Ethernet

データリンク層：同じネットワークにいる端末を識別し、物理層の上でビット列を正確に伝送する仕組みを提供

デジタルデータ全体の整合性をチェックすることによって、物理層だけでは訂正しきれないエラーを検知し、デジタルデータとしての信頼性を担保。

「MACアドレス」で送信端末と受信端末を識別。

現代のネットワークでは有線LANなら「イーサネット」、無線LANなら「Wi-Fi」がデファクトスタンダード。

かつては「Apple Talk」「トークンリング」などがあったが淘汰された

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図：OSI参照モデルのデータリンク層

(ネットワーク層からIPパケットを受け取る。カプセル化する(イーサネットヘッダ、イーサネットトレーラをつける)。物理層にイーサネットフレームを渡す。

受信端末はその逆)

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イーサネットでは、どのようなフォーマットでカプセル化(イーサネットフレーム)を行い、どのようにしてエラーを検知するかが定義されている。

「イーサネットⅡ規格」「IEEE802.3規格」の2種類がある。

「イーサネットⅡ規格」=「DIX2.0規格」とも呼ばれる。

DEC社、Intel社、Xerox社の頭文字。

イーサネット = イーサネットⅡといっても良いくらい浸透している。

Webからファイル共有、メール、認証までTCP/IPでやり取りするほとんどのパケットがイーサネットⅡを使用している。

1982年に発表されてから現在まで全く変わっていない。

「プリアンブル」「宛先/送信元MACアドレス」「タイプ」「イーサネットペイロード」「FCS」の５つのフィールドで構成。

前３つを合わせて「イーサネットヘッダー」、FCSを「イーサネットトレーラー」ともいう。

図：イーサネットⅡのフレームフォーマット

・プリアンブル

「これからイーサネットフレームを送る」という合図を意味する8バイト。

先頭から「10101010」が7つ送られ、最後に「10101011」が1つ送られる。

・宛先/送信元MACアドレス

MACアドレスはイーサネットネットワークに接続している端末を識別する6バイトのID。

受信側は関係ないアドレスだったら破棄する。送信元MACアドレスをみてどの端末から来たイーサネットフレームなのかを判別。

・タイプ

ネットワーク層(L3)でどんなプロトコルを使用しているかを表す2バイトのID。

IPv4なら0x0800 , IPv6なら0x86DD

・イーサネットペイロード

データそのもの。

デフォルトで46～1500バイト。

46バイトに足りない場合はパディングする。

最大サイズはMTUと呼び、デフォルト1500バイトだがそれより大きくすることも可能。「ジャンボフレーム」と呼ぶ。

・FCS

フレームが壊れていないか確認するための4バイトのフィールド。壊れていたら破棄する。

MACアドレス

イーサネットにおいて最も重要なフィールド。

LANに接続している端末の識別ID。

物理マシンならROMに書き込まれる。仮想マシンならデフォルトでハイパーバイザーから仮想NICに対して割り当てられる。

MACアドレスの中でも先頭から8ビット目(I/Gビット)と7ビット目(U/Lビット)は特別な意味を持つ。

I/Gビット(Indivisual/Groupビット):通信の種類

0 = ユニキャスト(1:1の通信)

1 = マルチキャスト(1:nの通信)

マルチキャストアドレスが送信元MACアドレスにセットされることはない。

マルチキャストアドレスの中でも48ビットすべてが1(FF:FF:FF:FF:FF:FF)のことをブロードキャストアドレスといい、同じLANに接続するすべての端末を表す。

図：通信の種類(ユニキャスト、マルチキャスト、ブロードキャスト)

U/Lビット(Universally/Locallyビット):運用管理方法

そのMACアドレスがIEEEで管理されているユニバーサルアドレスか、組織内で運用されているローカルアドレスかを表す。

０：原則として世界で唯一無二

１：独自設定 or OSがランダムで割り当てたアドレス

※WireSharkではLGビットと表記される

イーサーネットフレームを受け取ったインターフェースはMACアドレスを1Byteずつ取り込み、後ろから先頭に向かって順に処理する。

したがってI/Gビットが最初にNICで処理され、次にU/Lビットが処理される

U/Lビットが0つまりユニバーサルアドレスの場合、上位24bitがベンダーコードになる。=OUI(Organizationally Unique Identifier)

下位24bitは各ベンダーが割り当てているシリアルコード。=UAA(Universally Administered Address)

図：OUIとUAA

1つのLANに同じMACアドレスを持つ端末が複数存在すると、その端末は正常に通信できない。