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MACアドレスの役割:L2スイッチから見るIPアドレスとの違い

10G SFP+モジュール|2,060円

 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」を知らなければならない。
 その「存在」と「住所」を記したのMACアドレスである。

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である。

S5860-20SQ(20x10Gb SFP+、4x25Gb SFP28)|164,697円

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桁の形式で表される。
 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ある。
 後半の6桁(下位の24ビット)は製品ごとに割り当てたアドレスである。

MACアドレスの構成
S3910-48TS(48xギガビットRJ45、4x10Gb SFP+)

 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る。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。


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ない。
 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る。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する。

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く。

MACアドレスの学習
S5860-20SQ(20x10Gb SFP+、4x25Gb SFP28)|164,697円

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

MACアドレスのフラッディング
25GBASE-SR SFP28モジュール|4,017円
ハブの動作原理:フラッディング
ハブの動作

スイッチングハブのフィルタリング機能

 次に、ホストBからホストAへ送信してみる。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る。

LANスイッチ機能
10G SFP+ DACケーブル|1,133円

 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のみに転送される。この動作はフィルタリングと呼ばれる。

スイッチのフィルタリング機能
S5860-20SQ(20x10Gb SFP+、4x25Gb SFP28)|164,697円
MACアドレスに基づくスイッチングハブの動作
スイッチングハブの動作

 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る。この動作はエージングデフォルト設定は300秒)と言う。


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つ。

  • 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ある。

  • 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。

IPアドレスとMACアドレスの位置
SFP+モジュール(RJ-45互換)|6,695円

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」を示してくれる

IPアドレスとMACアドレスの違い
N5860-48SC【48x10Gb SFP+、8x100Gb QSFP28アップリンク】

 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ない。
 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アドレスである。
 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する。

RS6140 1Uサーバ(2x 10GbE SFP+ & 2x RJ45 1GbE)

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ない。
 ただし、PCではMACアドレスを変更することも可能である。

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る。スイッチングハブは送信元の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する。

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。

MACアドレステーブルの更新

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