-ネットワーク基礎-データリンク層（L2）【ネスペ・CCNA】

CCNA

データリンク層とは

OSI参照モデルの第2層。
同一ネットワーク内で、正確にデータを届けるための仕組みを担っています。
主なキーワードは「MACアドレス」「フレーム」「スイッチ」などです。

① MACアドレスとARPの仕組み

● MACアドレスとは？

  • 機器を識別するための「物理アドレス」
  • 48ビット（6バイト）で構成
    • 前半24ビット：ベンダーコード
    • 後半24ビット：シリアル番号
  • 16進数で表記（例：00-1A-2B-3C-4D-5E）

● ARPとは？

IPアドレスからMACアドレスを求めるプロトコル（Address Resolution Protocol）

ARPの基本フロー

  1. 送信先のMACアドレスがARPテーブルにあるか確認
  2. ない場合 → 同一ネットワークにARPリクエスト（ブロードキャスト）
    　　「このIPアドレス、誰？」
  3. 対象の端末は**ARPリプライ（ユニキャスト）**で応答
    　　「俺だよ！」
  4. 送信元はその情報をARPテーブルに登録

外部ネットワークとの通信時

  1. 宛先IPのサブネットマスクを確認し、外部ネットワークと判断
  2. デフォルトゲートウェイのMACアドレスをARPで取得
  3. 以降の転送はルーターがネットワーク部を基に中継

② イーサネット（Ethernet）

● フレームの構造（IEEE 802.3）

項目サイズ説明
宛先MACアドレス6バイト送り先の識別子
送信元MACアドレス6バイト送信元の識別子
タイプ2バイト上位プロトコルを識別（IPv4など）
データ46〜1500バイト実際のデータ
FCS4バイトフレーム誤り検出（Frame Check Sequence）

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)

初期のイーサネット（ハブを使用した環境など）で使われていたアクセス制御方式です。現在はスイッチングハブの普及によりあまり使われていません。

  • キャリア感知 (Carrier Sense): 通信路の空きを確認します。
  • 多重アクセス (Multiple Access): 複数のノードがアクセスできます。
  • 衝突検出 (Collision Detection): 衝突が発生した場合に検出します。
  • 動作の流れ:
    1. キャリア感知: 通信路が空いているかを確認します。
    2. 送信開始: データ転送を開始します。
    3. 衝突検出: 他のデータ転送と重なった（衝突した）ことを検出します。
    4. ジャム信号送出: 「衝突発生」の信号を全体に送ります。
    5. バックオフ（再送待ち）: 各ノードがランダムな時間待ってから再送を行います。

③ スイッチの仕組み

● スイッチとは？

レイヤ2（データリンク層）の機器。
MACアドレスを基にフレームを転送します。

● 主な機能

  1. バッファリング（ストア＆フォワード）
    　フレームを一時的に保管してから転送する。
  2. 全二重通信／半二重通信
    　- 全二重：送受信を同時に実行
    　- 半二重：送信か受信のどちらかのみ
  3. MACアドレス学習
    　受信ポートと送信元MACを記録して、宛先ポートを学習。
    　宛先が不明な場合は**フラッディング（全ポート送信）**を行う。
機能説明
MACアドレス学習フレームの送信元MACアドレスを見て、どのポートにそのMACアドレスの機器が接続されているかを学習し、MACアドレステーブルに登録します。
フラッディングMACアドレステーブルに送信先MACアドレスがない場合、フレームを受信したポートを除く全ポートにフレームをブロードキャストして、宛先を探します。
バッファリング伝送するフレームを一時的にスイッチ内で保管する機能です。この転送方式をストアアンドフォワードと呼びます。
全二重通信／半二重通信スイッチは基本的に全二重通信（送信・受信を同時に可能）で動作します。

● ハブとの違い

項目ハブスイッチ
層物理層（L1）データリンク層（L2）
転送方式全ポートに送信MACアドレスで選別
通信半二重全二重
コリジョンドメイン全体で1つポートごとに独立

コリジョンドメイン:

  • データの衝突が発生する範囲のこと。スイッチのポートは、それぞれが独立したコリジョンドメインを構成します。

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