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最適ネットワーク機器選択術 2.イーサネットの基礎の基礎2-2. イーサネットのフレーム形式とコリジョン ドメイン河部 拓 |
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MACアドレスとフレーム形式
イーサネットでは、前述のように各機器が1つの伝送メディアを共有している。つまり各機器は、伝送メディアの中を流れるデータの内容をすべて見ることができるということだ。では、各機器はどのようにして自分宛のデータとほか宛のデータを区別しているのだろうか？ 実は、イーサネットでは各機器、正確にはイーサネットのインターフェイスに対して固有の番号が付けられている。データを送る際には、データに受取り手の番号を付け加えて、伝送メディアへと送り出すのである。この番号は、MAC（Media Access Control）アドレスと呼ばれ、6bytes（48bit）のデータ列から構成されている。表記するときには、16進数で各byteの間にハイフン、あるいはコロンを付けた形式とするのが一般的だ。たとえば、「00:00:E2:29:69:E0」や「00-00-E2-29-69-E0」といった具合である。6bytesのうち上位（表記では左側）の3bytesは、ネットワーク カードを製造しているベンダごとに異なる番号が割り当てられている。また、下位3bytesは、各ベンダごとに独自に管理することになっている。この上位3bytesと下位3bytesの組み合わせでできる番号は、世界で唯一でなければならない（実際には、ソフトウェアでMACアドレスを変更できるようになっているイーサネット カード／機器もあるので、本当の「唯一絶対」とはなっていないようだが）。前述のMACアドレスの例では、上位3bytesは「00:00:E2」となっており、このカードのベンダがAcer Technologiesであることを表している。
Windowsを使っているなら、このMACアドレスは簡単に調べることができる。Windows 95／98の場合、[スタート メニュー]-[ファイル名を指定して実行]を選択し、「WINIPCFG.EXE」というプログラムを実行していただきたい。[IP設定]というウィンドウが表示されるが、このなかの［アダプタ アドレス]という項目が、PCに搭載されているネットワーク カードのMACアドレスだ。Windows 2000の場合、[スタート メニュー]-[管理ツール]から[コンピュータの管理]アプレットを起動し、[コンポーネント ツリー]から[システム情報]-[コンポーネント]-[ネットワーク]-[アダプタ]を選択する。すると[項目]にMACアドレスが表示されるはずだ。また、Windows 98／2000の場合は、コマンド ラインから「IPCONFIG.EXE」を「IPCONFIG /ALL」として実行することでも、MACアドレスを知ることができる。
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| WINIPCFG.EXEでMACアドレスを表示させたところ | |||
| WINIPCFG.EXEを実行することで、MACアドレスのほか、割り当てられているIPアドレスや設定されているサブネット マスク、デフォルト ゲートウェイを調べることができる。 | |||
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| [コンピュータの管理]アプレットでMACアドレスを調べる | |||
| [コンピュータの管理]アプレットを使うと、このように多くの情報を得ることができる。うまく通信が行えないといったときは、このアプレットを起動し、正しく設定が行われているか確認するとよい。 | |||
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MACアドレスからカード ベンダを調べるには、IEEEのウェブページを参照し、各ベンダのMACアドレスの上位3bytesを調べればよい。
さて、話を送信先の指定方法に戻そう。イーサネットでは、データの送信時にデータ本体の前後に各種の付加情報を付けて送り出している。こうして、最終的に組み上げられた送信単位は「フレーム」と呼ばれる。付加情報のうちここで取り上げるのは、データの先頭に付けられている送信先のMACアドレスと、送信元のMACアドレスの2つである。送信先のMACアドレスにはデータの受取り手のものが、送信元のMACアドレスにはデータの送り手のものがそれぞれ挿入される。この送信先のMACアドレスにより、データの送り先が指定されている。各機器は、自分が接続された伝送メディア上に流れるデータを常に監視し、送信先のMACアドレスが自分のものであるかどうかをチェックする。もし、自分宛のものであれば、そのデータをすべて取り込み、他人宛であれば無視するというわけだ（実際には「ブロードキャスト」という、データの送信先を指定せずに、不特定多数の相手に向けて同時に送信する方法もあるので、自分宛だけを取り込むわけではない）。
イーサネットのフレームには、上述の各付加情報（「フィールド」という）のほか、さらにいくつかの情報が加えられる。フレーム全体の形式は以下の図のとおりだ。
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| イーサネットのフレームの構成 | ||||||||||||
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データ本体は、フレーム内で46bytes〜1500bytesの範囲に収まるようになっている。データが1500bytesより大きい場合は、1500bytes以下に分割して送信を行うようになっている。逆に、データが46bytesより小さい場合は、46bytesになるように「Pad（パッド）」と呼ばれるダミー データが付け足され、合計フレーム長が64bytesになるよう調整される。こうした調整の作業は、イーサネットより上位層（上位層としてTCP/IPを使用している場合はIP層）の役目だ。ここでいう上位層とは、ネットワークの世界ではよく使われる「OSI参照モデル（開放型システム相互接続）の7階層モデル」に基づくものだ。OSI7階層モデルについては、ネットワーク関連の書籍に詳しく解説されているので、そちらを参照されたい。
ところで、「データを送ろうとしている機器は、どうやって送信先のMACアドレスを知るのか？」という疑問を持つ方もいるだろう。実は、これはイーサネットの仕組みだけでは説明できない。送信先のMACアドレスを知るための手段は、やはり上位層の役割であるからだ。IPパケットの送信の際に、ARP（Address Resolution Protocol）という仕組みより、送信先のIPアドレスからMACアドレスを得るのだ。詳細については、本記事の範疇を越えるので説明を省略するが、いろいろな仕組みによって、IPアドレスなどから通信相手いのMACアドレスを取得できると思っていただきたい。このあたりの仕組みについては、ほとんどの「TCP/IP」の解説書にて説明がされているが、ここでは参考文献として「マスタリングTCP／IP応用編（Philip Miller著 苅田 幸雄訳 オーム社刊）」を紹介しておこう。この書籍では、先ほどのOSI7階層モデルの説明も含めて、ネットワーク技術に関して全般的に説明がなされている。
コリジョン ドメインと伝送距離
CSMA/CDでは、コリジョンの検出が重要なポイントとなる。発生したコリジョンは確実に検出され、再送が実行されなければならないからだ。しかし、LANの大きさがある規模以上になると、これが困難になる。これはフレームの長さとも関連する。
イーサネットの最小のフレーム長は、前述のように64bytes（512bits）である。インターフェイスがこの64bytesを伝送メディアへと送り出すのに要する時間は、10BASE-Tの場合、伝送速度が10Mbits/sであることから51.2μsec（10のマイナス6乗秒）になる。この時間内に、ほかの機器のインターフェイスが送り出した信号が届かなければ、コリジョンは検出できない。逆にいえば、この時間内に信号が届く範囲にネットワークの大きさが制限されるということになる。このコリジョンが検出可能なネットワークの大きさを「コリジョン ドメイン」と呼び、10BASE-Tではこれが2500mとなっている。ただし、10BASE-Tではコリジョン ドメインとは別に、セグメント長（UTPケーブルで接続された機器間の距離）が100mという制限が存在する。またハブでは、ケーブルよりも信号の伝達時間がかかるため、4段までのカスケード接続に制限され、5セグメント（セグメント長は最大100メートル）までしか保証できないことになっている。
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| コリジョンの検出 |
| 10BASE-Tのコリジョンの検出が可能な距離は、51.2μsecでデータが進む距離の2倍である。規格では、2500mに定められている。 |
| 更新履歴 | ||||
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【2000/07/26】 「MACアドレスとフレーム形式」の段落に、 「前述のMACアドレスの例では、上位3bytesは「00:00:E2」となっており、このカードのベンダがAcer Technologiesであることを表している。」 の誤りでした。また、その下にあります画面「WINIPCFG.EXEでMACアドレスを表示させたところ」のキャプションに、 「ここでいうアダプタ アドレスがMACアドレスのこと。このカードでは、ベンダが00-00-E2であることから、インテル製であることが分かる。」 とありますが、正しくは、 「ここでいうアダプタ アドレスがMACアドレスのこと。このカードでは、Intel EtherExpress PRO PCI Adapter用ドライバが利用されているが、MACアドレスのベンダ部分が00-00-E2であることから、カード自体はAcer Technologies製であることが分かる。」 の誤りでした。お詫びして訂正させていただきます。 |
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| INDEX | |||
| ［特集］最適ネットワーク機器選択術 | |||
| 1. | イントロダクション | ||
| 2. | イーサネットの基礎の基礎 | ||
| 2-1. | イーサネットの基本はCSMA/CD方式にある | ||
| コラム：IEEE802の各種規格 | |||
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2-2. | イーサネットのフレーム形式とコリジョン ドメイン | |
| 2-3. | 現在の主流、100BASE-TXを知る | ||
| コラム：10BASE／100BASE以外のLAN規格 | |||
| 3. | |||
| 3-1. | デスクトップPCには100BASE-TX PCIカードが最適 | ||
| コラム：できれば避けたいISAイーサネット カード | |||
| 3-2. | 一般的な100BASE-TX PCIカードの選択ポイント | ||
| 3-3. | 100BASE-TX PCIカードの付加機能をチェックする | ||
| コラム： イーサネット カードにおけるサーバ用とクライアント用の違い | |||
| 3-4. | ノートPC用にはPCカードから選ぶ | ||
| 3-5. | 100BASE-TX CardBusか、10BASE-T 16bit PCカードか？ | ||
| 3-6. | PCカードならケーブルの接続方式がポイント | ||
| 3-7. | イーサネット ケーブル直結方式は便利か？ | ||
| コラム：USBによるイーサネット接続 | |||
| 3-8. | デバイス ドライバは重要な選択ポイント | ||
| 3-9. | もう1つのソフトウェア サポート − ユーティリティ | ||
| コラム：Linuxのためのイーサネット カード選び | |||
| 4. | |||
| 4-1. | ハブ／スイッチの種類と機能 | ||
| 4-2. | ハブ／スイッチ選択の基礎知識 | ||
| コラム：そのほかのネットワーク機器 | |||
| 4-3. | ハブ／スイッチ選択のポイント | ||
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「PC Insiderの特集」 |
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