https://ikamiso.com/tags/%E3%82%A4%E3%83%BC%E3%82%B5%E3%83%8D%E3%83%83%E3%83%88/ Recent content in イーサネット on いかみそ.com Hugo -- gohugo.io ja Sat, 25 Apr 2026 20:00:00 +0900 https://ikamiso.com/p/ethernet/ Sat, 25 Apr 2026 20:00:00 +0900 https://ikamiso.com/p/ethernet/ <h2 id="イーサネット">イーサネット </h2><p>イーサネットとは、PCやNW機器を接続する媒体(LANケーブルや光ケーブル)とフレーム形式の規格です。 主に有線LANに用いられます。※無線LANではWi-Fiという別の規格が用いられます。</p> <table> <thead> <tr> <th>規格名</th> <th>通信速度</th> <th>ケーブル種類</th> <th>最大ケーブル長</th> <th>備考</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>1000BASE-T</td> <td>1Gbps</td> <td>UTP（Cat5e以上）</td> <td>100m</td> <td>LANケーブル</td> </tr> <tr> <td>10GBASE-T</td> <td>10Gbps</td> <td>UTP（Cat6a以上）</td> <td>100m</td> <td>10G対応のLANケーブル</td> </tr> <tr> <td>1000BASE-SX</td> <td>1Gbps</td> <td>62.5/50μm マルチモードファイバ</td> <td>275m(62.5), 550m(50)</td> <td>短距離用光ケーブル</td> </tr> <tr> <td>1000BASE-LX</td> <td>1Gbps</td> <td>9μm シングルモードファイバ</td> <td>5-10km</td> <td>長距離用光ケーブル</td> </tr> </tbody> </table> <p>UTP：シールドなしツイストペア</p> <p>62.5μmなど：光ファイバーのコアの直径</p> <p>UTPケーブルにはカテゴリーがあります。</p> <table> <thead> <tr> <th>カテゴリー</th> <th>最大伝送速度</th> <th>最大伝送帯域幅</th> <th>備考</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>Cat1</td> <td>アナログ音声信号</td> <td>-</td> <td>電話回線用</td> </tr> <tr> <td>Cat3</td> <td>10Mbps</td> <td>16 MHz</td> <td>化石</td> </tr> <tr> <td>Cat5</td> <td>100Mbps</td> <td>100 MHz</td> <td>化石</td> </tr> <tr> <td>Cat5e</td> <td>1Gbps</td> <td>100 MHz</td> <td>主流</td> </tr> <tr> <td>Cat6</td> <td>1Gbps（50mまで10Gbps）</td> <td>250 MHz</td> <td>主流</td> </tr> <tr> <td>Cat6a</td> <td>10Gbps</td> <td>500 MHz</td> <td>主流</td> </tr> <tr> <td>Cat7</td> <td>10Gbps</td> <td>600 MHz</td> <td>アース処理が必須</td> </tr> <tr> <td>Cat8</td> <td>40Gbps</td> <td>2000 MHz</td> <td>データセンター用途（最大30m）</td> </tr> </tbody> </table> <h2 id="イーサネットフレームの構造">イーサネットフレームの構造 </h2><p>イーサネットでデータを送るときは、フレームという形式で送ります。 最も一般的なフレームのタイプは、イーサネットⅡフレームです。</p> <table> <thead> <tr> <th></th> <th>プリアンブル</th> <th>宛先MACアドレス</th> <th>送信元MACアドレス</th> <th>タイプ</th> <th>ペイロード</th> <th>FCS</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>フィールド長 (byte)</td> <td>8</td> <td>6</td> <td>6</td> <td>2</td> <td>46-1500</td> <td>4</td> </tr> </tbody> </table> <p>プリアンブル：フレームの始まりを合図する8byteの固定値フィールド</p> <div class="highlight"><pre tabindex="0" class="chroma"><code class="language-fallback" data-lang="fallback"><span class="line"><span class="cl">10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101011 </span></span></code></pre></div><p>宛先MACアドレス：宛先のNICのMACアドレスまたはマルチキャストアドレス、ブロードキャストアドレスが入る。</p> <p>送信元MACアドレス：送信元のNICのMACアドレスが入る。</p> <p>タイプ：ペイロードにカプセル化されたプロトコルを識別するための<strong>Ether-Type</strong>と呼ばれる値が入る。</p> <table> <thead> <tr> <th>EtherType</th> <th>プロトコル</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>0x0800</td> <td>IPv4</td> </tr> <tr> <td>0x0806</td> <td>ARP</td> </tr> <tr> <td>0x86DD</td> <td>IPv6</td> </tr> </tbody> </table> <p>ペイロード：上位層プロトコルのヘッダとデータ</p> <div class="highlight"><pre tabindex="0" class="chroma"><code class="language-fallback" data-lang="fallback"><span class="line"><span class="cl">| L3ヘッダ | L4ヘッダ | L7ヘッダ | データ | </span></span></code></pre></div><p>FCS：フレームに破損がないことを確認するための値が入る。フレームチェックシーケンスの略。</p> <h2 id="ユニキャストブロードキャストマルチキャスト">ユニキャスト、ブロードキャスト、マルチキャスト </h2><p>ネットワーク通信には、主に3つの種類があります。</p> <p>ユニキャスト：1つの送信元から1つの特定の宛先へフレームが送信される通信。1対1</p> <p>ブロードキャスト：1つの送信先から、すべてのホストにフレームが送信される通信。1対すべて</p> <p>マルチキャスト：複数のホストで構成されたグループのメンバーにフレームが送信される。1対グループ</p> <h2 id="macアドレス">MACアドレス </h2><p>MACアドレスは、NICのチップに書き込まれている一意のアドレスです。NICの工場出荷時に設定されます。物理アドレスと呼ばれることもあります。データリンク層では、このMACアドレスに基づいてフレームを転送します。</p> <p>MACアドレスは、48bitの値で12桁の16進数で表記します。書き方はいろいろあります。</p> <ul> <li>00:00:5E:00:53:AA</li> <li>00-00-5E-00-53-AA</li> <li>0000.5e00.53aa</li> </ul> <p>など</p> <p>先頭の24bitは、OUIと呼ばれるネットワーク機器の製造ベンダーを識別する世界共通の番号です。</p> <p>ブロードキャストMACアドレスは「FF:FF:FF:FF:FF:FF」です。</p> <p>マルチキャストMACアドレスは、先頭の25bitは「01:00:5E」固定で、あとの23bitはマルチキャストグループIPアドレスから計算される値です。</p> <h2 id="フレームスイッチング">フレームスイッチング </h2><p>フレームスイッチングは、ネットワーク機器であるスイッチがデータリンク層（L2）でフレーム単位の転送を行う仕組みのことです。スイッチは、MACアドレステーブルと呼ばれる「MACアドレス」と、「そのMACアドレスに転送する際に使用するポート」の対応表を参照しフレームを転送します。このMACアドレステーブルは、CAMという高速に検索できる特殊なメモリに格納されています。そのため、スイッチのMACアドレステーブルをCAMテーブルと呼ぶこともあります。</p> <p>フレームスイッチングの動作</p> <table> <thead> <tr> <th></th> <th>アクション</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>1</td> <td>スイッチのポート1でPC Aからのフレームを受信します。</td> </tr> <tr> <td>2</td> <td>スイッチは、（PC Aの）送信元MACアドレスと、フレームを受信したポートをテーブルに記録します。</td> </tr> <tr> <td>3</td> <td>スイッチは、テーブルに宛先MACアドレスがあるか確認します。未知のアドレスだったので、フレームを受信したポート以外のすべてのポートにフレームをフラッディングします。この例では、PC BとPC Cの両方がフレームを受信します。</td> </tr> <tr> <td>4</td> <td>宛先MACアドレスと一致するMACアドレスを持つデバイス（PC B）が応答し、フレームをPC A宛に送信します。宛先MACアドレスと一致しないMACアドレスを持つデバイス（PC C）はフレームを破棄します。</td> </tr> <tr> <td>5</td> <td>スイッチは（PC Bの）送信元MACアドレスと、フレームを受信したポート番号をテーブルに記録します。</td> </tr> <tr> <td>6</td> <td>宛先MACアドレスのポートがテーブルに登録されているので、フラッディングを行うことなく、ポート1のみにフレームを送信します。</td> </tr> </tbody> </table> <h3 id="ステップ1">ステップ1 </h3><p>スイッチのポート1でPC Aからのフレームを受信します。</p> <table> <thead> <tr> <th>MACアドレス</th> <th>ポート</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>-</td> <td>-</td> </tr> </tbody> </table> <p><img alt="ステップ1" class="gallery-image" data-flex-basis="426px" data-flex-grow="177" height="371" loading="lazy" sizes="(max-width: 767px) calc(100vw - 30px), (max-width: 1023px) 700px, (max-width: 1279px) 950px, 1232px" src="https://ikamiso.com/p/ethernet/%E5%9B%B31.jpg" width="659"></p> <h3 id="ステップ2">ステップ2 </h3><p>スイッチは、（PC Aの）送信元MACアドレスと、フレームを受信したポートをテーブルに記録します。</p> <table> <thead> <tr> <th>MACアドレス</th> <th>ポート</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>AA:AA</td> <td>1</td> </tr> </tbody> </table> <p><img alt="ステップ2" class="gallery-image" data-flex-basis="426px" data-flex-grow="177" height="371" loading="lazy" sizes="(max-width: 767px) calc(100vw - 30px), (max-width: 1023px) 700px, (max-width: 1279px) 950px, 1232px" src="https://ikamiso.com/p/ethernet/%E5%9B%B32.jpg" width="659"></p> <h3 id="ステップ3">ステップ3 </h3><p>スイッチは、テーブルに宛先MACアドレスがあるか確認します。未知のアドレスだったので、フラッディング（フレームを受信したポート以外のすべてのポートにフレームを送信）します。この例では、PC BとPC Cの両方がフレームを受信します。</p> <table> <thead> <tr> <th>MACアドレス</th> <th>ポート</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>AA:AA</td> <td>1</td> </tr> </tbody> </table> <p><img alt="ステップ3" class="gallery-image" data-flex-basis="426px" data-flex-grow="177" height="371" loading="lazy" sizes="(max-width: 767px) calc(100vw - 30px), (max-width: 1023px) 700px, (max-width: 1279px) 950px, 1232px" src="https://ikamiso.com/p/ethernet/%E5%9B%B33.jpg" width="659"></p> <h3 id="ステップ4">ステップ4 </h3><p>宛先MACアドレスと一致するMACアドレスを持つデバイス（PC B）が応答し、フレームをPC A宛に送信します。宛先MACアドレスと一致しないMACアドレスを持つデバイス（PC C）はフレームを破棄します。</p> <table> <thead> <tr> <th>MACアドレス</th> <th>ポート</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>AA:AA</td> <td>1</td> </tr> </tbody> </table> <p><img alt="ステップ4" class="gallery-image" data-flex-basis="426px" data-flex-grow="177" height="371" loading="lazy" sizes="(max-width: 767px) calc(100vw - 30px), (max-width: 1023px) 700px, (max-width: 1279px) 950px, 1232px" src="https://ikamiso.com/p/ethernet/%E5%9B%B34.jpg" width="659"></p> <h3 id="ステップ5">ステップ5 </h3><p>スイッチは（PC Bの）送信元MACアドレスと、フレームを受信したポート番号をテーブルに記録します。</p> <table> <thead> <tr> <th>MACアドレス</th> <th>ポート</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>AA:AA</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>BB:BB</td> <td>3</td> </tr> </tbody> </table> <p><img alt="ステップ5" class="gallery-image" data-flex-basis="426px" data-flex-grow="177" height="371" loading="lazy" sizes="(max-width: 767px) calc(100vw - 30px), (max-width: 1023px) 700px, (max-width: 1279px) 950px, 1232px" src="https://ikamiso.com/p/ethernet/%E5%9B%B35.jpg" width="659"></p> <h3 id="ステップ6">ステップ6 </h3><p>宛先MACアドレスのポートがテーブルに登録されているので、スイッチは、ポート1のみにフレームを送信します。</p> <table> <thead> <tr> <th>MACアドレス</th> <th>ポート</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>AA:AA</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>BB:BB</td> <td>3</td> </tr> </tbody> </table> <p><img alt="ステップ6" class="gallery-image" data-flex-basis="426px" data-flex-grow="177" height="371" loading="lazy" sizes="(max-width: 767px) calc(100vw - 30px), (max-width: 1023px) 700px, (max-width: 1279px) 950px, 1232px" src="https://ikamiso.com/p/ethernet/%E5%9B%B36.jpg" width="659"></p> <h3 id="macアドレスエントリの保存期間">MACアドレスエントリの保存期間 </h3><p>MACアドレスエントリとは、MACアドレステーブルの1行のことです。 スイッチは、MACアドレステーブルにエントリを追加した際に、このエントリに対してデフォルトで300秒のエージングタイマーを開始します。エージングタイマーが時間切れになると、そのエントリはMACアドレステーブルから削除されます。</p> <h2 id="フレームスイッチングに関するよくある勘違い">フレームスイッチングに関するよくある勘違い </h2><p>フレームスイッチングはシンプルな仕組みですが、いくつか誤解されやすいポイントがあります。</p> <h3 id="スイッチは宛先macアドレスで学習する">スイッチは宛先MACアドレスで学習する </h3><p>間違いです。スイッチが学習するのは送信元MACアドレスです。つまり、フレームを送ったきた方のMACアドレスを記録します。宛先MACアドレスは、テーブルから探すだけです。</p> <h3 id="未知の宛先フレームは破棄される">未知の宛先フレームは破棄される </h3><p>間違いです。未知の宛先フレームはフラッディングされます。</p> <h3 id="フレームスイッチングはipアドレスも影響する">フレームスイッチングは、IPアドレスも影響する </h3><p>間違いです。フレームスイッチングにおいては、L2ヘッダ（MACアドレス）だけを使用し、IPアドレスやポート番号は全く関係ありません。※ただし、L3スイッチのACL、QoSなどの機能ではIPアドレスなどを参照することがあります。</p> <h3 id="ポートとmacアドレスは常に1対1で対応する">ポートとMACアドレスは常に1対1で対応する </h3><p>間違いです。実際には、1つのポートに対して複数のMACアドレスが登録されることもあります。この例では、スイッチ1のポート2に、PC BとPC Cの2つMACアドレスが登録されます。</p> <table> <thead> <tr> <th>MACアドレス</th> <th>ポート</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td>AA:AA</td> <td>1</td> </tr> <tr> <td>BB:BB</td> <td>2</td> </tr> <tr> <td>CC:CC</td> <td>2</td> </tr> </tbody> </table> <p><img alt="例" class="gallery-image" data-flex-basis="479px" data-flex-grow="199" height="343" loading="lazy" sizes="(max-width: 767px) calc(100vw - 30px), (max-width: 1023px) 700px, (max-width: 1279px) 950px, 1232px" src="https://ikamiso.com/p/ethernet/%E5%9B%B37.jpg" width="685"></p> <h3 id="スイッチは複雑で難しい">スイッチは複雑で難しい </h3><p>間違いです。スイッチの基本機能は、宛先MACアドレスとMACアドレステーブルに従ってフレームを転送する。ただそれだけです。</p> <h2 id="おわり">おわり </h2><p>以上、イーサネットとフレームスイッチングの基本でした!</p>