ネットワークにおけるデータ伝送の基礎：セグメント、パケット、フレームの違いを理解する
インターネットやネットワークを介して情報を送る際、データは細かく分割され、効率的に伝送されるようになっています。その分割されたデータ単位が、セグメント、パケット、フレームです。これらの言葉は、ネットワークの仕組みを理解する上で重要になります。この記事では、それぞれの違いと役割についてわかりやすく解説します。
セグメントとは？トランスポート層におけるデータの分割
セグメントは、トランスポート層でデータを分割したものです。
- アプリケーション層からのデータは、ネットワークのMSS（最大セグメントサイズ）に合わせて分割されます。
- TCPヘッダ（20～60バイト）が付加されます。（通常は20バイト）
- ヘッダには、送信元ポート、宛先ポート、シーケンス番号、チェックサムなどの情報が含まれます。
チェックサムは、データの正確性を保証するために重要です。セグメント化により、大きなデータも効率的に伝送できます。
パケットとは？ネットワーク層でのルーティング
パケットは、ネットワーク層で形成されるデータ単位です。
- トランスポート層から受け取ったセグメントに、IPヘッダ（20～60バイト）が付加されます。（通常は20バイト）
- IPヘッダには、送信元IPアドレス、宛先IPアドレス、TTL（生存時間）などが含まれます。
- TTLは、ネットワークを経由するごとに減少し、パケットの無限ループを防ぎます。
IPヘッダは、パケットがネットワークを適切にルーティングされるために必要です。MTU（最大伝送ユニット）を超える場合は、ルータでパケットの分割（ fragmentation ）を行います。
フレームとは？データリンク層での物理的な伝送
フレームは、データリンク層で形成されるデータ単位です。
- ネットワーク層から受け取ったパケットに、MACヘッダが付加されます。
- MACヘッダには、送信元MACアドレス、宛先MACアドレス、データ長、チェックサムが含まれます。
- MACアドレスは、同一ネットワーク内のデバイスを特定するために使用されます。
MACアドレスは、ARP（Address Resolution Protocol）によって解決されます。フレームは、物理的な伝送媒体を通してデータを送受信するために必要な形式です。
セグメント、パケット、フレームの違い：一覧表
| 特徴 | セグメント | パケット | フレーム |
|---|---|---|---|
| レイヤ | トランスポート層（レイヤ4） | ネットワーク層（レイヤ3） | データリンク層（レイヤ2） |
| 含む情報 | 生データ | データ + 送信元/宛先 IPアドレス | データ + IPアドレス + MACアドレス(ハードウェア) |
| 使用目的 | 送信する前にデータを整理 | 異なるネットワーク間でのデータルーティング | 接続されたデバイス間で直接データを転送 |
| サイズ | 可変 | 通常は小さく、ルーティングしやすいように分割される | ネットワークタイプ ( Ethernet など)によって固定サイズ |
| ヘッダ | 基本的なヘッダ（ポート番号） | より複雑なヘッダ（IPアドレス） | 最も詳細なヘッダ（MACアドレス） |
| 主な役割 | データを管理しやすいサイズに分割 | ネットワークを介してデータをルーティング | データの実際の物理的送信を処理する |
| アドレス指定 | なし | IPアドレスを使用 | MACアドレスを使用 |
まとめ：ネットワークのデータ伝送を支える要素
セグメント、パケット、フレームは、ネットワークを介したデータ伝送において、それぞれ異なる役割を果たしています。データを分割し、アドレス情報を付加し、物理媒体に適した形に整えることで、効率的かつ正確なデータ伝送を実現しています。これらの違いを理解することは、ネットワークの仕組みを深く理解する上で不可欠です。
セグメント、パケット、フレームに関するFAQ
データが小さな断片に分割されるのはなぜですか？
ネットワークをより効率的に通過し、エラーをより適切に処理するためです。小さな断片により、伝送が高速化され、エラー修正が容易になり、さまざまなネットワークパス間でのルーティングの柔軟性が向上します。
セグメント、パケット、フレームの順番は？
セグメント、パケット、フレームの順です。この順序は、ネットワーク通信のレイヤーを介してデータがどのように準備されるかを反映しています。セグメントはトランスポート層で作成され、パケットはネットワーク層で作成され、フレームはデータリンク層で作成されます。
パケットとフレームの主な違いは何ですか？
パケットはネットワーク間のルーティングに使用され、フレームはネットワーク内のデバイス間の直接転送に使用されます。パケットはIPアドレスを使用してネットワーク層で動作し、フレームはMACアドレスを使用してデータリンク層で動作します。パケットは複数のネットワークを通過できますが、フレームは単一のネットワークセグメントに制限されます。
フレームでMACアドレスを使用する理由は何ですか？
MACアドレスは、同じローカルネットワーク上のデバイス間の固有のデバイス識別と直接通信のためにフレームで使用されます。ネットワークスイッチがデータを正しい宛先に効率的に転送できるようにし、ネットワークセキュリティのアクセス制御にも使用できます。MACアドレスを使用すると、データリンク層で異なる種類のネットワーク間の通信も可能になります。
