワーク機器の所在を把握する必要があります。つまり、どのポートにどのホストが繋がっているのか、そのネットワーク機器のMACアドレスなどの情報を学習して、フレームの送受信を中継します。関連記事：「L2スイッチとL3スイッチ、その違いとは」

起動時MACアドレスの学習・フラッディング

例えば、送信元のホストAのMACアドレスが「A1-A2-A3-00-00-01」、受信先のホストBのMACアドレスが「A1-A2-A3-00-00-02」。ホストAからホストBにフレームを送信する場合、レイヤ２スイッチはフレームの中に含まれるMACアドレスの関連情報（送信元MACアドレス、宛先のポート番号、所属VLANなど）をキャッシュして、所持のMACアドレステーブルに記録しておきます。

受信先のMACアドレスが分からないため、スイッチは送信先ホストAを除くすべてのポートにフレームを転送します。この動作はフラッディングと言います。

スイッチのフィルタリング機能

次に、ホストBからホストAへ送信してみます。前述の動作と同様にホストBはMACアドレステーブルにキャッシュされます。

宛先であるホストAのMACアドレスが記録されているため、従ってフレームはホストAのみに転送されます。この動作はフィルタリングと呼ばれます。

ちなみに、一定時間内にホストAとホストBの相互通信が発生しなければ、MACアドレステーブルから双方のMACアドレスが削除されます。この動作はエージング（デフォルト設定は300秒）と言います。

IPアドレスとは

誤解されがちですが、同じく通信相手を特定する手段だけれど、IPアドレスとMACアドレスは違う意味を持ちます。 

◉ MACアドレスは隣接するネットワーク機器間の通信を可能にする識別番号です。 

◉ それに対して、IPアドレスはインターネット上の通信を可能にするために使用される番号で、「ネットワーク上の住所」とも呼ばれる。一番よく見られたIPアドレスは「192.168.1.1」だろう。

フレーム転送から見る、IPアドレスとMACアドレスの違い

フレーム転送を荷物の運送に例えると：

◉ IPアドレスは宛先、いわゆる「最終目的地」を知らせる情報。

◉ に対して、MACアドレスは「次に届くべき場所」を示してくれます。

上記の図のように、フレームの転送はいくつかの中継点を通過しかねません。

◉ ホストやクライアントから最終的お届け先までの情報を記したのはIPアドレスです。

◉ MACアドレスはその間に存在したそれぞれの中継点や経由地を示し、「次に渡すべき相手」に関する情報を管理します。

MACアドレスの変更

通常、MACアドレスの変更はできません。

◉ 世界唯一の固有な識別番号として、MACアドレスの変更はネットワークの故障に繋がりかねません。

◉ ただし、PCではMACアドレスを変更することも可能です。

MACアドレステーブルの更新

ネットワーク機器の新設に伴って、ポートの接続情報は常に更新しています。スイッチは送信元のMACアドレスを学習し、アドレステーブルをダイナミックに更新します。

１、宛先MACアドレスによるMACアドレステーブルの更新を有効にするには、mac-address-table aging destination-hitコマンドを使用します。

２、物理ポートでのMACアドレス学習を有効にするには、mac-address-table learningコマンドを使用します。

３、スタティックMACアドレスをMACアドレステーブルに追加するには、任意のMACアドレスやVLAN IDを指定するには、mac-address-table staticコマンドを使用します。

４、MACアドレステーブルのエージングタイム変更するには、エージングタイムを指定してmac-address-table aging-timeコマンドを使用します。

５、ダイナミックMACアドレスを削除するには、clear mac-address-tableコマンドを使用します。

６、インターフェースを無効にするには、インターフェースの設定モードでshutdownコマンドを使用します。