はじめに

本記事では、OSI参照モデルに基づいた「ルーター」と「スイッチ」の役割と動作、そして通信に欠かせない「IPアドレス」と「MACアドレス」の違いについて学んだことをアウトプットします。

内容

1. 機器ごとの役割とOSI参照モデル

ネットワーク機器は、OSI参照モデルのどの層（レイヤー）で動作するかによって役割が明確に分かれています。

ルーター（L3 / ネットワーク層）：IPアドレスを読み取り、異なるネットワーク間のデータの転送（経路決定）を行います。
スイッチ（L2 / データリンク層）：MACアドレスを読み取り、同じネットワーク（LAN）内のデータの転送を行います。

2. IPアドレスとMACアドレスの違い

データの階層に応じて付与される情報が変わります。L3ヘッダーにはIPアドレスが、L2ヘッダーにはMACアドレスが格納（カプセル化）されます

IPアドレス（パケット）：データを転送する「最終目的地の住所」です。ルーターが読み取る情報であり、送信元から宛先まで途中で変わることはありません。
MACアドレス（フレーム）：「次の区間にいる機器の番号」です。スイッチが読み取る情報であり、ルーターを越えるたびに新しいMACヘッダーへ付け替わります（再カプセル化）。

3. スイッチの動作

スイッチは「同じネットワーク内の仕分け役」として機能します。
内部に「MACアドレス表」を持っており、フレームが届くと送信元MACアドレスとポートを「学習」し、宛先MACアドレスに一致するポートにだけフレームを「転送」します。もし宛先が表にない場合は、全員に送信（フラッディング）して返答を待ちます。

4. ルーターの動作とARP

ルーターは「異なるネットワーク間の経路を決める機器」です。
ルーターはルーティングテーブル（宛先IPネットワークと次に渡すルーターの対応表）を上から順に確認し、パケットの次の転送先を決定します。行き先がルーティングテーブルにないパケットは、最終出口であるデフォルトゲートウェイに送られます。
また、同じLAN内でデータを届けるためにはIPアドレスだけでなくMACアドレスも必要になるため、IPアドレスからMACアドレスを割り出すARP（アドレス解決プロトコル） という仕組みが使われます。

結論

ネットワーク通信は、「IPアドレスで全体の経路（最終目的地）を定め、MACアドレスを使って隣の機器へデータを渡すことを繰り返す」という構造で成り立っているということが理解できました。
例えばPCからGoogleのサーバーにアクセスする際、PCはデータをカプセル化してデフォルトゲートウェイに送り、複数のルーターがルーティングテーブルに従ってMACアドレスを付け替えながらパケットをリレーします。そして最終的にGoogleのLANに到達すると、ARPとスイッチの働きによって目的のサーバーへとデータが正確に届けられます。
IPアドレスとMACアドレスの違いを理解することで、実際にデータがどのような流れで宛先の機器に届いているのか理解を深めることができました。