ネットワーク・2/11・12分

LAN をつなぐ機器とイーサネットの送信ルール

ゴール

LAN をつなぐ機器（リピータ・ブリッジ・L2スイッチ・ルータ・L3スイッチ・ゲートウェイ）を「何層で動き、何を見て中継するか」で区別できるようになる。あわせて、MACアドレスの構成、ブロードキャスト、CSMA/CD、1000BASE-T の選択肢問題を即答できるようになる。

LAN間接続装置は本試験・免除試験あわせて50回以上出ている、ネットワーク分野の定番です。社内LANやクラウドのネットワーク構成図に出てくる「スイッチ」「ルータ」「ゲートウェイ」が何をしている箱なのかを読めるようになります。

このレッスンで稽古する（用語チェック・過去問）

結論：機器は「何層で・何を見るか」の1枚表で覚える

LAN間接続装置の問題は、機器と層（OSI基本参照モデル）と見るアドレスの組合せを入れ替えたひっかけがほとんどです。下の表が頭に入れば、この分野の大半は解けます。覚え方は「リ・ブ・ル・ゲ＝ 1・2・3・4以上」です。

機器	動く層	見るもの	やること
リピータ	第1層物理層	電気信号だけ（アドレスは見ない）	信号を増幅して伝送距離を延ばす
リピータハブ	第1層物理層	電気信号だけ	届いた信号を全ポートにそのまま流す
メディアコンバータ	第1層物理層	電気信号・光信号	異なる伝送媒体（光ファイバ⇔銅線など）をつなぎ、信号を変換する
ブリッジ	第2層データリンク層	MACアドレス	必要なセグメントにだけフレームを中継する
L2スイッチ（スイッチングハブ）	第2層データリンク層	MACアドレス	宛先MACアドレスがつながっているポートだけに転送する
ルータ	第3層ネットワーク層	IPアドレス	宛先IPアドレスを見て経路を選び、パケットを中継する
L3スイッチ	第3層ネットワーク層	IPアドレス	ルータと同じ中継（ルーティング）をスイッチの形で高速に行う
ゲートウェイ	第4層以上（トランスポート層〜アプリケーション層）	プロトコル全体	異なるプロトコル同士を変換してつなぐ

たとえるなら、リピータは声を大きくして遠くまで届ける拡声器です。L2スイッチは部屋番号（MAC）を見て届ける館内の配達係、ルータは住所（IP）を見て次の局へ回す郵便局、ゲートウェイは言葉の違う相手との間に立つ通訳です。

L2スイッチ：MACアドレスを覚えて、必要なポートだけに送る

スイッチングハブ（L2スイッチ）は、宛先MACアドレスがつながっているポートだけにフレームを転送します。 届いたフレームの送信元MACアドレスを見て「このMACは何番ポートの先にいる」と自動で覚えます（MACアドレステーブル）。こうして覚えた対応表を使い、関係のないポートには流しません。

比べる相手はリピータハブです。リピータハブは何も覚えないので、全ポートに同じ信号を流します。

	リピータハブ	L2スイッチ
層	第1層	第2層
宛先の判断	しない	MACアドレスで判断する
送り先	全ポート	宛先のポートだけ

過去問の誤りの選択肢は、ほかの機器やサーバの仕事です。

IPアドレスを割り当てる → DHCPサーバ
IPアドレスを見て中継・破棄を判断する → ルータ・L3スイッチ
ネットワーク層でパケットを分割する（フラグメンテーション） → ルータ
全ポートに流す → リピータハブ

同じPC AからPC C宛てのフレームを、リピータハブは全ポートに流し、L2スイッチはMACアドレステーブルを見てCのポートにだけ送る。

MACアドレス：48ビット＝メーカー番号24＋製造番号24

MACアドレスはネットワーク機器ごとに付けられた48ビットの番号です。 先頭24ビットはOUI（ベンダID）、後続24ビットはそのメーカーが付ける固有製造番号です。データリンク層で、フレームの送信元と宛先を特定するために使います。

IPアドレスはネットワークの設計に合わせて後から割り当てる「住所」です。これに対してMACアドレスは、機器に最初から付いている「製造番号」です。MACアドレスの中にIPアドレスやエリアIDが入っている、という選択肢は誤りです。

	MACアドレス	IPアドレス	ポート番号
層	第2層データリンク層	第3層ネットワーク層	第4層トランスポート層
識別するもの	機器（の通信部品）	ネットワーク上の機器の位置	機器の中のアプリケーション

48ビットのMACアドレスは、先頭24ビットのOUI（ベンダID）と後続24ビットの固有製造番号に分かれる。

ブロードキャスト：同じセグメントの全員に「1回で」送る

ブロードキャストフレームは、同一セグメント内の全ノードに対して、送信元が1回の送信でデータを届けます。 宛先MACアドレスを全ビット1（FF-FF-FF-FF-FF-FF）にして送ると、スイッチがそのセグメントの全ポートに広げてくれます。セグメントとは、ルータで区切られる前の、ひとつながりのLANの範囲のことです。

送り方	宛先	送信回数
ユニキャスト	特定の1台	1回
マルチキャスト	選ばれた複数台（グループ）	1回
ブロードキャスト	同一セグメントの全台	1回

選択肢は「全て」か「選択された複数」か、「一度に」か「順番に」かの組合せで作られています。**「全て＋一度」**だけが正解です。「順番に送る」は、単にユニキャストを何回も繰り返しているだけで、ブロードキャストではありません。

CSMA/CD：空いていたら送る、ぶつかったらランダムに待って再送

CSMA/CDは有線イーサネットで、誰がいつ送るかを決めるルール（メディアアクセス制御方式）です。 名前がそのまま手順になっています。

CS（Carrier Sense＝キャリア検知）：送る前に、伝送路が使用中かどうかを調べる
MA（Multiple Access＝多重アクセス）：空いていれば、誰でも送信してよい
CD（Collision Detection＝衝突検知）：同時に送って衝突したら、それを検知する。ランダムな時間待ってから再送する

会議で、誰も話していないのを確かめてから発言し、2人同時に話し始めたら、それぞれ適当に間をおいて言い直すイメージです。待ち時間をランダムにするのは、同じタイミングで再送して何度も衝突するのを防ぐためです。

誤りの選択肢は、ほかの方式の説明です。

方式	見分けるキーワード
CSMA/CD（有線イーサネット）	キャリア検知・衝突を検出したらランダム時間後に再送
トークンパッシング	送信権（トークン）を巡回・受け渡し、受け取ったノードだけが送る。「環状に接続」「論理的な順位付け」
TDMA（時分割多元接続）	タイムスロットを割り当てられたノードだけが送る
CSMA/CA（無線LAN）	RTS/CTS、ACKで受信確認。衝突を「避ける（Avoidance）」

AとBが同時に送って衝突すると、それぞれランダムな時間待って再送するので、次は重ならずに送れる。

1000BASE-T：4対のUTP・最大100m

1000BASE-Tは、4対のUTPケーブル（より対線）を使うギガビットイーサネットで、最大距離は100mです。 名前は「1000＝1000Mbps」「BASE＝ベースバンド伝送」「T＝ツイストペアケーブル」と読みます。2対で100mは100BASE-TXなので、取り違えないようにします。光ファイバを使うのは1000BASE-SX・1000BASE-LXなどです。

要点（試験直前に読む）

層と見るものは「リ・ブ・ル・ゲ＝ 1・2・3・4以上」。リピータ＝信号増幅、ブリッジ／L2スイッチ＝MAC、ルータ／L3スイッチ＝IP、ゲートウェイ＝トランスポート層以上のプロトコル変換。
L2スイッチはMACアドレスを学習し、宛先のポートだけに転送する。全ポートに流すのはリピータハブ。
MACアドレスは48ビット＝先頭24ビットがOUI（ベンダID）、後続24ビットが固有製造番号。データリンク層で送信元・宛先を特定する。
ブロードキャストは「同一セグメントの全ノードに、1回の送信で」届ける。
CSMA/CDは「空きを確認して送信し、衝突したらランダム時間後に再送」。
1000BASE-Tは4対UTP・最大100m。

ひっかけ

「ブリッジはIPアドレス」「ルータはMACアドレス」の入れ替え → ブリッジはMAC、ルータはIP。層の番号で確かめる。
「ゲートウェイは第1〜3層だけを変換」 → ゲートウェイはトランスポート層以上を含む。範囲を狭く書いていたら誤り。
L2スイッチの問題に、全ポート転送（リピータハブ）・IPアドレスの動的割当て（DHCP）・フラグメンテーション（ルータ）が混ざる → 「宛先MACのポートだけ」が正解。
ブロードキャストの選択肢は「全て／選択された複数」×「一度に／順番に」の4通り → 「全て＋一度」だけが正解。
CSMA/CDの問題に、トークン巡回（トークンパッシング）・タイムスロット（TDMA）・RTS/CTSとACK（CSMA/CA）が並ぶ → 「キャリア検知＋衝突したら再送」を選ぶ。

用語（20）

OSI基本参照モデル Open Systems Interconnection 基本参照モデル
通信の機能を物理層からアプリケーション層までの7つの層に分けて整理したモデル。
⚠ 機器の層を問われたら、物理=1、データリンク=2、ネットワーク=3、トランスポート=4 と番号で即答できるようにする。

リピータ リピータ
物理層で信号を増幅・整形して、同種のセグメントを延長する機器。
⚠ アドレスは一切見ない。「MAC」「IP」が出てきたらリピータの説明ではない。

リピータハブ リピータハブ
物理層で動き、受け取った信号を全ポートにそのまま中継する集線装置。
⚠ L2スイッチは宛先ポートだけに送る。「全てのポートに転送」はリピータハブ。

メディアコンバータ メディアコンバータ
物理層で、光ファイバと銅線のように異なる伝送媒体をつなぎ、信号を変換する機器。
⚠ ゲートウェイの「プロトコル変換」と混同しない。メディアコンバータが変換するのは信号の種類だけ。

ブリッジ ブリッジ
データリンク層でMACアドレスを見て、セグメント間でフレームを中継する機器。
⚠ IPアドレスを基に中継するのはルータ。ブリッジはMAC。

スイッチングハブ（レイヤ2スイッチ） スイッチングハブ／レイヤツースイッチ
MACアドレスと接続ポートの対応を学習し、宛先MACアドレスのあるポートだけにフレームを転送する機器。
⚠ 全ポート転送はリピータハブ、IP割当てはDHCPサーバ、フラグメンテーションはルータ。

ルータ ルータ
ネットワーク層で宛先IPアドレスを見て、経路を選んでパケットを中継する機器。
⚠ MACアドレスで中継するのはブリッジ・L2スイッチ。プロトコル変換はゲートウェイ。

レイヤ3スイッチ レイヤスリースイッチ
ネットワーク層でIPアドレスを見て中継（ルーティング）できるスイッチ。
⚠ L2スイッチとの違いはIPアドレスを扱えるかどうか。「ネットワーク層で中継」ならL3。

ゲートウェイ ゲートウェイ
トランスポート層以上が異なるシステム同士の間で、プロトコルを変換して通信できるようにする機器・ソフトウェア。
⚠ 「第1〜3層だけを変換」は誤り。4層以上を含むのがゲートウェイ。

MACアドレス Media Access Control アドレス
機器のネットワークインタフェースに付く48ビットの識別番号で、データリンク層で送信元・宛先の特定に使う。
⚠ IPアドレス（第3層・後から割り当てる）やポート番号（第4層）とは層が違う。

OUI Organizationally Unique Identifier
MACアドレスの先頭24ビットで、機器のメーカー（ベンダ）を表す番号。
⚠ 後続24ビットは固有製造番号。「エリアID」「IPアドレス」は入っていない。

フレーム フレーム
データリンク層で扱うデータのまとまりで、ヘッダに送信元と宛先のMACアドレスが入る。
⚠ ネットワーク層ではパケットと呼ぶ（試験では呼び方が混在することもある）。

セグメント セグメント
ルータで区切られる前の、ひとつながりのLANの範囲。

ブロードキャスト ブロードキャスト
同一セグメント内の全ノードに、送信元が1回の送信でデータを届ける送り方。
⚠ 選ばれた複数台に1回で送るのはマルチキャスト。「順番に送る」はどちらでもない。

マルチキャスト マルチキャスト
あらかじめ決めたグループ（選択された複数ノード）に、1回の送信でデータを届ける送り方。
⚠ 「全て」ならブロードキャスト、「選択された複数」ならマルチキャスト。

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
伝送路が空いていれば送信し、衝突を検知したらランダムな時間待って再送する、有線イーサネットのアクセス制御方式。
⚠ RTS/CTSやACKはCSMA/CA（無線LAN）、送信権の巡回はトークンパッシング、タイムスロットはTDMA。

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
無線LANで使う方式で、RTS/CTSなどで衝突を避けてから送信し、ACKで受信を確認する。
⚠ 有線の「衝突を検出して再送」はCSMA/CD。

トークンパッシング トークンパッシング
送信権を表す特殊なフレーム（トークン）を巡回させ、受け取ったノードだけが送信する方式。
⚠ 「環状」「送信権を受け渡し」が出たらこれ。CSMA/CDではない。

1000BASE-T センベースティー
4対のUTPケーブルを使い、最大100mまで1Gbpsで通信するイーサネット規格。
⚠ 2対・100mは100BASE-TX。光ファイバを使う規格は1000BASE-SX/LXなど。

UTPケーブル Unshielded Twisted Pair ケーブル
シールドのない、2本の銅線をより合わせた対を束ねたLANケーブル。

このレッスンの過去問

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