ブロードキャストとは
ブロードキャストは、コンピュータネットワークにおいて、特定のネットワークセグメント内に存在するすべてのノード（コンピュータや通信機器）に対して、一度の送信操作で同一のデータを一斉に転送する通信方式のことです。
これは、特定の1対1の相手と通信するユニキャストや、特定のグループに対して送信するマルチキャストとは異なり、宛先を指定せずにそのネットワークに属するすべての端末へ情報を届けるための基本的なプロトコル動作として定義されています。
ブロードキャストの仕組みと種類
ブロードキャスト（一般的にはブロードキャストと呼ばれます）は、主にイーサネットやIPネットワークなどのレイヤにおいて、特別な宛先アドレスを用いることで実現されます。
1. レイヤ2（データリンク層）での動作
イーサネット環境では、MACアドレスのすべてのビットを1にした「FF:FF:FF:FF:FF:FF」というブロードキャストアドレスが使用されます。このアドレスを宛先としたフレームを受信したスイッチは、受信ポート以外のすべてのポートへデータを転送（フラッディング）します。
2. レイヤ3（ネットワーク層）での動作
IP通信においては、主に以下の2種類のブロードキャストアドレスが利用されます。
- リミテッドブロードキャストアドレス: 255.255.255.255を指定します。ルータを越えず、送信元が属するローカルネットワーク内のみに送信されます。
- ディレクテッドブロードキャストアドレス: 特定のネットワーク内のすべてのホストを指します。例えば、192.168.1.0/24というネットワークであれば、192.168.1.255がこれに該当します。
ブロードキャストの主な用途
ブロードキャストは、通信相手のIPアドレスやMACアドレスが不明な状態から通信を開始するための「発見」プロセスにおいて極めて重要な役割を果たします。
1. アドレス解決プロトコル（ARP）
通信したい相手のIPアドレスは分かっているが、物理的な送り先であるMACアドレスが不明な場合、ARPリクエストをブロードキャストで送信し、該当する端末からの応答を求めます。
2. 設定情報の自動取得（DHCP）
ネットワークに参加したばかりの端末が自身のIPアドレスを持っていない場合、DHCPディスカバーというメッセージをブロードキャストで送信し、ネットワーク内のDHCPサーバーを探し出します。
ロードキャストに伴う課題
非常に便利な機能である一方、設計や運用を誤るとネットワーク全体の品質を低下させる要因となります。
1. ロードキャストストーム
ネットワーク内にループ構成が存在する場合、ブロードキャストフレームが無限に転送・増殖され続け、帯域を占有して通信を不能にする現象です。
2. CPU負荷の増大
ブロードキャストデータは、受信したすべての端末のCPUで処理（上位レイヤへの受け渡し判断）を行う必要があるため、頻繁に発生するとネットワーク内のすべての機器の処理性能を圧迫します。
3. セキュリティリスク
ネットワーク内のすべての端末にデータが届くため、悪意のある第三者が通信内容を盗聴したり、偽の応答を返して通信を乗っ取ったりする攻撃の起点となる可能性があります。
通信効率と設計
ネットワーク設計においては、ロードキャストが届く範囲（ブロードキャストドメイン）を適切に制限することが重要です。VLAN（仮想LAN）を利用してネットワークを論理的に分割することで、不要なブロードキャストトラフィックが波及する範囲を抑え、通信効率を最適化します。
ネットワークの利用率 $U$ におけるブロードキャストトラフィック $B$ の影響を考える際、有効なデータ転送量 $D$ との関係は概念的に以下のように示されます。
ブロードキャストの割合 $B$ が過大になると、実効スループットが低下するため、大規模なネットワークではマルチキャストへの移行やサブネット分割などの対策が講じられます。
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