MACアドレスとは？L2通信の仕組み・IPアドレスとの違いを図解で解説

前の記事では、TCP/IPモデルを使って HTTP・TCP・IP・Ethernetがそれぞれ異なる役割を担当している ことを学びました。

その中で、TCP/IPモデルの最下層にあたる ネットワークインターフェース層では、 Ethernetなどを利用して実際にLAN内でデータを転送します。

ここで重要になるのが、 MACアドレス（Media Access Control Address）です。

MACアドレスを学び始めると、多くの初学者が次の疑問を持ちます。

この疑問を解消すると、 Ethernet、L2スイッチ、IPアドレス、ルーターなど、 これから学習するネットワーク技術同士の関係が見えやすくなります。

MACアドレスとは？

MACアドレスとは、 Ethernetなどのデータリンク層（L2）の通信で、 ネットワークインターフェースを識別するために使われるアドレス です。

一般的なEthernetのMACアドレスは 48ビット（6バイト）で構成され、 次のような形式で表されます。

16進数で12桁の値が並び、 環境によってコロンやハイフンなどで区切って表示されます。

MACアドレスはOSI参照モデルの第2層で使われる

以前学んだOSI参照モデルでは、 MACアドレスは 第2層（データリンク層） と深く関係します。

TCP/IPモデルでは、 Ethernetなどの機能は ネットワークインターフェース層 として整理されます。

つまり、前の記事で学習したTCP/IPモデルの最下層を もう少し詳しく見ているのが今回の記事です。

IPアドレスがあるのに、なぜMACアドレスが必要なのか

MACアドレスを理解するうえで、 ここが最も重要なポイントです。

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が、 使われる階層と役割が異なります。

同じLAN内ではMACアドレスを使ってフレームを届ける

具体的な通信を見てみましょう。

同じLANの中にPC-AとPC-Bがあるとします。

PC-AからPC-BへEthernetフレームを送る場合、 フレームには送信元MACアドレスと宛先MACアドレスが含まれます。

L2スイッチは、 この宛先MACアドレスを確認して、 適切なポートへEthernetフレームを転送します。

MACアドレスはEthernetフレームに含まれる

Ethernetでは、 データをフレーム（Ethernetフレーム） という単位で転送します。

細かなフィールドはありますが、 初学者の段階では次のようなイメージを持っておけば十分です。

つまり、 IPパケットなどのデータをEthernetで運ぶ際に、 その外側へ 送信元MACアドレスや宛先MACアドレスなどのL2情報 が付けられます。

L2スイッチはMACアドレスを見てフレームを転送する

L2通信で重要な機器が L2スイッチです。

スイッチは、 受信したフレームの送信元MACアドレスなどから 「どのMACアドレスの機器がどのポート側にいるのか」を学習します。

学習した情報は、 MACアドレステーブル などと呼ばれるテーブルに保持されます。

たとえば宛先MACアドレスが BB-BBのフレームを受信すると、 スイッチはMACアドレステーブルを確認します。

BB-BBがPort 2に存在すると分かっていれば、 フレームをPort 2へ転送できます。

宛先MACアドレスをスイッチが知らない場合はどうなる？

では、宛先MACアドレスが MACアドレステーブルに登録されていなかった場合はどうなるでしょうか。

このようなフレームは Unknown Unicast（未知のユニキャスト） として扱われます。

L2スイッチは基本的に、 受信したポートを除く同一VLAN内のポートへ フレームを転送します。

この動作を フラッディング と呼びます。

その後、通信によってMACアドレスを学習すれば、 以降は必要なポートへ絞って転送できるようになります。

MACアドレスにはブロードキャストアドレスもある

Ethernetでは、 特定の1台だけではなく、 同じL2ネットワーク上の端末全体へフレームを送る場合もあります。

そのとき利用される代表的なアドレスが ブロードキャストMACアドレスです。

今の段階では、 「FFが6個並んだMACアドレスはブロードキャスト」 と覚えておけば十分です。

MACアドレスはどのような形式になっている？

一般的なEthernet MACアドレスは48ビット、 つまり6バイトで構成されています。

合計すると、

MACアドレスの一部には、 ネットワーク機器のベンダーを識別する OUI（Organizationally Unique Identifier） が関係しています。

ただし、MACアドレスの割り当て方式や ローカルアドレスなどの詳細まで、 この段階で暗記する必要はありません。

MACアドレスは絶対に変更できない？

初心者向けの説明では、 MACアドレスを 「機器固有の変更できない番号」 と表現することがあります。

しかし、これは完全に正確ではありません。

特に近年のスマートフォンなどでは、 プライバシー保護のためにWi-Fi接続時のMACアドレスを ランダム化する機能もあります。

初級では、 「EthernetなどのL2通信でインターフェースを識別するためのアドレス」 と理解しておけば問題ありません。

ここで実際に試してみよう：L2スイッチの転送先を判断しよう

ここまでの内容を使って、 スイッチがEthernetフレームをどのポートへ転送するのか確認してみましょう。

宛先MACアドレスを選択すると、 MACアドレステーブルを参照した結果が表示されます。

理解度チェック：MACアドレスとIPアドレスを区別してみよう

次は、 どの情報がL2で使われ、 どの情報がL3で使われるのかを確認します。

MACアドレスは実際のネットワーク運用でも確認する

MACアドレスは、 資格試験のためだけに覚える知識ではありません。

実際のネットワーク運用やトラブルシューティングでも、 頻繁に確認する情報です。

確認問題：MACアドレスとL2通信を理解できたか確認しよう

最後に3問の確認問題へ挑戦してみましょう。

MACアドレスを理解したら、次はIPアドレスを理解しよう

ここまでで、 MACアドレスを使って 同じL2ネットワーク上でEthernetフレームを転送する仕組み を理解しました。

しかし、ネットワーク通信では 同じLAN内だけでなく、 別のネットワークに存在する端末とも通信する必要があります。

そこで重要になるのが、 OSI参照モデルの第3層で利用される IPアドレスです。

次の記事では、 IPv4アドレスの基本的な構造や、 ネットワーク部・ホスト部、 プライベートIPアドレスなどを学習していきます。

まとめ

今回は、MACアドレスとL2通信の基本について解説しました。