Ethernetとは 〜MACアドレスの構成、フレームフォーマットやタイプについて〜

Ethernetとは現在の代表的なレイヤー2の通信プロトコルです。Ethernetの通信データ単位は”フレーム“と呼ぶことが多く、ここでも それに倣うことにします。

下記にEthernetのフレームのフォーマットを示します。

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プリアンブル

クロック同期用で、開始タイミングを知らせるのと、受信端末がビット判断のタイミングを合わせるためにあります。

MACアドレス

Ethernet(LAN)インタフェース(NIC)に振られている、(基本的に)世界唯一の識別番号で、6Byteで表現されます。宛先MACアドレスはL2上でのデータを送信したいNICの住所で、送信元MACアドレスは送信したNICの住所です。ただし、OSレベルで設定変更も可能=詐称も可能です。

タイプ(Type)/長さ(Length)

0-1500(Ox0000-05DC)の場合は長さ、それ以外はタイプとして認識されます。現在の通信のほとんどはタイプが使われます。CDPなど一部特殊なもののみ、長さが使われます。

データ

伝送する内容が格納されます。IPパケットARPが格納されることがほとんどです。

FCS

Frame Check Sequenceの略で、フレームをチェックし破損していた場合は破棄する仕組みを持っています。 Ethernetでは破棄されたフレームを再送する仕組みはありません(コリジョン検知の場合は再送しますが)ので、 TCPなどの上位プロトコルにより再送をする必要があります。

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MACアドレスについて

MACアドレスの構成をもう少し細かく見ていきます。

上位3Byte(24bit)はOUI(Organizationally Unique Identifier)と呼ばれ、IEEEが管理しています。 内容は以下のように定められています。なお、Ethernet通信は1Byte毎に、後ろから1bitずつ送られますので、1bit目は10進数の1を表すbit、8bit目は10進数の128を表すbitになります。

・1bit目: Individual/Group bit

0ならばユニキャスト(個別)、1ならばマルチキャスト(グループ)、もしくはブロードキャスト

2bit目: Universal/Local bit

0ならば世界唯一性を保証しなければならない、1ならば保証されなくてよい

3-24bit目: ベンダーコード

ベンダー企業を表す(CiscoやXerox等)。

OUIがどの企業に割り当てられているかは、 IEEE.orgのこのページで見ることができます。

下位の3Byteは各ベンダーが管理し、NW機器のEthernet(LAN)インタフェース(NIC)に割り当てる仕組みになっています。

上位3Byte (OUI)
下位3Byte
管理組織 IEEE 各ベンダー
内容 I/G
bit
U/L
bit
ベンダー識別子 ベンダー内管理番号
ビット数 1bit 1bit 22bit 24bit

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タイプについて

タイプフィールドに入る代表的なプロトコルを以下に示します。

タイプ番号
プロトコル
Ox0000-05DC Length
Ox0800 IPv4
Ox0806 ARP
Ox0842 Wake on LAN
Ox8100 IEEE802.1q
Ox86DD IPv6
Ox8808 Flow Control (802.3X PAUSE)
Ox8809 Slow Protocol (LACP, EFM OAM)
Ox8847 MPLS-IPv4 unicast
Ox8848 MPLS-IPv4 multicast
Ox8863 PPPoE Discovery Stage
Ox8864 PPPoE Session Stage
Ox888E EAP over LAN(IEEE802.1x)
Ox88A8 IEEE802.1ad(Q-in-Q) / IEEE802.1aq(SPB)
Ox88CC LLDP
Ox88E7 IEEE802.1ah(PBB)
Ox8902 CFM(L2ping/L2traceroute)

ちなみに、ciscoのCDPやVTPは タイプ/長さのFieldは 長さが入るほうで、LLCヘッダがつきます。例えばCDPのLCCヘッダは以下の通りです。

DSAP : Oxaa (SNAP)
SSAP : Oxaa (SNAP)
制御部 : Ox03 (Unnumbered frame)
OUI : Ox00000c (Cisco)
PID : Ox2000 (CDP)

その他のL2通信プロトコル

レイヤー2の通信技術はEthernetだけでなく、LAN(企業内ネットワーク)であればトークンリングFDDI、 WAN(拠点間ネットワーク)であればPPPHDLCフレームリレーATMなど、様々な技術がありましたが、最近の PCのインタフェースを見れば分かるように、今ではLANの主流は完全にEthernetであり、WANもEthernetが主流になり始めています

Ethernetも昔から今の形にあるわけではなく、初期にできたEthernetは10BASE-5や10BASE-2という、 バス型と呼ばれる形態でした。

そこから改良が重ねられ、今では100BASE-TXや1000BASE-T等のスター型と呼ばれる形態が 主流になっており、10BASE-5や10BASE-2、トークンリングやFDDI等はまったく見かけなくなりました。

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