-ネットワーク基礎-データリンク層（L2）【ネスペ・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）

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● 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

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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
FCS	4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。