MACアドレスとは何か

MACは「Media Access Control」の略です。 有線LANポート、無線LAN機能、仮想ネットワークアダプターなど、 ネットワークへ接続するインターフェースごとにMACアドレスが設定されます。 本記事では、仕組みを理解しやすくするため、主に有線Ethernetを例に説明します。

たとえば、1台のノートパソコンに有線LANとWi-Fiの両方が搭載されている場合、 通常はそれぞれ別のMACアドレスを持ちます。 そのため、MACアドレスは「パソコン本体に1つだけ付く番号」というより、 ネットワークへ接続する口ごとに使われる識別情報と考える方が正確です。

MACアドレスはEthernetフレームに入る

LAN内で運ばれるデータは、Ethernetフレームという形になります。 フレームには、誰が送ったのかを示す送信元MACアドレスと、 誰へ届けるのかを示す宛先MACアドレスが含まれます。

Ethernetフレームの詳しい構造は、初級編第15回「Ethernetフレームの基本」で学びます。 今回は、LAN内では送信元と宛先のMACアドレスを付けてデータを運ぶと理解できれば十分です。

まず全体を1枚の図で理解する

同じLAN内にあるPC-AからPC-Bへ通信する場合を考えます。

PC-Aは、PC-BのIPアドレスが同じネットワーク内にあると判断すると、 PC-BのMACアドレスを調べて、宛先MACアドレスとしてフレームへ設定します。

スイッチは宛先IPアドレスではなく、基本的に宛先MACアドレスを見て、 PC-Bが接続されているポートへフレームを転送します。

MACアドレスの見方

Ethernetで一般的に使われるMACアドレスは、48ビットの情報です。 8ビットを1組として6組に分け、通常は16進数で表します。

表記方法はOSやネットワーク機器によって異なりますが、意味は同じです。

前半だけでメーカーを必ず特定できるとは限らない

一般的なグローバルMACアドレスでは、前半の領域に機器メーカーへ割り当てられた識別情報が含まれます。 そのため、MACアドレスからメーカーを推測できることがあります。

ただし、現在はスマートフォンやパソコンのWi-Fi機能がプライバシー保護のために ランダム化されたMACアドレスを使うことがあります。 仮想マシンやソフトウェアで作られたネットワークインターフェースもあるため、 MACアドレスの前半だけで実機のメーカーを断定することはできません。

IPアドレスとMACアドレスの違い

IPアドレスとMACアドレスは、どちらも通信相手を識別するために使われます。 ただし、使われる場所と役割が異なります。

住所と配送担当に置き換えて考える

同じネットワーク内で通信する流れ

PC-Aから、同じネットワークにあるPC-Bへ通信するときの流れを確認します。

1. PC-Aが宛先IPアドレスを確認する PC-Aは、自分のIPアドレスとサブネットマスクを使い、 宛先の192.168.1.20が同じネットワークにあると判断します。
2. PC-BのMACアドレスを調べる PC-AはARPという仕組みを使い、 「192.168.1.20を持っている機器のMACアドレスを教えてください」と問い合わせます。
3. PC-Bが自分のMACアドレスを返す PC-Bは、自分のMACアドレスがBB-BB-BB-BB-BB-BBであると応答します。
4. PC-AがEthernetフレームを作る 宛先MACにPC-B、送信元MACにPC-Aを設定し、IPパケットをフレームへ入れます。
5. スイッチがPC-Bのポートへ転送する スイッチは宛先MACアドレスを確認し、PC-Bが接続されているポートへフレームを送ります。

別ネットワークへ通信する流れ

次に、PC-Aからインターネット上のWebサーバーなど、別のネットワークにある相手へ通信する場合を考えます。

PC-Aは、宛先IPアドレスが自分と同じネットワークではないと判断すると、 データをデフォルトゲートウェイへ渡します。 このとき、最初のEthernetフレームの宛先MACアドレスに設定するのは、 遠くにあるWebサーバーのMACアドレスではありません。

ルーターを越えるたびにMACアドレスは変わる

ルーターは受け取ったEthernetフレームからIPパケットを取り出し、 次の区間もEthernetであれば、送り出すための新しいEthernetフレームを作ります。 そのため、送信元MACアドレスと宛先MACアドレスは区間ごとに変わります。

一方、送信元IPアドレスと宛先IPアドレスは、基本的には通信の端から端まで使われます。 ただし、NATを通過する場合などはIPアドレスが変換されることがあります。

スイッチはMACアドレスをどう使うのか

スイッチは、どのMACアドレスの機器がどのポートに接続されているかを MACアドレステーブルに記録します。

スイッチが行う基本動作

1. 送信元MACアドレスを学習する フレームを受信したポートと送信元MACアドレスを対応付けて、MACアドレステーブルへ記録します。
2. 宛先MACアドレスを検索する 受信したフレームの宛先MACアドレスが、どのポートに登録されているかを確認します。
3. 該当するポートへ転送する 登録があれば、原則としてそのポートだけへフレームを転送します。

宛先MACアドレスがまだ登録されていない場合

スイッチが宛先MACアドレスを知らない場合、受信したポート以外の同じLAN内のポートへ フレームを広げて送ります。この動作をフラッディングと呼びます。

宛先から返信が返ると、スイッチはその送信元MACアドレスを学習できるため、 次回からは必要なポートだけへ転送できるようになります。

ユニキャスト・マルチキャスト・ブロードキャスト

MACアドレスには、通信を届ける範囲によって主に次の3種類があります。

MACアドレスを確認する方法

自分のパソコンに設定されているMACアドレスは、OSの画面やコマンドで確認できます。 有線LAN、Wi-Fi、VPN、仮想アダプターなど、複数のインターフェースが表示されることがあります。

MACアドレスに関するよくある勘違い

自分の言葉で説明する課題

最後に、次の質問へ自分の言葉で答えてください。