第7回 イーサネット（その２） - イーサネットのフレーム構造：詳説 TCP/IPプロトコル（1/3 ページ）

TCP/IPとともに広く普及したイーサネット。今回は、イーサネットのフレーム構造とMACアドレスについて解説。

[岡部泰一，著]

　

連載目次

　IEEE 802では、データリンク層を、上位のLLC（論理リンク制御）副層と下位のMAC（メディアアクセス制御）副層に分けており、このうちイーサネットの規格に含まれるのがMAC副層である。今回は、そのMAC副層で送受信されるイーサネットのフレームの構造について見てみることにする。まずはMACアドレスについて解説し、その後フレームの構造を説明する。

MACアドレス

　ネットワークに接続されているステーションを特定するために使うのが「MACアドレス（Media Access Control address）」で、「イーサネット・アドレス」や「物理アドレス」、「ハードウェア・アドレス」などとも呼ばれている。MACアドレスは、イーサネット・インターフェイスごとに割り当てられている番号で、１つのステーション（マシン）が複数のイーサネット・インターフェイスを持つ場合は、それぞれのインターフェイスごとに異なるMACアドレスが割り当てられている。イーサネット・アドレスは、もともとのDIX規格では48bit長として定義されていたが、IEEE 802.3では、48bit長のほかに16bit長の短い形式も定義していた。しかし現在では48bit長のアドレスのみが利用されている。MACアドレスは「12:34:56:78:9A:BC」または「12-34-56-78-9A-BC」というふうに、各オクテットを「:（コロン）」または「-（ハイフン）」で区切った16進数で表記するのが一般的である。

　MACアドレスには「ユニキャスト・アドレス」と「マルチキャスト・アドレス」という2つの種類がある。ユニキャスト・アドレスはただ１つの宛先を表し、マルチキャスト・アドレスはグループ分けされた複数の宛先を表す。さらにマルチキャスト・アドレスの特別なタイプとして、すべてのビットが1になっている「ブロードキャスト アドレス」がある、これはネットワーク（イーサネット・フレームが到達できる範囲、以降「ネットワーク」はこの意味で使う）上のすべてのステーション宛であることを表す、特別なアドレスである。ユニキャスト・アドレスとマルチキャスト・アドレスは、MACアドレスを伝送するときの先頭のビット（第1ビット）である「I/Gビット」で判断する。I/Gビットの値が0であればユニキャスト・アドレス、1であればマルチキャスト・アドレスである。なおイーサネットでは（イーサネットに限らず、一般的なパラレル→シリアル伝送でも同様であるが）オクテット内のビットの伝送はLSB（Least Significant Bit：最下位ビット）からMSB（Most Significant Bit：最上位ビット）の順に行われる。そのため、I/Gビットは第1オクテットのLSBということになる。

MACアドレスのフォーマット
MACアドレスは、48bit（6オクテット）から構成されており、最初の3オクテットはOUIと呼ばれ、最後の3オクテットは各ベンダが管理する番号になっている。各オクテットを伝送する場合は、それぞれの最下位bitから順番に送信されるので、最初のビットは、第1オクテットの最下位ビット（「I/G」ビット）となる。「I/G」は802.3用語で「Individual Address（個別アドレス）／Group Address（グループ・アドレス）」の略。「G/L」はGlobalとLocalの略。I/Gが0なら個々のステーション宛、1なら複数のステーション宛であることを表す。すべて1ならば「ブロードキャスト・アドレス」となり、すべてのステーション宛になる。

　ユニキャスト・アドレスにはさらに「グローバル・アドレス」と「ローカル・アドレス」という2つの分類がある。グローバル・アドレスとローカル・アドレスはMACアドレスを伝送するときの第2ビット（2番目に伝送されるビット）である「G/Lビット」の値で判断する。G/Lビットが0であればグローバル・アドレス、1であればローカル・アドレスである。

　イーサネットはネットワーク上に同じMACアドレスを持つステーションが存在しないことを前提に設計されているため、MACアドレスは重複が起きないようにIEEEとベンダによって管理されている。MACアドレスの最初の24bitはOUI（Organizationally Unique Identifier）と呼ばれる、IEEEが管理するベンダごとの固有のコードで、「ベンダ・コード」とも呼ばれる。イーサネット・インターフェイスを販売するためには、IEEEに申請して自社のOUIを取得する必要がある。そしてMACアドレスの残りの24ビットを各ベンダが管理し、OUIと組み合わせて各インターフェイスごとにユニークなMACアドレスを割り振る。これがグローバル・アドレスである。

　MACアドレスはイーサネット・インターフェイス上のEEPROMなどに書き込まれていて、通常書き換えはできないようになっているが、製品によってはMACアドレスを変更できるものがある。しかし、MACアドレスはテストやデバッグのために変更することはあっても、通常の使用では変更すべきではない。

　ローカル・アドレスは、適当なアドレスをユーザーが割り当てて使う場合に使用するアドレスであるが、通常は使用しない。初期のイーサネット・カードでは、ローカル・アドレスをユーザーが割り当てて使うようになっていたものがあったが、MACアドレスの衝突などのトラブルが多発していた。そのため、現在ではそのようなネットワーク・カードは販売されていない。

ネットワークカード上のEEPROM
イーサネット・カードには、このようなEEPROMチップが載っており、ここにMACアドレス情報が書き込まれている。システムは起動時にここからMACアドレスを読み出してネットワーク制御チップ内にあるアドレス設定レジスタに書き込む。ネットワーク制御チップは、ネットワーク・ケーブル上のフレームを取り込んだ際に、宛先アドレスが、その設定されたアドレスと一致するかどうかを調べ、一致していればそのフレーム全体をキャプチャする。
　（1）MACアドレスを設定するためのメモリ・チップ。これは128bytes（1Kbit）の容量を持つシリアルEEPROM（シリアル・インターフェイスを用いてデータの入出力を行う、小型のEEPROM）。

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