【ネットワーク基礎】機器をつないで通信する〜L2での通信〜

実際にL2での通信の仕組みを見ていきます。L2はOSI参照モデルではデータリンク層に当たります。

L2の通信の仕組みはかなりシンプルですが、これを理解すると自宅のネットワークの通信がどうなっているかのイメージがつくようになります。

L2での通信での登場人物

L2における通信を理解する上で、抑えておきたい用語を先に解説します。

MACアドレス

MACアドレスとはMedia Access Control Addressの略で、ネットワークインターフェースカード(NIC)に付与されている番号のことです。

NICとは要するにLANケーブルを指すあのポートのことです。

LANケーブルを指す口自体はRJ45コネクタといい、コネクタから基盤を通してPCIeスロットなどに刺して、コンピューターに接続されます。そのコネクタと基盤、PCIeの端子が一緒になった部品のことをNICと呼びます。

この物理的な部品に対して、MACアドレスが付与されています。（コネクタ毎）

物理的と言いましたが、VMwareの仮想マシンであればネットワークアダプタに対してMACアドレスが割り当てられ、AWSのEC2であればENI単位でMACアドレスが割り当てられています。

IPアドレス

IPアドレスはIPv4とIPv6という２つのバージョンが有り、ここではIPv4のみに絞って話をします。

IPv4アドレスは8bit×4の数字で表される数字のことで、192.168.1.1のようなものがIPアドレスです。

基本的には、MACアドレスと１対１で紐付きます。

ARP

ARPとはAddress Resolution Protocolの略で、IPアドレスからMACアドレスを得るためのプロトコルのことです。MACアドレスからIPアドレスを得る逆向きのプロトコルはRARPといいます。

PCやサーバー、NW機器は各々がこのarpを使って接続されているNICの先にいる端末のMACアドレスとIPを紐付けて管理しています。この管理しているテーブルのことをARPテーブルと呼びます。

• ARPテーブルの例

? (172.20.10.1) at 10:c0:e:a8:5d:99 on en0 ifscope [ethernet]
? (239.255.255.250) at 9:2:3d:d7:58:b3 on en0 ifscope permanent [ethernet]

L2スイッチの仕組み

では実際にL2での通信がどのように行われているか追っていきます。

下のスライドの中で、PC①とNAS②が通信する場合を考えます。

PC①とNAS②の経路の間にはスイッチ①とスイッチ②があります。これらはどちらもスイッチングハブ、つまりL2スイッチです。

上の図だと分かりづらいですが、ハブにLANケーブルを刺してPC①に接続しているところを想像してみてください。

各端末がつながっているわけではなく、物理的にはスイッチが各端末とつながっている形を取ります。

つまり経路は　PC①↔スイッチ②↔スイッチ①↔NAS②となります。

ラーニングブリッジ

スイッチの中にはラーニングブリッジの機能を保持しているものがあります（現在のスイッチはほとんど持っていると思います）

ラーニングブリッジとは、一度通信した相手側のMACアドレスを自分で保持しておいて、隣のセグメントに流すかどうかを自分で判断します。

このようにしてL2での通信が行われます。

まとめ

本記事ではL2での通信の流れを解説しました。

L2では特に難しいルーティングの考え方などもなく、直感的な流れだったと思います。

L2で学習すべき項目は他に無線LANや、VLANなどの技術がありますが、まずは基本となる上記の用語と通信フローを抑えておくと良いかと思います。

WEBページが表示されるまでのネットワークの基礎知識についてはこちらの記事でまとめています。

【ネットワーク基礎】WEBページが表示されるまでを理解する

先日Flutter大学というオンラインサロン内の勉強会にて、ネットワークの基礎知識について1時間半ほど登壇してきましたので、このブログでも文章として説明を残そうと思います。 この記事はアプリ開発の経験もしくは多少の知識はあるけど、コンピュー...

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2021.10.18