ユニキャスト・ブロードキャスト・マルチキャストの違い

ユニキャストは1台だけ、ブロードキャストはネットワークの全員、マルチキャストは参加したグループに送る通信です。どれになるかは、パケットの宛先アドレスで決まります。

ARPやDHCPも、この3つを使い分けて動いています。以下の説明では、自分のPCを 192.168.10.25/24 とし、同じLANに別のPCやルータがあるものとします。

ふだんのWebやメールの通信は、ほとんどがユニキャストです。ブロードキャストとマルチキャストは、相手のアドレスがまだ分からないときや、同じデータを複数の相手に送るときに使います。

3つの種類は、宛先のIPアドレスで見分けられます。LANの中では、宛先のMACアドレスにも同じ区別が現れます。スイッチやPCのネットワークカードは、このMACアドレスを見て動きます。

ユニキャスト：相手1台のアドレス

ユニキャストでは、宛先IPアドレスに相手1台のアドレスを書きます。同じLANの相手なら、宛先MACはその相手のMACアドレスです。別のネットワークの相手なら、宛先MACはゲートウェイのルータのMACアドレスになります。この使い分けは、MACアドレスとIPアドレスの記事で説明しています。

ブロードキャストアドレス：ホスト部がすべて1

ブロードキャストアドレスは、ホスト部のビットをすべて1にしたアドレスです。192.168.10.0/24 なら、最後の8ビットがすべて1の 192.168.10.255 になります。この値はネットワークごとに決まり、機器には割り当てません。求め方はサブネットマスクの記事で説明しています。

もう1つ、255.255.255.255 という宛先もあります。これは自分のネットワーク全体を指すブロードキャストで、限定ブロードキャストと呼びます。自分のネットワークがまだ分からない段階でも使えます。

192.168.10.255 のようにネットワークを指定する宛先は、ダイレクトブロードキャスト（directed broadcast）と呼びます。2種類のブロードキャストの決まりは、RFC 919とRFC 922に書かれています。どちらも、宛先MACは FF:FF:FF:FF:FF:FF です。

マルチキャストアドレス：224.0.0.0〜239.255.255.255

IPv4のマルチキャストには、224.0.0.0〜239.255.255.255 の範囲を使います。古い分け方でいうクラスDにあたり、用途ごとの範囲がRFC 5771に示されています。マルチキャストアドレスは、1台の機器ではなくグループを指します。機器がグループに参加すると、そのアドレス宛てのパケットを受け取るようになります。

宛先MACは、宛先IPアドレスから計算で作ります。01:00:5E で始まる値の下位23ビットに、宛先IPアドレスの下位23ビットを入れます。たとえば 224.0.0.251 宛てなら、宛先MACは 01:00:5E:00:00:FB です。この対応は、RFC 1112の6.4節で定められています。

スイッチは、ブロードキャストのフレームを受信したポート以外の全ポートへ送ります。マルチキャストのフレームも、特別な機能がなければ全ポートへ送ります。

ブロードキャストのフレームは、受け取った全員が処理します。マルチキャストのフレームを受け取った機器は、参加したグループ宛てかどうかを確認し、参加していないグループ宛てなら捨てます。

ブロードキャストはルータを越えない

ブロードキャストが届くのは、ルータで区切られた同じネットワークの中だけです。RFC 1812の決まりで、ルータは 255.255.255.255 宛てのパケットを転送しません。192.168.10.255 のようなネットワークごとのブロードキャストも、RFC 2644により既定では転送しません。

ブロードキャストが届く範囲を、ブロードキャストドメインと呼びます。この範囲をルータで分ける仕組みは、ハブ・スイッチ・ルータの記事で説明しています。1台のスイッチの中で分ける方法は、VLANの記事で説明しています。

衝突ドメインと並べた比較は衝突ドメインとブロードキャストドメインの違いの記事にあります。

マルチキャストは参加者のいる先へ届く

マルチキャストは、ルータがマルチキャストの経路制御をしていれば、ルータを越えて届きます。PCがIGMPという仕組みでルータに参加を知らせ、ルータは参加者のいるネットワークにだけパケットを送ります。

ただし、224.0.0.0〜224.0.0.255 は例外です。この範囲は同じLANの中だけで使うと決まっていて、ルータは転送しません。また、IGMPのやり取りを読み取って参加者のポートにだけ送るスイッチもあります。この機能をIGMPスヌーピングと呼びます。

次の図で宛先IPアドレスを選ぶと、その宛先の種類と、どこまで届くかが表示されます。

どの送り方を使うかは、相手が決まっているかどうかで変わります。相手が1台に決まっていれば、ユニキャストで送ります。相手のアドレスがまだ分からなければ、ブロードキャストで全員に問い合わせます。同じデータを決まったグループに配るなら、マルチキャストを使います。

ARPは、相手のMACアドレスを知るために全員へ問い合わせます。答えるのは該当する1台だけで、その応答はユニキャストです。DHCPでは、まだIPアドレスを持たない端末が 255.255.255.255 宛てに要求を送ります。それぞれの流れは、ARPの記事とDHCPの記事で説明しています。

OSPFやRIPv2は、経路を交換する相手のルータだけが受け取るよう、マルチキャストで送ります。OSPFは 224.0.0.5 を、RIPv2は 224.0.0.9 を使います。参加していないPCは、届いても処理せずに捨てます。経路の交換については、ルーティングの記事で説明しています。

動画を多くの視聴者に配るときも、マルチキャストが向いています。ユニキャストで送ると、送り手は視聴者の数だけ同じデータを送ることになります。マルチキャストなら、送り手は1回送るだけで、途中のルータが参加者のいる方向へデータを複製して届けます。

エニーキャストは、同じアドレスを持つ複数の機器のうち、1台だけに届ける送り方です。届くのは、経路制御の上で最も近い1台です。同じアドレスを世界の何か所にも置いて、利用者を近い場所へ振り分けます。RFC 4786は、DNSのルートサーバを代表的な使い方として挙げています。

IPv6では、エニーキャストがアドレスの種類として正式に定義されています。一方、IPv6にはブロードキャストアドレスがありません。RFC 4291は、ブロードキャストの役割をマルチキャストが受け持つと定めています。全員に送りたいときは、全ノード宛てのマルチキャストアドレス ff02::1 を使います。

IPv6では、ARPの代わりにNDPがMACアドレスを調べます。NDPは、ブロードキャストではなくマルチキャストで問い合わせます。IPv6のアドレスの読み方は、IPv6の記事にまとめています。