ブロードキャストフレームの基礎知識～ネットワーク通信を理解する
ネットワーク通信に用いられるプロトコルについて調べていると、「ブロードキャストフレーム」という言葉をたびたび目にするかもしれません。本記事では、詳しく語られていないブロードキャストフレームの概要や役割を、ネットワーク通信の基本的な知識を交えながら説明します。また、ブロードキャストフレームの通信における用いられ方、スイッチによってブロードキャストフレームを制御する「ブロードキャストストーム」対策もご紹介します。
ブロードキャストフレームとは
ポイント
ブロードキャストフレームの使用例
ブロードキャストフレームには、特殊な「MACアドレス」が付加されているわ。
こんな小腹が空く時間帯にマックだなんて…。
そのマックじゃないわよ！ MACアドレスというのは、ネットワーク接続機能を搭載している機器が持つ固有の番号よ。0～9、A～Fで表す16進数が採用されているわ。ブロードキャストフレームに付与されている「ブロードキャストアドレス」は「FF-FF-FF-FF-FF-FF」よ。
なんだかファイナルファンタジーがものすごく好きな人みたいですね…。
単なる偶然よ！ この特殊なアドレスが付加されたブロードキャストフレームにデータを収めて送信すると、データがネットワーク内のすべての機器に送信されるの。ユウキくんのために、ブロードキャストフレームが送信される通信の例をいくつか紹介するね。
DHCP
「DHCP」とは、ネットワーク機器が通信に必要なIPアドレスなどの情報を自動で取得するためのプロトコルよ。
以前教えてもらいましたね！
覚えていてエライ！ 情報を割り当てる機能を持つサーバを「DHCPサーバ」、情報を割り当てられる機器を「DHCPクライアント」と呼び、「DHCP DISCOVER」→「DHCP OFFER」→「DHCP REQUEST」→「DHCP ACK」という手順で通信するのだったよね。
たしか、そんな感じの用語がいっぱい出てきていましたね。
ちゃんと覚えなさい！ 実は、DHCPクライアントが自身のIPアドレスをDHCPサーバに要求するDHCP DISCOVERと、DHCPサーバに提案されたIPアドレスを使用したいというメッセージを送信するDHCP REQUESTにおいて、ブロードキャストが活用されているわ。
なるほど、そうだったのですね。
そうなの、DHCPサーバとDHCPクライアントの通信は、宛先を「255.255.255.255」とし、送信元を「0.0.0.0」としたIPパケットをブロードキャストフレームで送信しているのよ。
ARP
「ARP」ってわかる？
小室ファミリーにいそうですね。
いないわよ！ 「ARP」とは、IPパケットを転送する際に、宛先のIPアドレスとMACアドレスを対応付けて特定するためのプロトコルよ。ARPでは、MACアドレスを調べたいデバイスのIPアドレスを書き込んだ「ARP要求パケット」を発信するのだけれど、通信相手のMACアドレスが判明していないから、宛先が「FF-FF-FF-FF-FF-FF」のブロードキャストフレームに収めて、不特定多数に送信しているの。
ブロードキャストフレームが引き起こすトラブル（ブロードキャストストーム）
そうだ、「ブロードキャストストーム」って知っているかな？
知らないです。ぜひ教えてください！
ブロードキャストストームというのは、ネットワークダウンの一因となる現象よ。ローカルネットワーク(LAN)の帯域が、ブロードキャストフレームによって埋め尽くされると発生するわ。
原因はどのようなものがあるのですか？
ローカルネットワークのループ構成が原因ね。ブロードキャストフレームがループ構成部分を永遠に回り続けてしまうため、帯域が埋め尽くされてしまうの。
では、どうすれば良いのですか？
ブロードキャストストームが発生してしまった場合は、問題発生前に接続したLANケーブルを抜けば解決できるわ。発生を予防するシステムの構築には、スイッチの「スパニングツリー(STP)」と「ストームコントロール」という機能が有効よ。
また新しい言葉…。
スパニングツリー（STP）は、ネットワークの変化を検知し、ループ構成を遮断して枝分かれするツリー型に構成する機能ね。一方ストームコントロールは、ブロードキャストフレームがスイッチに中継される量を制御できる機能よ。
また勉強になりました。
また、LANケーブルをつなぐと自動で通信を始める「オートMDI/MDI-X」はLANスイッチの便利な機能ですが、自動でループ状に構成してしまう恐れがあるため、ブロードキャストストームの防止の観点では機能のオフがおすすめね。一方で、ケーブルが接続されていないポートを「ポートロック」で塞ぐという物理的な対策もあるのよ。
MDI/MDI-Xって何ですか？
ここではポートの差込口の種類だと思ってもらえれば良いわ。
ポートロックというのは、その名の通りポートを使えないようにすることですね。
そうね。不正利用を防ぐために使われるわ。
ブロードキャストフレームを理解し、管理しよう
ブロードキャストフレームは、DHCPやARPで利用されるブロードキャストにおいて必要な情報を運ぶ役割を果たします。ブロードキャストフレームそのものや、スイッチの機能によるブロードキャストフレームの制御への理解は、ネットワークダウンを防ぐシステムの構築にとって重要です。
「信頼性が高く、安全で、安定した通信が可能なネットワーク製品」をお探しならHPE Networking Instant Onがおすすめです。HPE Networking Instant Onは、大企業や官公庁に多く採用されているHPE Aruba Networkingの中小規模向けネットワーク製品です。HPE Aruba Networkingのエンタープライズ製品としての品質も受け継がれており、ジッターの発生しにくい安定した通信を提供します。また多種多様な業種・用途・規模に向けたアクセスポイント・L2スイッチをご用意しており、自動で最新のセキュリティにアップデートされる安心設計です。
さらに、高度なスキルを持ったネットワーク技術者も不要です。クラウドのネットワーク管理ツールで簡単にスマホやPCからセットアップ、管理できます。そして、多くの法人向けネットワーク製品と異なり、管理ツールの利用にサブスクリプション費用はかかりません。リーズナブルにネットワーク管理ツールをご利用いただけます。
通信環境についてお悩みの場合は、ぜひお問い合わせください。御社のお悩みを解消いたします。
アヤカさん、仕事でブロードキャストフレームという言葉が出てきました。これはどのような意味でしょうか？
端的に言うと、「ブロードキャスト」のために送信する「フレーム」よ。
端的すぎてよくわかりません…。もっと詳しく教えてください。
わかったわ。まずは、ブロードキャストとフレームの2つの概念をそれぞれ説明するね。ブロードキャストは、同じネットワーク内のすべての機器に向けて、同じ信号やデータを同時に送信する通信方法よ。同様の概念として、「ユニキャスト」「マルチキャスト」といったものがあるわ。
「ユニキャスト」も「マルチキャスト」も以前教えてもらいましたね！
▶ユニキャストアドレスとは？ 1対1通信の基本となるIPアドレスを解説
そうね。復習すると、ユニキャストは一つの機器にデータを送信する通信で、マルチキャストは複数の相手にデータを送信する通信ね。ブロードキャストは不特定多数に送信するから、ユニキャストやマルチキャストとは少し違うと言えるわ。
ではフレームとは何ですか？
フレームとは、「データリンク層」を流れるデータの最小単位ね。
サラリと仰ってますが、よくわかりません…。
データリンク層は、ケーブルによって物理的に繋がれた機器の間でデータを受け渡す層よ。データの送信先・送信元のアドレスなどの情報が付加されているの。コンピュータや電子機器を有線接続して、データのやりとりを行う通信規格である「イーサネット」が代表的なデータリンク層だから、「イーサネットフレーム」や「MACフレーム」と呼ばれているわ。
新たな言葉がたくさん出てきましたね。メモメモ…。
ちなみに、フレームと同様にデータの最小単位を表す用語として「パケット」があるわね。データの最小単位を表すのがパケットで、その中でもデータリンク層を流れるパケットがフレームと呼ばれているわ。
なるほど、フレームについてはよくわかりました。
まとめると、ブロードキャストフレームとは、同一ネットワーク内のすべての機器に向けてデータを一斉かつ同時に配信する特殊なフレームね。ルーターは受け取ったブロードキャストフレームを別のネットワークに送らないので、ブロードキャストフレームが届く範囲がネットワークの範囲になるわね。これを「ブロードキャストドメイン」と言うの。