ユニキャスト・ブロードキャスト・マルチキャストの違いと使い分け│ネットワークスペシャリスト試験対策

ネットワークスペシャリスト試験の学習を進める中で、「ユニキャスト」「ブロードキャスト」「マルチキャスト」という言葉は頻繁に登場します。これらは IP ネットワークにおける基本的な通信方式ですが、それぞれの違いや適切な使い分けを正確に説明できるでしょうか？

「1 対 1 だからユニキャスト、全体だからブロードキャスト…」といった断片的な理解だけでは、複雑なネットワーク構成が問われる午後問題に対応するのは困難です。特に、なぜその場面でその通信方式が採用されているのか、という仕組みの根幹を理解していなければ、応用問題で失点しかねません。

この記事では、ネットワークの根幹をなす 3 つの通信方式「ユニキャスト」「ブロードキャスト」「マルチキャスト」について、それぞれの仕組みと特徴を徹底的に解説します。単なる用語説明にとどまらず、HTTP や DHCP といった具体的なプロトコルとの関連や、動画配信などの実用例を交えながら、その違いと使い分けを明らかにしていきます。

記事を最後まで読めば、あなたは 3 つの通信方式の違いを図や表で整理できるようになり、ネットワークスペシャリスト試験で問われる「通信方式の選択理由」を論理的に説明できる知識が身についているはずです。

ユニキャスト通信の特徴と使用例│ネットワークスペシャリストの基本知識

ユニキャストの定義と仕組み

ユニキャスト（Unicast）とは、ネットワーク上で特定の 1 つの送信元から特定の 1 つの宛先へデータを送信する、最も基本的な通信方式です。「1 対 1」の通信と表現され、手紙を送る人が特定の受取人だけに送る状況をイメージすると分かりやすいでしょう。

コンピュータネットワークの世界では、すべての機器は IP アドレスや MAC アドレスといった一意の識別子を持っています。ユニキャスト通信では、送信するデータパケットのヘッダ部分に、届けたい相手の IP アドレス（宛先 IP アドレス）を明確に指定します。ネットワーク上のスイッチやルータといった中継機器は、この宛先アドレスを見て、最適な経路を選択し、目的の相手にのみデータが届くように転送処理を行います。他の関係ない機器にデータが届くことはないため、効率的でセキュアな通信が可能です。

TCP/IPでの使われ方（HTTP・SSHなど）

私たちが日常的に利用するインターネット上のサービスの多くは、このユニキャスト通信を基盤としています。

• HTTP/HTTPS: Web サイトを閲覧する際、私たちの PC（クライアント）は Web サーバーに対して「このページをください」というリクエストを送信します。サーバーはリクエストを送ってきた特定のクライアントに対してのみ Web ページのデータを返信します。これもユニキャスト通信です。
• SSH (Secure Shell): サーバーを遠隔で操作する際に利用します。操作者とサーバー間で暗号化された「1 対 1」の通信路を確立し、コマンドの送受信を行います。
• FTP (File Transfer Protocol): ファイルサーバーとの間でファイルを送受信する際にも、特定のクライアントとサーバー間でのユニキャスト通信が使われます。
• SMTP/POP3/IMAP: メールの送受信も同様です。送信者がメールサーバーへメールを送る、あるいは受信者がメールサーバーから自分のメールを受け取る行為は、すべて「1 対 1」のユニキャスト通信で行われます。

これらのプロトコルは、信頼性が求められる TCP（Transmission Control Protocol）上で動作することが多く、ユニキャスト通信との親和性が非常に高いです。

「1対1」通信の意味と効率性

ユニキャストの最大のメリットは、その効率性とネットワーク帯域の節約にあります。通信は必要な相手に限定されるため、無関係なデバイスに余計なデータを送りつけてネットワーク全体に負荷をかけることがありません。

例えば、あるサーバーが特定のクライアントに大容量のファイルを送信する場合、その通信トラフィックは送信元と宛先の経路上にしか発生しません。他のデバイスの通信を妨げることなく、必要な情報をピンポイントで届けられるのです。

ネットワークスペシャリスト試験では、この「必要な宛先にのみデータを届ける」という基本原則が、他の通信方式（ブロードキャストやマルチキャスト）との比較において重要なポイントとなります。なぜここでユニキャストが使われるのか、あるいは使われないのかを説明できることが、深い理解の証明となります。

ブロードキャスト通信の必要性と制限│DHCPやARPの仕組み理解

ブロードキャストの仕組み

ブロードキャスト（Broadcast）とは、特定のネットワークセグメントに接続されているすべての端末（ノード）に対して、データを一斉に送信する通信方式です。「1 対 すべて」の通信であり、学校の校内放送や防災無線のように、エリア内の全員に同じ情報を一度に伝えるイメージです。

ブロードキャスト通信では、宛先アドレスとして特別な「ブロードキャストアドレス」が指定されます。IPv4 では、ホスト部のビットがすべて 1 になるアドレス（例: 192.168.1.255/24）が使われます。このアドレス宛に送信されたパケットを受け取ったスイッチは、送信元のポートを除くすべてのポートにデータを転送（フラッディング）します。これにより、同じネットワーク内の全端末がデータを受信することになります。

なぜDHCPDISCOVERはブロードキャストか

ブロードキャストは、通信したい相手の IP アドレスが分からない場合に特に重要な役割を果たします。その代表例が、DHCP と ARP です。

• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): PC をネットワークに接続した際、PC は自身が使用する IP アドレスを知りません。IP アドレスを貸し出してくれる DHCP サーバーがネットワーク上のどこにいるかも分かりません。そこで PC は、「DHCP サーバーはどなたですか？IP アドレスをください」というメッセージ（DHCPDISCOVER）をブロードキャストで送信します。この「とりあえず全員に聞いてみる」というアプローチにより、どこにいるか分からない DHCP サーバーに応答してもらうことができるのです。
• ARP (Address Resolution Protocol): 同じネットワーク内の特定の IP アドレスを持つ機器と通信したいが、その機器の MAC アドレスが分からない場合にもブロードキャストが使われます。例えば、「IP アドレスが 192.168.1.10 の方、あなたの MAC アドレスを教えてください」という ARP リクエストをブロードキャストで送信します。リクエストを受け取った全端末のうち、該当する IP アドレスを持つ端末だけが「私の MAC アドレスはこれです」とユニキャストで返信します。

このように、ブロードキャストは「宛先が不明な相手を探す」というネットワークの初期動作において不可欠な仕組みです。

スイッチ／ルータの動作と制限点

ブロードキャスト通信の挙動を理解する上で、スイッチとルータの役割の違いは極めて重要です。

• スイッチ（レイヤ2スイッチ）: ブロードキャストフレームを受信すると、受信ポート以外のすべてのポートに転送します。つまり、スイッチで接続された範囲の全体にブロードキャストが届きます。
• ルータ（レイヤ3スイッチ）: 原則としてブロードキャストを通過させません。 ルータはネットワークを分割する役割を担っており、あるネットワークで発生したブロードキャストが他のネットワークに無駄に流れていかないように堰き止める「防波堤」の役割を果たします。これにより、ブロードキャストによるトラフィックが無限に広がることを防いでいます。このルータによって区切られた範囲をブロードキャストドメインと呼びます。

この性質から、ブロードキャストには大きな制限点があります。それは、ネットワーク全体に負荷をかけるという点です。ブロードキャストパケットを受信したすべての端末は、自分に関係のない通信であっても、一度はその内容を確認するための CPU 処理を強いられます。そのため、ブロードキャストが多発すると、ネットワーク全体のパフォーマンスが低下する「ブロードキャストストーム」という問題を引き起こす可能性があります。ネットワークスペシャリスト試験では、このブロードキャストドメインの設計思想が問われることも少なくありません。

マルチキャスト通信の利点と課題│効率化される動画・音声配信

マルチキャストの定義と仕組み（IGMPなど）

マルチキャスト（Multicast）は、特定のグループに所属する複数の端末に対して、一度の送信で同じデータを届ける通信方式です。「1 対 多（特定の複数）」の通信と位置づけられ、ユニキャストとブロードキャストの中間的な性質を持ちます。メーリングリストのように、登録しているメンバーにだけ一斉にメールが届くイメージです。

マルチキャストでは、通信したいグループごとに「マルチキャストアドレス」という特別な IP アドレス（クラス D アドレス: 224.0.0.0～239.255.255.255）が割り当てられます。送信者はこのマルチキャストアドレスを宛先としてパケットを 1 つ送るだけです。

受信側は、「このマルチキャストグループの通信を受信したい」という意思表示をする必要があります。このために使われるプロトコルが IGMP (Internet Group Management Protocol) です。クライアント PC は、最寄りのルータに対して IGMP を使って「○○グループに参加します（Join）」あるいは「離脱します（Leave）」と通知します。ルータはこの IGMP の情報を基に、どのネットワークにマルチキャストのデータを流すべきかを判断・制御します。これにより、不要なネットワークにデータが流れ込むのを防ぎます。

「1対多」かつ効率重視の通信

マルチキャストの最大の利点は、ネットワーク帯域の効率的な利用です。
例えば、サーバーから 100 台のクライアントへ同時に動画を配信するケースを考えてみましょう。

• ユニキャストの場合: サーバーは 100 台のクライアントそれぞれに対して個別にデータを送信する必要があります。つまり、サーバーとネットワークには 100 倍の負荷がかかります。
• ブロードキャストの場合: ネットワークセグメント内の全端末にデータが届くため、動画視聴を希望しない端末にも不要なデータが送りつけられ、迷惑なだけでなく、無駄な処理負荷をかけてしまいます。
• マルチキャストの場合: サーバーはデータを 1 回送信するだけです。中継ルータがデータを適切に複製し、視聴を希望している（IGMP で Join している）クライアントがいるネットワークにのみデータを転送します。サーバーの送信負荷は 1 回分で済み、かつ関係のない端末にはデータが届かないため、非常に効率的です。

IPTV・遠隔授業などでの活用例

この「効率的な 1 対 多通信」という特徴から、マルチキャストは主にリアルタイムの映像・音声配信で活用されています。

• IPTV・動画配信: ケーブルテレビや企業内の映像配信サービスなど、多数の視聴者に同時に同じコンテンツを届ける際に利用されます。
• 遠隔授業・Web会議: 講師の映像と音声を、多数の受講者の PC へリアルタイムに配信するシステムで使われることがあります。
• 金融情報の配信: 証券取引所から各証券会社へ、株価などの情報をリアルタイムで一斉配信する際にも利用されます。

ネットワークスペシャリスト試験では、大量のクライアントへの同時配信というシナリオにおいて、なぜユニキャストでは帯域を圧迫し、マルチキャストが最適解となるのか、その理由を IGMP の役割と絡めて説明できるかが問われます。

ユニキャスト／ブロードキャスト／マルチキャストの違い比較表

これまでに解説した3つの通信方式「ユニキャスト」「ブロードキャスト」「マルチキャスト」の特徴を、表と図で整理してみましょう。それぞれの違いを視覚的に捉えることで、知識の定着がより確実になります。ネットワークスペシャリスト試験の午後問題などでは、これらの通信方式の特性を踏まえた上で、最適な設計を考える力が求められます。

方式ごとの比較（表形式）

図解：それぞれの通信の流れ

3つの通信方式のデータの流れをイメージ図で比較します。送信元（S）からデータが送られた際、各ノード（R）でどのようにデータが流れていくかに注目してください。

ユニキャストの通信イメージ
送信元（S）から特定の宛先（R3）へ、最短経路でデータが届けられます。他の端末（R1, R2, R4）にはデータは流れません。

ブロードキャストの通信イメージ
送信元（S）から送られたデータは、同じネットワーク内のすべての端末（R1, R2, R3, R4）に届けられます。ルータを越えて他のネットワークへは流れません。

マルチキャストの通信イメージ
送信元（S）から送られたデータは、マルチキャストグループに参加している特定の端末（R2, R4）にのみ届けられます。グループに参加していない端末（R1, R3）にはデータは流れません。

このように、目的と状況に応じて最適な通信方式は異なります。「誰に」「何を」「どれだけ効率的に」届けたいのか、という視点で3つの方式を使い分けることが、ネットワーク設計の基本となります。

通信方式の選び方と試験対策のポイント│使い分けの理解が合否を分ける

これまで見てきたように、3つの通信方式にはそれぞれ明確な役割とメリット・デメリットがあります。ネットワークスペシャリスト試験では、これらの特性を深く理解した上で、「なぜその技術を選択するのか」を論理的に説明する能力が問われます。最後に、実務にも通じる通信方式の選び方と、試験対策の核心に迫ります。

実務でも役立つ判断ポイント

実際のネットワーク設計やトラブルシューティングでは、以下の観点で通信方式を判断します。

1. 通信の目的は何か？: まず考えるべきは「誰に情報を届けたいか」です。
   • 特定の相手との確実な通信か？ → ユニキャスト
   • 相手がどこにいるか分からない状態から探したいか？ → ブロードキャスト
   • 特定の興味を持つグループにだけ、リアルタイムで一斉配信したいか？ → マルチキャスト
2. ネットワーク負荷への影響は？: 特に大規模なネットワークでは、トラフィックが性能に与える影響を考慮しなければなりません。
   • 多数への同時配信要件がある場合、ユニキャストを繰り返すとサーバーや回線がパンクしないか？
   • ブロードキャストが多発する設計になっていないか？ブロードキャストドメインは適切に分割されているか？
3. セキュリティは確保されているか？:
   • ユニキャストは基本的に通信相手が限定されますが、ブロードキャストやマルチキャストは意図しない端末に情報が届く可能性があります。盗聴（パケットキャプチャ）のリスクを考慮し、必要な場合はアプリケーション層での暗号化などを検討します。

ネットワークスペシャリスト試験の過去問傾向

ネットワークスペシャリスト試験、特に午後問題では、単に用語の意味を問う問題はほとんど出題されません。多くは、具体的なネットワーク構成図が提示され、以下のような点が問われます。

• 事例: ある企業が全社で映像配信を始める際のネットワーク設計について。
• 設問: 「全拠点へ効率的に映像を配信するために、採用すべき通信方式は何か。また、その方式の実現に必要なプロトコルは何か。その理由と共に述べよ。」
• 解答のポイント: この場合、「多数の拠点へ」「効率的に」というキーワードからマルチキャストを連想します。そして、その実現にはIGMPやPIM（Protocol Independent Multicast）といったプロトコルが必要であること、理由として「ユニキャストのように送信元やネットワーク帯域に負荷をかけず、ブロードキャストのように不要なトラフィックを発生させないため」といった点を明確に記述する必要があります。

ARPやDHCPのシーケンスに関する問題では、なぜ最初のパケットがブロードキャストでなければならないのか、その後の通信はなぜユニキャストで行われるのか、といった一連の流れを正確に理解しているかが試されます。

「なぜそれを使うのか？」という視点の重要性

この記事を通じて最も重要なメッセージは、「なぜ、その通信方式を使うのか？」という視点を常に持つことです。

• なぜWebアクセスはユニキャストなのか？ → 特定のサーバーとクライアントの間の通信だから。
• なぜDHCPの初期動作はブロードキャストなのか？ → DHCPサーバーのIPアドレスを知らないから。
• なぜライブ配信はマルチキャストが適しているのか？ → 帯域を効率的に使い、かつ興味のある人にだけ届けたいから。

この「なぜ？」を自問自答し、自分の言葉で説明できるようになることが、表面的な知識から一歩進んだ、真の理解の証です。ネットワークスペシャリスト試験を突破し、さらに実務で活躍できるエンジニアになるために、この思考の癖をぜひ身につけてください。