ブロードキャストとTCP/IP通信

質問

TCP/IP通信すなわちパケット通信するためにはMACアドレスが必要で、そのためにはARPを行い、ブロードキャストを送信すると考えています。

そこで、最初の段階であるブロードキャストはTCP/IPモデルでどの層でどのような働きをしているのでしょうか？

最初の段階(ブロードキャスト)ではMACアドレスは分からないはずなので下位層のネットワークインターフェイス層ではイーサネットヘッダやイーサネットトレーラは付かず、中途半端なカプセル化になるのでしょうか？

通信に精通している方は、この質問の意図も分かりにくいと思います。。すみません。
ご教授お願いしますm(__)m

回答No.2

Toshi0230

回答は大体No.1氏がされているので、補足的に。
「ブロードキャスト」という英語をそのまま日本語に翻訳すると「放送」で、つまりはあて先を指定せずにすべての端末宛にパケットを投げることをネットワーク通信の世界では「ブロードキャスト」と呼んでいます。
で、このブロードキャストは、ネットワーク層（L3層；IP）とデータリンク層（L2層；イーサネット）それぞれで定義されています。

ARPといのは位置づけ的にはL3層のプロトコルですが、機能的にはL3層とL2層の間を取り持つような働きをします。
あて先IPに対応するMACアドレスをノードが保持していない場合、ARPを利用してMACアドレスの探索(ARP request)を行います。このとき、L2層では、データリンク層レベルでブロードキャストを行い、同じネットワーク内に存在するすべてのノードに対して問い合わせを行うのです。

おそらく、質問者さんはこのARPによるブロードキャストをIPのブロードキャストと勘違いされたのではないかと想像します。

なお、IPでブロードキャストを行う場合は、No.1氏が回答されたとおり、そのままL2層でブロードキャストアドレスがあて先アドレスに設定されます。

…回答になったかな？

回答No.1

mtaka2

OSI階層でいえば、TCP/IPは
イーサネット: データリンク層 MACアドレスで宛先を指定
IP: ネットワーク層 IPアドレスで宛先を指定
TCP/UDP: トランスポート層 ポート番号で宛先を指定
といった対応になります。

ネットワーク層でも、ユニキャスト(相手のIPアドレスを宛先に指定)の他に、ブロードキャスト(IPアドレスのホスト部が全部1のアドレスを宛先に指定)というものがあるわけですが、
それとは別に、データリンク層でも、ユニキャスト(相手のMACアドレスを宛先に指定)の他に、ブロードキャスト(MACアドレスは全部1のアドレスを宛先に指定)というものがあります。

通常の、TCP/IP通信では、宛先に指定したIPアドレスを元に、データリンク層ではその宛先に対応するMACアドレスを指定して送信します。
宛先IPアドレスがブロードキャストアドレスだった場合は、宛先MACアドレスをブロードキャストにする、という処理を行うことで、
ブロードキャストも含めて、TCP/IPレベルでの送信相手の指定が、そのままデータリンク層での送信相手の指定としても機能するようになるわけです。

で、そのIPアドレスから、その宛先に合致するMACアドレスを取得する方法としてARPがあるわけですが、
ARPはIPと同階層のプロトコルであり、そこからデータリンク層に対してはブロードキャストMACアドレス(FF:FF:FF:FF:FF:FF)を相手に指定してパケットを送出しているのです。
http://www.atmarkit.co.jp/fwin2k/network/baswinlan011/baswinlan011_03.html

データリンク層では、送受信しているデータがIPでもARPでも、イーサネットヘッダやトレーラが付くなどといったイーサネットとしてのデータはまったく同じです。
そうして送る中身だけが違うということになります。