なんで滨笔で通信できるの？
- 1. なんで滨笔で通信できるの？ IPアドレス と MACアドレス と ARP あと OSI参照モデル 1
- 2. Layer 2 Layer 2 は MACアドレス で通信する 2
- 3. Layer 2 は MACアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB MACアドレスとは… ネットワークに接続する機器を一意に識別するための情報。48ビットの数値で表現される。 NIC(Network Interface Card)に書き込まれているため、物理アドレス、ハードウェアアドレスともいう。 僕もMACアドレス持ってるけど、 ここではその話は割愛します… Port 1 Port 3 Port 2 3
- 4. Layer 2 は MACアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA Layer 2 で通信するときは… 通信相手へ届けたいデータに Layer 2 ヘッダ を付けて送信します。 Layer 2 ヘッダには、宛先MACアドレスと、送信元MACアドレスの情報が含まれています。 (Layer 2 では、ヘッダとデータを含む電気信号の塊を「フレーム」と呼びます。) Aさん と通信したい！ データL2ヘッダPort 1 Port 3 Port 2 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA 4
- 5. Layer 2 は MACアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA Layer 2 スイッチは、フレームの MACアドレス を見て①と?の処理をします ①フレームを受信したポートと送信元MACアドレスを関連付けて、MACアドレステーブルを作成します。 MACアドレステーブルは、特定のMACアドレスの機器が、どのポートの先にいるかを示す情報になります。 (?は次のページで！) Port 1 Port 3 Port 2 【MAC addr テーブル】 CC-CC-CC-CC-CC-CC : Port 3 BB-BB-BB-BB-BB-BB : Port 2 Cさん からのフレームを Port 3 で受信したぞ。 Cさん は Port 3 の先にいるんだね。 MACアドレステーブルに書いとこう。 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB データL2ヘッダ 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA 5
- 6. 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA Layer 2 は MACアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA Layer 2 スイッチは、フレームの MACアドレス を見て①と?の処理をします(つづき) ?宛先MACアドレスを見て、MACアドレステーブルを参照し、転送するポートを決定します。 MACアドレステーブルに載ってない宛先だったら、受信したポート以外の全てのポートに転送します。 Port 1 Port 3 Port 2 【MAC addr テーブル】 CC-CC-CC-CC-CC-CC : Port 3 BB-BB-BB-BB-BB-BB : Port 2 Aさん は MACアドレステーブル に 載ってないから、受信した Port 3 以外の 全部のポートに転送しよう。 データL2ヘッダ データL2ヘッダ 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB 僕宛じゃない… Ｃさん！ 6
- 7. 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA 宛先MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC Layer 2 は MACアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA Layer 2 スイッチは、フレームの MACアドレス を見て①と?の処理をします(つづき) 以下も、①と?の処理です。 ?の処理のとき、今度は 宛先MACアドレス が MACアドレステーブルに載っているので、 特定のポートにだけフレームを転送しています。 Port 1 Port 3 Port 2 【MAC addr テーブル】 AA-AA-AA-AA-AA-AA : Port 1 CC-CC-CC-CC-CC-CC : Port 3 BB-BB-BB-BB-BB-BB : Port 2 Cさん 宛のフレームだから、 Port 3 に転送すればいいね。 (?) データ L2ヘッダ 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB Ｃさん に 返事するよ！ データ L2ヘッダ Aさん は Port 1 にいるんだね。 MACアドレステーブルに書いとこう。 (①) Aさん と 通信できた~！ 7
- 8. Layer 3 Layer 3 は IPアドレス で通信する 8
- 9. Layer 3 は IPアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 IP addr :10.0.0.3/24 【PC-A】 IP addr :10.0.0.1/24 【PC-B】 IP addr :10.0.0.2/24 IPアドレスとは… TCP/IPのネットワークで使用される機器を識別するための情報。32ビットで表現される。 僕は Layer 2 スイッチ なので IPアドレスのことはよく分かりません… Port 1 Port 3 Port 2 9
- 10. Layer 3 は IPアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 IP addr :10.0.0.3/24 【PC-A】 IP addr :10.0.0.1/24 Layer 3 で通信するときは… 通信相手へ届けたいデータに Layer 3 ヘッダ を付けて送信します。 Layer 3 ヘッダには、宛先IPアドレスと、送信元IPアドレスの情報が含まれています。 (Layer 3 では、ヘッダとデータを含む電気信号の塊を「パケット」と呼びます。) Aさん と通信したい！ データL3ヘッダPort 1 Port 3 Port 2 【PC-B】 IP addr :10.0.0.2/24 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.0.0.1 … 10
- 11. Layer 3 は IPアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 IP addr :10.0.0.3/24 【PC-A】 IP addr :10.0.0.1/24 Layer 2 スイッチは、IPアドレスのことはよくわかりません でも、PCはお互いにIPアドレスが分かっているので、PC同士は通信できました。 めでたしめでたし！ Port 1 Port 3 Port 2 データL3ヘッダ 【PC-B】 IP addr :10.0.0.2/24 Ｃさん！ データL3ヘッダ … 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.0.0.1 11
- 13. Layer 3 は IPアドレス で通信する A B C L2SW 【PC-C】 IP addr :10.0.0.3/24 【PC-A】 IP addr :10.0.0.1/24 Layer 2 スイッチは、MACアドレス しか理解できません 間に挟まっている以上は、Layer 2 スイッチ でも電気信号を処理する必要があります。 Layer 2 スイッチ が転送処理するには、宛先と送信元の MACアドレス の情報が必要です。 でも、Pingを実行したりするときも、IPアドレス のことしか考えたことないですよね…？ Port 1 Port 3 Port 2 【PC-B】 IP addr :10.0.0.2/24 データL3ヘッダ 僕が間に挟まっているんだから、 僕に分かるように MACアドレス で 通信してもらう必要があるよ！ 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.0.0.1 ？ ？？ え…だって、PC-Aの IPアドレスしか 知らないよ？ 13
- 15. ARPで解決 A B C L2SW 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.0.0.1/24 通信するときは… 通信相手の IPアドレス だけでなく、MACアドレス も知っている必要があります。 Layer 3 の処理をする機器は、IPアドレス と MACアドレス を関連付ける ARPテーブル を持っています。 (ARP…Address Resolution Protocol：アドレス解決プロトコル) Port 1 Port 3 Port 2 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB IP addr :10.0.0.2/24 【ARPテーブル】 10.0.0.2 : BB-BB-BB-BB-BB-BB 【ARPテーブル】 10.0.0.3 : CC-CC-CC-CC-CC-CC 【ARPテーブル】 15
- 16. ARPで解決 A B C L2SW 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.0.0.1/24 通信相手の MACアドレス を知らないときは… ①特定の IPアドレス に対応する MACアドレス を問合せる ARP要求 をブロードキャストします。 (Layer 2 ヘッダの宛先MACアドレスは、ブロードキャストアドレスの FF-FF-FF-FF-FF-FF です。) Port 1 Port 3 Port 2 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB IP addr :10.0.0.2/24 【ARPテーブル】 10.0.0.2 : BB-BB-BB-BB-BB-BB 【ARPテーブル】 Aさん のことは IPアドレス しか知らないから、 MACアドレス を教えて！ ブロードキャストは 全ポート転送～ (受信ポート以外) Cさん が僕の MACアドレス を 知りたがってる！ 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 僕じゃない… ARP要求L2ヘッダARP要求L2ヘッダ ARP要求L2ヘッダ 【ARP要求】 送信元 IP addr : 10.0.0.3 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先 IP addr : 10.0.0.1 宛先MAC addr : FF-FF-FF-FF-FF-FF 16
- 17. ARPで解決 A B C L2SW 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.0.0.1/24 通信相手の MACアドレス を知らないときは…(つづき) ?該当の IPアドレス を持つ機器は、自分の MACアドレス を回答する ARP応答 を返信します。 ARP要求 と ARP応答 をやりとりした機器は、お互いの情報を自分の ARPテーブル に載せます。 これ以降は、4ページ目のような通信ができるようになります。 Port 1 Port 3 Port 2 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB IP addr :10.0.0.2/24 【ARPテーブル】 10.0.0.2 : BB-BB-BB-BB-BB-BB 10.0.0.1 : AA-AA-AA-AA-AA-AA 【ARPテーブル】 10.0.0.3 : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MACアドレス 見て転送～ 僕の MACアドレス を答えるよ！ Cさんの IPアドレス と MACアドレス も 覚えておくね！※ Aさん がMACアドレス 教えてくれた！ 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 ※前頁の①ARP要求の中には、問合せ元の IPアドレス と MACアドレス の情報も含まれているため、 ARP要求を受信した機器も、相手の IPアドレス と MACアドレス の情報を入手できています。 ARP応答 L2ヘッダ ARP応答 L2ヘッダ 【ARP応答】 送信元 IP addr : 10.0.0.1 送信元MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA 宛先 IP addr : 10.0.0.3 宛先MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 17
- 18. ARPで解決 A B C L2SW 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.0.0.1/24 じゃあ、Layer 3 ヘッダはどこへ…？ 結局 MACアドレス で通信するんだったら、 宛先IPアドレス と 送信元IPアドレス が入ってる Layer 3 ヘッダ は どこへ行ってしまうんでしょうか…？ Port 1 Port 3 Port 2 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB IP addr :10.0.0.2/24 データL3ヘッダ 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.0.0.1 IPアドレスって なんなの…？ 僕にはよく分かりません… 18
- 20. OSI参照モデルの階層構造 A B C L2SW Layer 3 ヘッダ は Layer 2 ヘッダ で包まれる Layer 3 ヘッダ は、Layer 2 フレーム のデータ部分の中にあります。 Port 1 Port 3 Port 2 データL2ヘッダ 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.0.0.1 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.0.0.1/24 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB IP addr :10.0.0.2/24 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA データL3ヘッダ 20
- 21. OSI参照モデルの階層構造 A B C L2SW Layer 2 スイッチ は Layer 2 ヘッダ のみ参照して転送します Layer 2 スイッチ は、基本的にフレームを転送するのが仕事です。 Layer 2 ヘッダ の 宛先MACアドレス と 送信元MACアドレス を見てフレームを転送するだけなので、 データ部分の中にある Layer 3 ヘッダ は処理しません。 Port 1 Port 3 Port 2 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.0.0.1 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.0.0.1/24 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB IP addr :10.0.0.2/24 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA データL3ヘッダ データL2ヘッダ 宛先MACアドレス 見て転送～ 21
- 22. OSI参照モデルの階層構造 A B C L2SW Layer 3 の機器 は Layer 2 ヘッダ と Layer 3 ヘッダを処理します Layer 3 に対応する機器は、Layer 2 ヘッダ と Layer 3 ヘッダ の両方を処理します。 Layer 2 ヘッダ の 宛先MACアドレス が自分のMACアドレスだったときは、自分宛のフレームとして、 Layer 2 ヘッダ を外して、データ部分の中にある Layer 3 ヘッダ を処理します。 Port 1 Port 3 Port 2 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.0.0.1 【PC-B】 MAC addr : BB-BB-BB-BB-BB-BB IP addr :10.0.0.2/24 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA データL3ヘッダ データL2ヘッダ あ、 MACアドレスが 僕宛だ あ、 IPアドレスも 僕宛だ 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.0.0.1/24 なんだか 二度手間みたい… 22
- 23. OSI参照モデルの階層構造 A C もし Layer 2 スイッチ がいなくても… Layer 3 に対応する機器は、同様に Layer 2 ヘッダ と Layer 3 ヘッダ の両方を処理します。 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.0.0.1 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA データL3ヘッダ データL2ヘッダ あ、 MACアドレスが 僕宛だ あ、 IPアドレスも 僕宛だ 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.0.0.1/24 Layer 2 スイッチ がいなくても、 Layer 2 ヘッダ が必要なの…？ データL2ヘッダ 23
- 24. 10.0.0.0/2410.1.1.0/24 OSI参照モデルの階層構造 A’ B C L2SW IPアドレス はネットワークを超えられる MACアドレス はネットワークを超えられない MACアドレス で通信できるのは、同じ ネットワークアドレス の中だけです。 別な ネットワークアドレス にいる機器と通信するには、IPアドレス を使う必要があります。 別な ネットワーク にパケットを転送するには、Layer 3 の機器である ルータ が必要です。 Port 3 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 Default Gateway : 10.0.0.254/24 【PC-A‘】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.1.1.1/24 Default Gateway : 10.1.1.254/24 そういえば、今までは 全部同じネットワークアドレスの 機器だけだったな… Port 1 Router IP:10.0.0.254/24 MAC:DD-DD-DD-DD-DD-DD IP:10.1.1.254/24 MAC:EE-EE-EE-EE-EE-EE 24 Layer 2 MACアドレスで通信できる範囲 Layer 2 MACアドレスで通信できる範囲 Layer 3 IPアドレスで通信できる範囲
- 25. 10.0.0.0/2410.1.1.0/24 OSI参照モデルの階層構造 A’ B C L2SW 別な ネットワーク の通信相手と通信するときは… ①まず、同じ ネットワークアドレス にいる ルータ にデータを渡して、ルーティングしてもらう必要があります。 届けたいデータに、通信相手の IPアドレス を宛先にした Layer 3 ヘッダ を付けたら、 さらに、ルータ の MACアドレス を宛先にした Layer 2 ヘッダを付けて送信します。 Port 3 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 Default Gateway : 10.0.0.254/24 【PC-A’】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.1.1.1/24 Default Gateway : 10.1.1.254/24 Port 1 Router データL2ヘッダ 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.1.1.1 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : DD-DD-DD-DD-DD-DD データL3ヘッダ IP:10.0.0.254/24 MAC:DD-DD-DD-DD-DD-DD IP:10.1.1.254/24 MAC:EE-EE-EE-EE-EE-EE A’さん は違うNW だから、ゲートウェイに 投げなきゃ 25 【ARPテーブル】 10.0.0.254 : DD-DD-DD-DD-DD-DD あ、Layer 2 ヘッダの宛先はルータだけど、 Layer 3 ヘッダの宛先はA’さんだ！
- 26. 10.0.0.0/2410.1.1.0/24 OSI参照モデルの階層構造 A’ B C L2SW 別な ネットワーク の通信相手と通信するときは…(つづき) ?ルータは、Layer 2 ヘッダ の 宛先MACアドレス が自分の MACアドレス なので、 自分宛のフレームとして、Layer 2 ヘッダ を外して、Layer 3 ヘッダ を見ます。 Layer 3 ヘッダ の 宛先IPアドレス が自分の IPアドレス 以外なら、宛先へルーティングします。 Port 3 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 Default Gateway : 10.0.0.254/24 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.1.1.1/24 Default Gateway : 10.1.1.254/24 おっ、ルータ では 二度手間じゃない感じ！ Port 1 Router データL2ヘッダ 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.1.1.1 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC 宛先MAC addr : DD-DD-DD-DD-DD-DD データL3ヘッダ IP:10.0.0.254/24 MAC:DD-DD-DD-DD-DD-DD IP:10.1.1.254/24 MAC:EE-EE-EE-EE-EE-EE あ、 MACアドレスが 僕宛だ でも IPアドレスは 僕宛じゃない！ 26
- 27. 10.0.0.0/2410.1.1.0/24 OSI参照モデルの階層構造 A’ B C L2SW 別な ネットワーク の通信相手と通信するときは…(つづき) ?ルータ も 宛先IPアドレス に向けて、ARP解決などの処理をしながら、パケット(フレーム)を転送します。 このとき、Layer 2 ヘッダ については改めて作り直し、データに付けて送信します。 Port 3 【PC-C】 MAC addr : CC-CC-CC-CC-CC-CC IP addr :10.0.0.3/24 Default Gateway : 10.0.0.254/24 【Layer 2 ヘッダ】 送信元MAC addr : EE-EE-EE-EE-EE-EE 宛先MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA データL2ヘッダ Port 1 Router IP:10.0.0.254/24 MAC:DD-DD-DD-DD-DD-DD IP:10.1.1.254/24 MAC:EE-EE-EE-EE-EE-EE IPアドレスは Aさん 宛だから 転送するよ！ 【Layer 3 ヘッダ】 送信元IP addr : 10.0.0.3 宛先IP addr : 10.1.1.1 データL3ヘッダ 【ARPテーブル】 10.1.1.1 : AA-AA-AA-AA-AA-AA 27 あ、Layer 2 ヘッダの宛先と送信元が さっきまでと違う！ でも、Layer 3 ヘッダの宛先と送信元は ずっと変わってない！ あ、 MACアドレスが 僕宛だ あ、 IPアドレスも 僕宛だ 【PC-A】 MAC addr : AA-AA-AA-AA-AA-AA IP addr :10.1.1.1/24 Default Gateway : 10.1.1.254/24 MACアドレス と IPアドレス の両方を使って、 別なネットワークまで通信できるんだね！
- 28. OSI参照モデルの階層構造 A’ C L2SW OSI参照モデルは、標準化されたネットワーク通信機能の階層構造 ネットワーク通信に関わる色々な機能を階層別に分類し、それぞれの機能の独立性を高めています。 それぞれの機器が、Layer 1 (電気信号)から自分の対応する Layer までの処理をします。 Router 28 L2SW Layer 5 Layer 4 Layer 7 Layer 6 Layer 1 Layer 3 Layer 2 Layer 1 Layer 3 Layer 2 Layer 1 Layer 2 Layer 5 Layer 4 Layer 7 Layer 6 Layer 1 Layer 3 Layer 2 アプリケーション層まで！ ネットワーク層まで！ データリンク層まで！ アプリケーション層まで！ アプリケーション層 プレゼンテーション層 セション層 トランスポート層 ネットワーク層 データリンク層 物理層
- 29. OSI参照モデルの階層構造 A C L2SW 対応する各Layerについて、既定の処理をします 自分と接続されている機器が、どの Layer まで対応する機器だったとしても 接続相手によって処理を変える必要はありません。 Router 29 L2SW 接続相手が誰だろうが、自分は 同じように各Layerの処理をすればいいんだね～ Layer 5 Layer 4 Layer 7 Layer 6 Layer 1 Layer 3 Layer 2 データL2ヘッダ