IPアドレスとMACアドレスの可視化 — パケットが届くまで

IPアドレスとMACアドレス — 役割が違う2つの「住所」

コンピュータには2つの住所があります。混同しやすいですが、役割がはっきり違います。

宅配便に例えると分かりやすいです。封筒の宛先住所（IP）は最初から最後まで「PC-B」のまま。でも、荷物を実際に手渡す相手（MAC）は、あなた→配送センター→配達員→受取人と、そのつど変わります。ネットワークでいう「配送センター」がルーターです。

ARP — IPアドレスからMACアドレスを調べる

フレームを送るには“次に渡す相手のMAC”が必要ですが、私たちが指定するのはふつうIPアドレスです。そこで「このIPアドレスの持ち主、MACは何番？」と同じネットワークに一斉に尋ねるのが ARP（Address Resolution Protocol）です。持ち主だけが「私です、MACは○○」と応答し、その対応をARPテーブルに一定時間キャッシュします（毎回聞かなくて済むように）。上の可視化のARPテーブルが、これです。

ポイントは、宛先が別ネットワークのときにARPで聞くのは「相手のMAC」ではなく「デフォルトゲートウェイ（ルーター）のMAC」だということ。まずはルーターに渡すのが仕事だからです。

パケットが1ホップ進むたびに起きること

ルーターは、フレームを受け取るたびに次のことを行います。

① 宛先MACが自分宛か確認 → 自分宛ならフレームを開ける。
② 宛先IPを見てルーティング → ルーティングテーブルで「次にどこへ送るか」を決める。
③ フレームを作り直す → IPヘッダはそのまま、送信元MAC＝自分の出口、宛先MAC＝次のホップ（必要ならARP）。
④ TTLを1減らす → 0になったら破棄（無限ループ防止）。

この「IPヘッダは変えず、MACだけ書き換えて次へ渡す」の繰り返しで、パケットは世界中どこへでも届きます。経路を手を動かして体感するならルーティング構築パズル、層とヘッダの関係はOSI参照モデルの可視化もどうぞ。

ポート番号も加えると「誰の何宛か」が決まる

もう一段くわしくすると、ポート番号（第4層）も登場します。IPアドレスが「どのコンピュータか」を、ポート番号が「そのコンピュータのどのアプリ（サービス）か」を表します。例：Webは80/443、メール送信は25。宛先IP＋宛先ポートで「どの端末のどのサービス宛か」が一意に決まり、これで1台の中で複数の通信を区別できます（NAPTがポートで機器を見分けるのも同じ原理）。

基本情報技術者試験ではこう出る

「MACアドレスは第何層か（→第2層）」「ARPの役割（IPアドレスからMACアドレスを求める）」「ルーターはパケットを転送する際に何を書き換えるか」が定番です。とくに「宛先IPアドレスは変わらず、宛先MACアドレスはルータを経由するたびに変わる」という記述の正誤はよく問われます。RARP（MAC→IP、ARPの逆）や、L2スイッチはMACで・ルータはIPで転送する点も押さえましょう。

よくある質問

Q. 同じネットワーク内（PC同士が直結）ならどうなる？
A. 宛先が同じネットワークなら、ルーターを通しません。ARPで相手PCのMACを直接調べて、そのMAC宛にフレームを送ります（宛先IPも宛先MACも相手PC）。ルーターをまたぐときだけ、MACが途中で書き換わります。

Q. MACアドレスは絶対に変わらないの？
A. 機器（NIC）に工場出荷時から焼き込まれた固有の番号ですが、OSの設定で変更（MACアドレス偽装）することも可能です。基本は「機器固有・ネットワーク内で重複しない」ものと理解してOKです。

Q. IPアドレスとMACアドレス、なぜ両方必要なの？
A. 役割が違うからです。MACは「隣の機器へ確実に渡す」ため（局所的）、IPは「世界中のどこへでも道順を決める」ため（大域的）。MACだけでは世界中の経路を管理できず、IPだけでは目の前のケーブルに信号を流せません。2つが協力して通信が成り立ちます。

もっとじっくり読みたい方は、記事版 IPアドレスとMACアドレスの違いをやさしく図解（保存版）もどうぞ。関連：ルーティング構築パズル ／ OSI参照モデルの可視化 ／ 可視化一覧