OSI参照モデルの第2層（データリンク層）とは？役割と身近な例

OSI参照モデルの第2層（データリンク層）は、同じネットワークの中で、となりの機器までデータを届ける層です。「L2スイッチ」の「L2」は、この第2層のことです。

この記事では、データリンク層の役割、MACアドレスやスイッチなどの身近な例、TCP/IPモデルでの位置づけ、よくあるトラブルと安全な確かめ方を解説します。

データリンク層とは？役割をひとことで

データリンク層は、直接つながっている機器どうし（同じネットワークの中）で、データを正しく受けわたす役割をもちます。主な仕事は次のとおりです。

• 宛先の指定：機器ごとのMACアドレスを使って「だれあてか」を示す
• フレームにまとめる：データに宛先・送信元のMACアドレスなどのヘッダーを付けて、フレームという単位にする
• エラーの検出：届いたフレームが途中でこわれていないかを確かめる（こわれていたら捨てる）
• 送る順番の調整：同じ線や電波を複数の機器で使うとき、ぶつからないように調整する

データリンク層が届けるのは「となりの機器まで」です。ルーターをこえて遠くのネットワークまで届けるのは、次の第3層（ネットワーク層）の仕事になります。

データリンク層の身近な例

分類	例	ポイント
アドレス	MACアドレス（例：00:1a:2b:3c:4d:5e）	ネットワークカードごとの48ビットのアドレス。16進数で表す
機器	スイッチ（スイッチングハブ、L2スイッチ）、ブリッジ、Wi-Fiのアクセスポイント	MACアドレスを見て、届け先のポートを選ぶ
規格	イーサネット（IEEE 802.3）、Wi-Fi（IEEE 802.11）	物理層とデータリンク層をあわせて決めている
しくみ	VLAN（IEEE 802.1Q）	1台のスイッチの中で、ネットワークを論理的に分ける
データの呼び方（PDU）	フレーム	MACアドレスなどのヘッダーと、エラー検出用の情報が付く

スイッチはMACアドレスを「覚えて」送る

スイッチは、フレームが届くたびに「このMACアドレスの機器は、このポートの先にいる」と表（MACアドレステーブル）に覚えていきます。次にそのMACアドレスあてのフレームが来たら、そのポートにだけ送ります。まだ覚えていない宛先あてのときは、ほかのすべてのポートに送ります。

受け取った信号をすべてのポートに流していた昔のリピーターハブ（第1層の機器）とちがい、必要なところにだけ送るので、むだな通信が減ります。

IPアドレスとMACアドレスをつなぐARP

パソコンが同じネットワークの機器にデータを送るとき、相手のIPアドレス（第3層）はわかっていても、MACアドレス（第2層）がわからないとフレームを作れません。そこで使われるのがARP（Address Resolution Protocol）です。ARPは、RFC 826で「ネットワークのアドレスを48ビットのイーサネットのアドレスに変換する」ためのプロトコルとして定められています。

しくみはシンプルで、「このIPアドレスの人はいますか？」とネットワーク全体に問いかけ（ブロードキャスト）、該当する機器が自分のMACアドレスを答えます。ARPは第2層と第3層の橋わたしをするため、資料によって「2.5層」のように紹介されることもあります。

TCP/IPモデルではどこにあたる？

RFC 1122が定めるTCP/IPの4つの層では、OSIのデータリンク層は、物理層といっしょにリンク層にふくまれます。RFC 1122はリンク層について、ホストがつながっているネットワークと通信するための層として扱い、イーサネットなどの上でIPを運ぶための要件（ARPの使い方など）をまとめています。

よくあるトラブルと確かめ方

よくある原因

• IPアドレスの重複：同じIPアドレスを2台が使い、ARPの答えがぶつかって通信が不安定になる
• ループ：スイッチどうしをケーブルで輪のようにつなぐと、ブロードキャストがぐるぐる回り続け（ブロードキャストストーム）、ネットワーク全体が重くなる
• VLANの設定ちがい：つなぐポートのVLANがちがうと、同じスイッチにつないでいても通信できない
• Wi-Fiの接続先ちがい：ゲスト用のWi-Fiなど、別のネットワークにつないでいる

コマンドで確かめる（Linuxの例）

次のコマンドは、自分のパソコンが知っている情報を表示するだけの確認用です。

ip link show

link/ether のあとに表示されるのが、そのインターフェースのMACアドレスです。

ip neigh

ARPなどで覚えた「近くの機器のIPアドレスとMACアドレスの対応表」が表示されます。デフォルトゲートウェイ（ルーター）のIPアドレスが REACHABLE や STALE で載っていれば、第2層でルーターが見えています。FAILED や INCOMPLETE が続く場合は、ケーブル・Wi-Fi・VLANなど、第1〜2層の接続を疑いましょう。

WindowsやmacOSでは、arp -a で同じような一覧を見られます。

よくある質問

MACアドレスは変わらない？

MACアドレスはもともとネットワークカードごとに割り当てられていますが、ソフトウェアで別の値に変えて使うこともできます。最近のスマホやパソコンには、プライバシーを守るため、Wi-Fiごとにランダムなアドレスを使う機能があります。そのため、MACアドレスだけで機器を確実に見分けられるとは限りません。

L2スイッチとL3スイッチのちがいは？

L2スイッチはMACアドレス（第2層）を見て転送します。L3スイッチは、それに加えてIPアドレス（第3層）を見て、ネットワーク（VLAN）の間をルーターのように転送することもできます。

MACアドレスでインターネットの相手まで届けられないの？

MACアドレスで届けられるのは、同じネットワークの中だけです。ルーターをこえるたびに、フレームのMACアドレスは次の区間用に付けかえられます。遠くまで届けるための宛先は、第3層のIPアドレスです。

まとめ

• データリンク層は、同じネットワークの中で、となりの機器までデータを届ける層
• MACアドレス、スイッチ、イーサネット、Wi-Fi、VLANが身近な例。データの呼び方はフレーム
• ARPがIPアドレスとMACアドレスを結びつける
• TCP/IPでは、物理層といっしょに「リンク層」にふくまれる
• 確かめるときは ip link show、ip neigh で、MACアドレスや近くの機器が見えているかを見る

前の層は第1層（物理層）、次の層は第3層（ネットワーク層）です。どちらもシリーズの記事で解説しています。

OSI参照モデル　シリーズ記事

このシリーズでは、OSI参照モデルの全体像と、7つの層を1つずつ解説しています（各記事は順に公開予定です）。

• OSI参照モデルとは？（全体像）
• 第1層　物理層
• 第2層　データリンク層
• 第3層　ネットワーク層
• 第4層　トランスポート層
• 第5層　セッション層
• 第6層　プレゼンテーション層
• 第7層　アプリケーション層

参考資料

• ISO/IEC 7498-1:1994 Information technology — Open Systems Interconnection — Basic Reference Model: The Basic Model
• ITU-T Recommendation X.200 (07/94) Basic Reference Model: The basic model
• RFC 1122: Requirements for Internet Hosts – Communication Layers
• RFC 826: An Ethernet Address Resolution Protocol
• IEEE 802.3-2022 IEEE Standard for Ethernet
• IEEE 802.11-2020
• IEEE 802.1Q-2022