メディアアクセス制御（MAC）は、ネットワーク通信において非常に重要な役割を果たします。
通信プロトコルの階層化モデルにおけるデータリンク層（第2層）の下側、物理層側の副層として機能し、複数の機器が物理的な伝送媒体を共有する際に、信号の衝突を回避し、円滑な通信を実現します。
本記事では、MAC層の役割や仕組み、MACアドレスの重要性について深掘りし、ネットワーク通信の基盤技術としてのMACの重要性を解説します。
メディアアクセス制御（MAC）の基本概念
MAC層とは？
メディアアクセス制御（MAC）は、データリンク層の一部であり、通信における伝送メディアを共有する複数の機器が信号の衝突を避け、正しくデータをやり取りできるようにするための制御を担当します。
MAC層は、物理層（第1層）とネットワーク層（第3層）の間に位置しており、データ通信における重要な橋渡しの役割を果たしています。
具体的には、MAC層は以下の機能を提供します：
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MACアドレスの定義と割り当て
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送信タイミングの制御（衝突検出・再送・衝突回避）
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データの分割と組み立て（フレーム）
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伝送中の誤り検出
これらの機能を通じて、ネットワーク上の機器同士が効率的にデータを交換することができます。
MAC層の詳細な役割と機能
1. MACアドレスと機器識別
MACアドレスは、ネットワーク上で一意に機器を識別するために使用される番号で、MAC層の基本的な要素です。
通常、ネットワーク機器のハードウェア（例えば、ネットワークカード）には一意のMACアドレスが割り当てられています。
これにより、ネットワーク内で複数の機器が同時に通信する際に、各機器が正しくデータを受信できるようになります。
2. データのフレーム化と送受信
フレームは、MAC層が送信するデータの単位で、送信するデータを一定の大きさごとに分割し、宛先アドレスや制御情報を追加したデータのパケットです。
MAC層は、送信側でフレームを組み立て、受信側でそのフレームを解体してデータを抽出します。
この過程で、誤り検出機能を利用して通信の信頼性を確保します。
3. 衝突回避と再送制御
複数の機器が同一の通信媒体を共有する環境では、データの衝突が発生する可能性があります。
MAC層では、これを衝突検出や再送制御によって回避します。
例えば、イーサネットでは、キャリア検知方式を使用して、衝突が発生した場合には再送信を行い、通信の整合性を保ちます。
4. 誤り検出
通信中にデータが損傷することがあります。
MAC層は、チェックサムなどを使用してデータの誤り検出を行い、信頼性の高い通信を実現します。
MAC層とLLC層の関係
1980年代に、IEEE 802委員会はLAN（ローカルエリアネットワーク）における物理層とデータリンク層の技術を検討し、データリンク層をさらに二つの副層に分割しました。
それが、物理層に近いMAC副層と、ネットワーク層に近いLLC副層（Logical Link Control）です。
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MAC副層：物理的な伝送媒体に合わせた仕様を定め、各機器が通信できるように制御します。
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LLC副層：異なるMAC層の仕様を吸収し、ネットワーク層から一貫した方法で通信を提供します。
この分割は、様々な通信方式（例：イーサネット、トークンリング、FDDI）を統一的に扱うために考案されましたが、イーサネットが主流となった現在では、実質的にMAC層とLLC層の役割は大きく重なっています。
実際の応用と現在の利用状況
イーサネットとMAC層
現在の有線LANで広く使用されているイーサネットでは、MAC層が通信プロトコルの中心となっています。
イーサネットは、衝突回避やデータフレームの誤り検出などの機能を提供し、LAN内のデータ通信を安定させています。
さらに、Wi-Fiなどの無線通信技術でも、MAC層が重要な役割を果たしており、無線信号の干渉を回避し、安定した接続を提供しています。
MACアドレスのセキュリティ
MACアドレスは、ネットワーク上で機器を一意に識別するため、セキュリティの観点でも重要です。
MACアドレスフィルタリングなどを使用することで、不正アクセスの防止やネットワークのアクセス制御を行うことができます。
まとめ
メディアアクセス制御（MAC）は、ネットワーク通信において欠かせない技術であり、MAC層は、データリンク層の一部として、通信の安定性と効率を保つために重要な役割を果たします。
MACアドレスによる機器識別や、衝突回避、誤り検出の仕組みは、特に複数の機器が同じ通信媒体を使用するネットワーク環境で非常に重要です。
現在では、イーサネットやWi-Fiなどのネットワーク技術において、このMAC層の技術が広く利用されており、今後のネットワーク技術の進化にも欠かせない基盤となるでしょう。