イーサネットフレームとはその名の通り、有線接続するための通信規格「イーサネット」でやり取りされる「フレーム」、すなわちデータです。データがイーサネット上でどのように送受信されているのか、送受信のフォーマットやL２スイッチの機能の解説を通してわかりやすく説明します。 

プリアンブル  

プリアンブルとは受信側の端末に同期をとるタイミングを与えるため、イーサネットフレームを送る合図を意味する信号です。 

プリアンブルでは「10101010」を７つ送り、最後に「10101011」を１つ送ります。ちなみにEEE802.3規格では、最初の7バイトがプリアンブル、最後の1バイトはSFDと呼ばれます。プリアンブルの長さは8バイトですが、受信後に破棄されるため、イーサネットフレームそのもののサイズには含まれません。 

宛先/送信元MACアドレス

「MACアドレス」とは、イーサネットネットワークにおける識別番号であり、ネットワーク機器ごとに割り当てられています。イーサネットでデータを送受信する際に、MACアドレスで送信元と受信側の端末を識別するのです。 

イーサネットフレームを送出する際は、受信側の端末のMACアドレスを「宛先MACアドレス」に、送信側である自分のMACアドレスを「送信元MACアドレス」にセットします。複数の相手に同じデータを送信する際はマルチキャストアドレスを、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に送信する際はブロードキャストアドレスを宛先MACアドレスに含める場合もあります。 

タイプ

OSI参照モデルにおけるネットワーク層（レイヤー３）で何のプロトコルを使用しているかを表す2バイトのIDです。タイプは使用するプロトコルやバージョンによって定められています。 

代表的なタイプのコードは以下の通りです。 

イーサネットペイロード

イーサネットペイロードとは送信したいデータそのもので、ヘッダが付与されていないデータ本体を指します。宛先/送信元MACアドレス、タイプの総称がイーサネットフレームにおけるヘッダ、すなわち「イーサネットヘッダ」です。イーサネットヘッダなどを除いて、イーサネットペイロードのデータ長は46〜1500バイトです。 

FCS

FCSとは、イーサネットフレームが壊れていないかを確認するためにある４バイトのコードであり、別名「イーサネットトレーラー」です。 

送信側の端末は宛先MACアドレス、送信元MACアドレス、タイプ、イーサネットペイロードに対して「チェックサム計算（CRC）」と呼ばれる計算を行い、結果をFCSとしてイーサネットフレームの最後に付加します。受信側の端末が同じ計算を行い、FCSが一致していればイーサネットフレームは壊れていないと判断されるという仕組みです。 

L2スイッチング 

L2スイッチングとは、イーサネットフレームの転送先を切り替える機能です。L2スイッチにおける最も基本的な機能となります。 

イーサネットヘッダに含まれる送信元MACアドレスと自分自身のポート番号を「MACアドレステーブル」という表で管理して、転送先を切り替えます。ポート番号は通信に使用するプログラムの識別番号であり、IPアドレスの補助となるアドレスです。 

フラッディング  

L2スイッチングにおいて、宛先MACアドレスがMACアドレステーブルに登録されていないイーサネットフレームを「Unknownユニキャストフレーム」と呼びます。 

宛先不明のイーサネットフレームを届けるため、同じネットワーク内のすべてのポートにUnknownユニキャストフレームを転送する機能が「フラッディング」です。宛先に該当しない端末は、受信したイーサネットフレームを破棄します。 

フラッディングの際にUnknownユニキャストフレームはコピーされるため、イーサネットフレームの構造は一切変わりません。また、本来の宛先は１つの端末であるため、元からネットワーク内のすべての端末を宛先としているブロードキャストとは別物です。 

VLAN  

レイヤ２スイッチを複数台接続しても構成するネットワークは１つですが、不要なデータ転送が発生してしまいます。そこで、レイヤ２スイッチで１つのネットワークを複数のネットワークに分割する機能が「VLAN」です。 

まず、ポートごとに1つずつVLANを割り当てる「ポートベースVLAN」という機能があります。同じVLANに割り当てられている範囲内でのイーサネットフレームの転送が可能になります。ただしVLANで分割したネットワーク同士の通信は不可能です。VLANが異なるネットワーク間ではルータやレイヤ３スイッチを使って通信しなければなりません。 

一方「タグVLAN」という機能もあります。どのVLANのものかを示す「VLANタグ」をイーサネットフレームに付与する機能です。 

複数のレイヤ２スイッチで１つのVLANを構成する場合、ポートベースVLANだと一つのポートにつき一つのVLANという原則があるため、VLANの数だけポートとケーブルが必要になります。しかしタグVLANであれば、VLANタグで識別するため、一つのポートで複数のVLANのイーサネットフレームを転送できるのです。 

ネットワークの規模や使用する機器の数によってネットワーク内が煩雑化してしまうと、イーサネットフレームの送受信の効率に影響を及ぼしてしまいます。不要な転送を抑え、ネットワークを適切に管理するため、L2スイッチを活用したネットワーク整備を行いましょう。 

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