MAC アドレスは正確に何に使用されますか?

ローカルネットワーク上のすべてのハードウェアには、ローカルルーターまたはサーバーによって割り当てられた IP アドレスに加えて、MAC アドレスがあります。そのMACアドレスは一体何のためにあるのでしょうか？

今日の質疑応答セッションは、コミュニティ主導の Q&A Web サイトのグループである Stack Exchange の下位部門である SuperUser のご好意で提供されました。

質問

スーパーユーザーの読者である Vishnu Vivek は、MAC アドレスとその機能に興味を持っています。

IP アドレスは階層的であるため、インターネット全体のルーターがパケットを転送する方向を認識していることを理解しています。 MAC アドレスには階層がないため、パケット転送はできません。したがって、MAC アドレスはパケット転送には使用されません。

理由もなくそこにあるわけではないと思います。そこで私の質問は、パケット転送中に MAC アドレスが正確にどこで機能するのかということです。

本当にどこでしょうか？ MAC アドレスの具体的な機能は何ですか?

答え

SuperUser の寄稿者 Werner Henze は、MAC アドレスの機能についていくつかの洞察を提供しています。

MAC アドレスは何に使用されますか?

MAC アドレスは、イーサネットベースのネットワークを機能させるための低レベルの基本です。

ネットワークカードにはそれぞれ固有の MAC アドレスがあります。イーサネット上で送信されるパケットは常に MAC アドレスから送信され、MAC アドレスに送信されます。ネットワークアダプターがパケットを受信すると、パケットの宛先 MAC アドレスとアダプター自体の MAC アドレスが比較されます。アドレスが一致する場合、パケットは処理され、一致しない場合、パケットは破棄されます。

特別な MAC アドレスがあり、たとえば ff:ff:ff:ff:ff:ff です。これはブロードキャストアドレスであり、ネットワーク内のすべてのネットワークアダプタをアドレス指定します。

IP アドレスと MAC アドレスはどのように連携しますか?

IP は、イーサネットの上の層で使用されるプロトコルです。たとえば、別のプロトコルは IPX です。

コンピュータが IP アドレス xxxx にパケットを送信したい場合、最初にチェックされるのは、宛先アドレスがコンピュータ自体と同じ IP ネットワーク内にあるかどうかです。 xxxx が同じネットワーク内にある場合は、宛先 IP に直接到達できます。そうでない場合は、パケットを構成されたルーターに送信する必要があります。

これまでのところ、状況はさらに悪化しているようです。現在、2 つの IP アドレスがあるためです。1 つは元の IP パケットのターゲットアドレスで、もう 1 つはパケットの送信先デバイスの IP (ネクストホップ、最終ホップのいずれか)宛先またはルーター）。

イーサネットは MAC アドレスを使用するため、送信者はネクストホップの MAC アドレスを取得する必要があります。そのために使用される特別なプロトコル ARP (アドレス解決プロトコル) があります。送信者はネクストホップの MAC アドレスを取得したら、そのターゲット MAC アドレスをパケットに書き込み、パケットを送信します。

ARPはどのように機能しますか?

ARP 自体は、IP や IPX のようなイーサネット上のプロトコルです。デバイスが特定の IP アドレスの MAC アドレスを知りたい場合、ブロードキャスト MAC アドレスに「IP アドレス yyyy を持っているのは誰ですか?」というパケットを送信します。すべてのデバイスがそのパケットを受信しますが、IP アドレス yyyy を持つデバイスだけが「私です」というパケットで応答します。質問したデバイスは応答を受信し、送信元 MAC アドレスが使用する正しい MAC アドレスであることがわかります。もちろん、結果はキャッシュされるため、デバイスは毎回 MAC アドレスを解決する必要はありません。

ルーティング

言い忘れるところでしたが、MAC アドレスに基づくルーティングはありません。低レベルのイーサネットおよび MAC アドレスは、同じネットワーク (有線または無線) 上のすべてのデバイスにのみ到達できます。ルーターが間にある 2 つのネットワークがある場合、ネットワーク A のデバイスからネットワーク B のデバイスの MAC アドレスにパケットを送信させることはできません。ネットワーク A のデバイスはネットワーク B のデバイスの MAC アドレスを持っていないため、この MAC アドレスへのパケットは、ネットワーク A 内のすべてのデバイスによって (ルーターによっても) 破棄されます。

ルーティングは IP レベルで行われます。単純に見ると、ルーターは上記の「IP アドレスと MAC アドレスはどのように連携するのか?」セクションで説明したことを実行しているだけです。ルーターは、それ自身の MAC アドレスのパケットを受信しますが、別の IP アドレスのパケットを受信します。次に、ターゲットの IP アドレスに直接到達できるかどうかを確認します。そうであれば、パケットをターゲットに送信します。それ以外の場合、ルーター自体にも上流ルーターが設定されており、そのルーターにパケットが送信されます。

もちろん、複数のルーターを構成することもできます。ホームルーターには上流ルーターが 1 つしか設定されていませんが、インターネットのバックボーンでは、大きなルーターには大きなルーティングテーブルがあり、すべてのパケットに最適な方法を知っています。

MAC アドレスのその他の使用例

ネットワークスイッチは、すべてのポートで認識される MAC アドレスのリストを保存し、パケットを認識する必要があるポートにのみパケットを転送します。

ワイヤレスアクセスポイントは、アクセス制御に MAC アドレスを使用することがよくあります。正しいパスフレーズを持つ既知のデバイス (MAC アドレスは一意であり、デバイスを識別します) へのアクセスのみが許可されます。

DHCP サーバーは MAC アドレスを使用してデバイスを識別し、一部のデバイスに固定 IP アドレスを与えます。