MACアドレスとアドレステーブル

すべてのネットワークインターフェースにはMACアドレス（Media Access Control address）があります。これは、製造元によってデバイスに書き込まれた、固有のハードウェア識別子です。デバイスがネットワーク間を移動するとIPアドレスは変わることがありますが、MACアドレスは通常、ハードウェアに固定されたままです。スイッチはフレームの転送を完全にMACアドレスに依存しているため、MACアドレスを理解することはLANの仕組みを理解するうえで不可欠です。

MACアドレスは48ビット長で、通常は12個の16進数を6組に分けて、00:1A:2B:3C:4D:5Eのように表記します。各組は1バイトを表します。コロン（ハイフンやドットの場合もあります）は、読みやすくするために各組を区切っているだけです。この形式では非常に多くのアドレスを作成できるため、世界中のネットワークハードウェアを一意に識別できます。

MACアドレスは2つの部分に分かれています。

• 最初の24ビット — OUI（Organizationally Unique Identifier：組織固有識別子）：IEEEによって割り当てられ、製造元を識別します。
• 最後の24ビット：製造元が個々のデバイスに割り当てる固有の値です。

この2つを合わせることで、各MACアドレスが世界中で一意になります。OUIを検索すれば、デバイスの製造元を特定できることもあります。

MACアドレスは、ハードウェアのファームウェアに設定されているため、BIA（Burned-In Address：焼き付けアドレス）と呼ばれることがあります。しかし、現代のOSでは、ソフトウェアによってMACアドレスをスプーフィングしたり上書きしたりして、別のMACアドレスを提示できます。攻撃者はフィルタを回避するためにこれを利用することがあり、Wi-Fiのプライバシー機能ではMACアドレスがランダム化されます。そのため、MACアドレスは通常固定されていますが、完全に変更できないわけではありません。

スイッチはMACアドレステーブル（Content Addressable Memoryの略でCAMテーブルとも呼ばれます）を保持しています。このテーブルには、既知の各MACアドレスと、そのデバイスが接続されているスイッチポートとの対応が記録されています。すべての転送判断でこのテーブルが確認されるため、テーブルはスイッチングの中心です。スイッチは、受信フレームの送信元アドレスを監視することで、テーブルを自動的に作成・更新します。

テーブルには学習によってエントリが登録されます。フレームがポートに入るたびに、スイッチはその送信元MACアドレスを読み取り、MACアドレスと受信ポート番号を記録します。同じMACアドレスが後から別のポートから送信してきた場合は、デバイスが移動した可能性があるため、スイッチはエントリを更新します。この継続的な学習により、テーブルは実際のネットワーク構成と一致した状態に保たれます。

テーブルエントリのほとんどは動的です。自動的に学習され、一定時間通信がなければエージングアウトされます。また、管理者は、特定のMACアドレスを特定のポートに永続的に対応付ける静的エントリを追加することもできます。これは重要なサーバーやセキュリティ対策に役立ちます。静的エントリはエージングアウトされず、学習による動作より優先されるため、必要な箇所を正確に制御できます。

MACテーブルのサイズには上限があります。スイッチが保持できるエントリ数には限りがあります。攻撃者は、偽の送信元MACアドレスを持つフレームを大量に送信してテーブルを埋めるMACフラッディング攻撃を仕掛けられます。テーブルが満杯になると、スイッチがハブのようにすべてのフレームをフラッディングする状態に戻り、攻撃者がトラフィックをスニッフィングできる可能性があります。ポートセキュリティは、ポートごとのMACアドレス数を制限することで、この攻撃を防ぎます。

この2種類のアドレスを区別して覚えましょう。

• MACアドレス — レイヤー2、ハードウェアアドレス。スイッチがローカルネットワーク内で使用します。
• IPアドレス — レイヤー3、論理アドレス。ネットワーク間のルーティングに使用します。

デバイスはローカルで移動してもMACアドレスを維持しますが、新しいネットワークでは新しいIPアドレスを取得します。スイッチはMACアドレスを使い、ルーターはIPアドレスを使います。この役割分担はネットワークの基本です。

すべてのMACアドレスが1台のデバイスを指すわけではありません。特殊なアドレスであるFF:FF:FF:FF:FF:FFはブロードキャストアドレスで、ローカルネットワーク上のすべてのデバイスを意味します。通常の特定デバイス向けMACアドレスはユニキャストアドレスであり、特定の範囲はマルチキャストグループ用に予約されています。スイッチはブロードキャスト宛てのフレームを受信すると、すべてのポートにフラッディングします。これにより、ARPなどのプロトコルはすべてのデバイスに一度に到達できます。

試験対策として、MACアドレスは12桁の16進数で表される48ビットのハードウェアアドレスであり、前半は製造元のOUIであることを覚えておいてください。スイッチは、学習したMACアドレスとポートの対応関係をMACアドレステーブルに保存します。動的エントリは時間の経過で削除され、必要に応じて静的エントリも設定できます。MACフラッディングが攻撃であること、またMACはレイヤー2、IPはレイヤー3であることを理解してください。

MACアドレスに関する知識を確認しましょう。

MACアドレスは、12桁の16進数で表される48ビットのハードウェア識別子であり、製造元のOUIとデバイス部分に分かれていることを学びました。MACアドレスは出荷時に書き込まれていますが、スプーフィングすることは可能です。スイッチはMACアドレスとポートを対応付けるMACアドレステーブル（CAMテーブル）を保持します。このテーブルは送信元アドレスを学習することで構築され、時間の経過で削除される動的エントリと、必要に応じて設定する静的エントリがあります。MACフラッディングは、テーブルの容量が限られていることを悪用する攻撃であり、ポートセキュリティによって防御できます。MACはレイヤー2、IPはレイヤー3です。