イーサネットフレームとMTUとは？

イーサネットフレームとMTUの意味

データリンク層で送受信される単位がフレームで、宛先・送信元のMACアドレス、上位プロトコルの種別、データ、誤り検査用のFCSからなる。1フレームで運べるデータの最大長がMTUで、標準的なイーサネットでは1500バイトとされる。

イーサネットフレームとMTUの具体例

MTUを超えるIPパケットは分割されて送られる。トンネリングでヘッダが追加される経路では実効MTUが減るため、そのままだと分割や通信不能が起きる。データセンタ内では9000バイト程度のジャンボフレームで効率を上げる構成も取る。

イーサネットフレームとMTUは試験でどう引っ掛けられる？

MTUはフレーム全体の長さではなくペイロードの上限であり、ヘッダとFCSは含まない。またMTUを大きくすれば常に速くなるわけではなく、経路上の全機器が同じ値に対応していないと逆に性能が落ちる。

イーサネットフレームとMTUと関連する用語

• CSMA/CDとCSMA/CA
• VPNとトンネリング
• ネットワーク中継装置（リピータ・ブリッジ・ルータ・ゲートウェイ）

イーサネットフレームとMTUが出た過去問

• ブロードキャストストームの説明として，適切なものはどれか。

  正解：ネットワークスイッチ間にループとなる経路ができることによって，特定のイーサネットフレームが大量に複製されて，通信が極端に遅くなったり通信できなくなったりすること

  要点：ブロードキャストストームはループでフレームが無限に複製される現象

  スイッチ間の配線がループになると、ブロードキャストフレームが経路を回り続けて次々に複製され、帯域とスイッチの処理能力を食いつぶす。これがブロードキャストストームで、スパニングツリープロトコルなどでループを論理的に切断して防ぐ。

  出典：平成29年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問35（IPA）

• 図のようなIPネットワークのLAN環境で、ホストAからホストBにパケットを送信する。LAN1において、パケット内のイーサネットフレームの宛先とIPデータグラムの…

  正解：イーサネットフレームの宛先MAC3、IPデータグラムの宛先IP2

  要点：IPの宛先は最終宛先のまま、MACの宛先は次ホップごとに変わる

  IPデータグラムの宛先アドレスは最終的な通信相手のものが終始変わらないので、ホストBのIPアドレス（IP2）のままである。一方イーサネットフレームは同一セグメント内でしか届かないため、LAN1ではまず経路上の次のノードであるルータのLAN1側インタフェースのMACアドレス（MAC3）を宛先にする。

  出典：令和1年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問33（IPA）

• 1個のTCPパケットをイーサネットに送出したとき、イーサネットフレームに含まれる宛先情報の、送出順序はどれか。

  正解：宛先MACアドレス、宛先IPアドレス、宛先ポート番号

  要点：カプセル化により、外側の層のヘッダーから順に送出される

  イーサネットフレームは外側の層のヘッダーから順に送出される。先頭にデータリンク層のイーサネットヘッダー（宛先MACアドレス）が置かれ、続いてネットワーク層のIPヘッダー（宛先IPアドレス）、その次にトランスポート層のTCPヘッダー（宛先ポート番号）が現れる。カプセル化の階層が外側から内側へ並ぶ順である。

  出典：令和5年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問33（IPA）

• 複数台のレイヤー2スイッチで構成されるネットワークが複数の経路をもつ場合に、イーサネットフレームのループが発生することがある。そのループの発生を防ぐためのTCP…

  正解：スパニングツリープロトコル

  要点：スパニングツリーは冗長経路を論理遮断しレイヤー2ループを防ぐ

  スパニングツリープロトコル（STP）は、レイヤー2スイッチ同士が制御フレームを交換して論理的な木構造を作り、冗長な経路のポートをブロッキング状態にすることでループの発生を防ぐ。IEEE 802.1Dで規定されており、TCP/IPの階層ではネットワークインタフェース層に位置づけられる。

  出典：令和7年度 秋期 応用情報技術者試験 午前 問34（IPA）

• MTU（Maximum Transmission Unit）が1,500バイトに設定されたIPv4ネットワークで，2,000バイトのデータをTCPを用いて送信す…

  正解：540

  要点：1パケットのデータ量はMTUからIPヘッダーとTCPヘッダーを引いた値

  MTUの1,500バイトはIPパケット全体（IPヘッダーを含む）の上限で、イーサネットのヘッダーとトレーラーは含まない。したがって1パケットに載せられるデータはMTU－IPヘッダー20－TCPヘッダー20＝1,460バイトになる。1つ目のパケットに上限の1,460バイトを詰めるので、残りは2,000－1,460＝540バイトが2つ目に載る。

  出典：令和7年度 春期 応用情報技術者試験 午前 問30（IPA）