情報ネットワーク (データリンク・Ethernet) 岡村耕二 OSI階層モデル 送信先 送信元 2 アプリケーション層 アプリケーション層 プレゼンテーション層 プレゼンテーション 層 セッション層 セッション層 トランスポート層 トランスポート層 ネットワーク層 ネットワーク層 データリンク層 データリンク層 物理層 物理層 資料作成者：原田義明 OSI階層モデル 3 アプリケーション層 業務情報 アプリケーション層 プレゼンテーション層 表現形式の変換 プレゼンテーション層 セッション層 対話の管理 セッション層 トランスポート層 プロセス間の伝送 トランスポート層 ネットワーク層 エンドシステム間の伝送 ネットワーク層 データリンク層 隣接システム間の伝送 データリンク層 物理層 ビット伝送 物理層 資料作成者：原田義明 データリンク層 イーサネット (Ethernet) – 現在のLANで最も利用されている通信メディア イーサネットフレーム MTU(最大転送単位)1500オクテット イーサネットヘッダ 6オクテット データ 6オクテット 2オクテット 送信先MACアドレス 送信元MACアドレス タイプ 1オクテット=8bit 4 上位プロトコルの種類 イーサネットトレイラ 4オクテット FCS フレームが正しく到着したことを 確認する 資料作成者：原田義明 ハブ データは 全部に送信 ホストＡから ホストBへ通信 ホストＢ ホストＡ 資料作成者：原田義明 5 データリンク層通信 • MAC アドレス： イーサネットカード固有 • イーサネットカードは自分の MAC アドレス のフレームのみを受信する – ハードによる処理 – ＯＳ によらない 6 CSMA/CA (Carrier Sence Multiple Access with Collision Avoidance) 搬送波感知多重アクセス/衝突回避方式の略で、 無線LANに用いられているアクセス制御方式 通信が行われていなければ、DIFS(Distributed coordination function Initial interFrame Space) ＋ ランダム時間待ち、送信を開始する 送信データを受け取ったときにack(応答メッセージ)を 送信することで、データの送信エラー(衝突)を検出す る ackメッセージを受け取らなかった場合、再送する 資料作成者：原田義明 8 ＣＳＭＡ/ＣＡ 通信 待機 チャネルの使用状況確認 ackメッセージ受信 待機：：DIFS時間分 乱数時間 乱数時間の待機終了 空くまで待機 通信終了 通信開始 A A ⇒ B C ⇒ B 通信が終了 SIFC時間待機 ack(応答)メッセージ送信 B SIFC<DIFC チャネルの使用状況確認 待機 チャネルの使用状況確認 待機： ：DIFS時間分 乱数時間 空くまで待機 空くまで待機 C SIFCの方が短く、乱数時間待たないので、 ackメッセージが早く送信される 資料作成者：原田義明 9 スイッチ ブリッジ MACアドレスを記憶し、通信を制御（CAMテーブル） フレーム読み取りの分だけ遅延が発生する ブロードキャストを止めることはできない スイッチ ストア＆フォワード形式 スイッチ内のメモリにデータをストアし、データの衝突を防ぐ フレーム読み取りの分だけ遅延が発生する ブロードキャストを止めることはできない 全二重回線（送信・受信の回線を分ける）が可能 資料作成者：原田義明 10 ハブ ～衝突（コリジョン）～ ホストAから ホストBへ通信 ホストＢ ホストＡ ホストＤ 衝突発生 ホストＣ ホストCから ホストDへ通信 資料作成者：原田義明 11 スイッチとは？ 競合されていないポートの 送受信を同時に転送可能 ホストAから ホストBへ通信 ホストＢ ホストＡ ホストＤ ホストCから ホストDへ通信 ホストＣ 資料作成者：原田義明 12 MACアドレスによるフィルタリング MAC:00-00-00-00-00-03 MAC:00-00-00-00-00-01 MAC:00-00-00-00-00-02 AからCへの 通信 CからAへの 通信 何処から来たか記憶 A C MAC:00-00-00-00-00-01 BからAへの 通信 B MAC:00-00-00-00-00-03 宛先が左のネットワークなので、 データを右側のネットワークに 送信しない D MAC:00-00-00-00-00-04 MAC:00-00-00-00-00-02 資料作成者：原田義明 13 スパニングツリープロトコル 冗長性のあるネットワークで、しかもMACアドレ スが学習されていないと、ブロードキャストで送 信してしまうので、フレームがループしてしまう ⇒このループを回避しないといけない スパニングツリープロトコル 14 資料作成者：原田義明 冗長ループの問題点 1 A 2 1 2 1 : : A A B 2 資料作成者：原田義明 15 スパニングツリープロトコル 冗長構成によるデータのループを防ぐためのプロトコル ループのない木構造を作成する BPDU (Bridge Protocol Data Unit)というデータを相互に交換し、スパニ ングツリーを構成する スパニングツリー SW1 seg1 SW1 seg2 SW2 × seg2 seg1 SW2 × SW3 SW3 seg3 このポートから もし、SW2が 転送しない ダウンしたら･･･ 資料作成者：原田義明 seg3 スパニングツリーを 再構成する 16 スパニングツリープロトコル BPDUとは？ ルート情報 パスコスト BPDUを送信したブリッジの情報 ポート情報 そのリンクのルートブリッジからの距離 ブリッジ情報 ルート（根）に指定されたブリッジのID(さっきの図のSW1) BPDUを送信したポートの情報 タイマ スパニングツリーを構成するための時間 資料作成者：原田義明 17 スパニングツリープロトコル ルート ブリッジＩＤ(BID)によって決まる プライオリティ(2bit)とMACアドレス(6bit)で、小さいもの パスコスト 帯域幅によって決められており、コストの少ない通信路を選 ぶ タイマ helloタイマ ：BPDUの送信間隔 スイッチダイアメータ ：スパニングツリーの最大ホップ数 最大タイマ ：連絡がないとダウンしたと見なす時間 最大遅延 ：ツリーの再構成のために、データをブロックする 時間 （再構成中にはループが起きる可能性がある ため） 18 資料作成者：原田義明 スパニングツリープロトコル root:10 seg1 : 10 root:0 10 10 sw2 25 sw1 0 40 seg4 : 15 2525 sw4 root:25 3025 seg3 : 10 15 seg2 : 15 20 sw3 15 root:15 40 seg5 : 15 各スイッチの中で、最もコストの少ないセグメント データ送受信、BPDU送受信 各セグメントの中に一つ、 どちらにも選ばれなかったポート ルートに近いスイッチのポート データ破棄、BPDU受信 資料作成者：原田義明 ルートポート 指定ポート 非指定ポート 19 スパニングツリープロトコル SW1 seg1 seg2 SW2 seg3 SW3 seg4 SW4 seg5 資料作成者：原田義明 20 スパニングツリープロトコル ネットワーク障害が起きた場合 検出 helloタイマ時間毎にBPDUを転送しているが、最大タイマ時 間返信が来なければ、スイッチがダウンしていると見なす デフォルトでは、helloタイマ : 2sec , 最大タイマ : 20sec スパニングツリー再構築 通信路が変更されるので、CAMテーブルの消去依頼を行う コストの再計算が必要なスイッチでのみ再構築が行われる 最大遅延時間分、データの送信を行わず、BPDUの送受信 を行い、ツリーを再構築する ツリー構築後、最大遅延時間分ＣＡＭテーブルの構築を行う。 データの転送は行わない 資料作成者：原田義明 21 スパニングツリープロトコル MACアドレス BPDUの交 フレーム転送 学習 換 ブロッキング × × 受信のみ リスニング × × ○ ラーニング × ○ ○ フォワーディング ○ ○ ○ 資料作成者：原田義明 22 スパニングツリー再構築 スイッチのダウン検出 最大タイマ : 20sec ブロッキング（BPDU受信） 20sec リスニング（BPDU送受信） 70sec 15sec 50sec ラーニング（CAMテーブル作成） 15sec フォワーディング 資料作成者：原田義明 23 スパニングツリー再構築 ネットワークの再構築を高速化するために、様々 な技術がある RSTP PortFast (Cisco独自) 非指定ポートを代替ポートとバックアップポートにさらに分け、 障害時に迅速な通信路変換を提供 端末が接続されたポート(BPDUが受信されないポート)をす ぐフォワーディング状態にする UplinkFast (Cisco独自) 障害を検知すると、すぐにブロッキング状態からフォワーディ ング状態にする 資料作成者：原田義明 24 ＶＬＡＮ スイッチの技術発展により、大きなネットワーク の構築が可能になった ブロードキャストドメインの巨大化 ブロードキャストドメインを仮想的に分割したい VLAN (Vertial LAN) 資料作成者：原田義明 25 ＶＬＡＮ 仮想的にネットワークを構築する技術 レイヤ２スイッチでブロードキャストドメインを分割 ＶＬＡＮ１ ＶＬＡＮ２ 資料作成者：原田義明 26 ＶＬＡＮ スタティックＶＬＡＮ 静的にＶＬＡＮを設定する。 ポートごとに所属ＶＬＡＮを設定（ポートベースＶＬＡＮ） ダイナミックＶＬＡＮ 動的にＶＬＡＮを設定する ＭＡＣベースＶＬＡＮ サブネットベースＶＬＡＮ ＭＡＣアドレスごとに所属ＶＬＡＮを設定する ＩＰアドレスごとに所属ＶＬＡＮを設定する ユーザベースＶＬＡＮ ログオンしたユーザ情報(Wincowsドメインのユーザ名等)から 分割 資料作成者：原田義明 27 トランクリンク 複数のＶＬＡＮのデータを転送できるポート スイッチ間で転送されるデータに、所属ＶＬＡＮの情報を付加す る必要がある トランクリンク VLAN1 VLAN2 ＶＬＡＮ１ ＶＬＡＮ１ ＶＬＡＮ２ 資料作成者：原田義明 ＶＬＡＮ２ 28 ダイナミックＶＬＡＮとトランクリンク Cisco独自のものと、IEEE標準のものがある ISL(Inter-Switch Link) Cisco独自のカプセル化プロトコル IEEE802.1Q ISL IEEE標準のタギングプロトコル ISLヘッダ (26バイト) イーサネットフレーム (26～1518バイト) FCS (4バイト) IEEE802.1Q 送信先(元)MACアドレス タグ タイプ データ FCS 資料作成者：原田義明 29 トランクリンク IEEE802.1Qでは、IEEE802.1Qに対応していな いスイッチやホストと通信できるように、ネイティ ブLANという概念を利用している タグをつけていないデータはネイティブVLANと見なす デフォルトでVLAN1 管理用として利用されている(BPDUの転送など) IEEE802.1Q 送信先(元)MACアドレス タグ タイプ データ FCS 資料作成者：原田義明 30 トランクリンク ISLでは、Ciscoのスイッチだけでネットワークが 構成されている必要がある フレームをカプセル化するので、ISL対応でないと、 データの認識ができず、エラーとなる ISL ISLヘッダ (26バイト) イーサネットフレーム (26～1518バイト) 資料作成者：原田義明 FCS (4バイト) 31 スパニングツリープロトコルとＶＬＡＮ seg15 VLAN1 VLAN1 sw2 seg15 seg10 sw1 seg15 sw3 VLAN2 sw4 VLAN2 seg15 こっちの方が 近い sw3からsw4への通信があったら･･･ 非指定ポート 資料作成者：原田義明 32 スパニングツリープロトコルとＶＬＡＮ ISLでは、PVST (Per VLAN Spanning Tree)と 呼ばれる、VLANごとにSTPを構築する方法を利 用している IEEE802.1Qでは、CST(Common Spanning Tree)を利用している BPDUがネイティブLANとして転送されるため、所属 VLANを認識できず、それぞれにSTを構築できない 資料作成者：原田義明 33 ＰＶＳＴ seg10 VLAN1 seg15 sw2 VLAN1の 通信 VLAN1 root sw1 seg10 root seg15 sw3 VLAN1 VLAN2 ＶＬＡＮごとにプライオリティを設定し、 それぞれのルートを設定する sw4 VLAN2 seg15 VLAN1の非指定ポート VLAN2の 通信 資料作成者：原田義明 VLAN2の非指定ポート 34 スパニングツリーとＶＬＡＮ CST プロトコル IEEE802.1Q PVST ISL ツリー 1つ VLANごとに1つ 消費帯域 計算量 STPが一つのため 少ない 少ない STPごとにBPDUが 必要なので大きい 大きい 最適パス 場合によっては不可 可能 資料作成者：原田義明 35 スパニングツリーとＶＬＡＮ Cisco PVST+ ISL環境ではPVSTとして機能し、IEEE802.1Q環境では PVST+(ネイティブVLANでCSTが動作)として機能する IEEE802.1Q MST (Multiple Spanning Tree) 複数のVLANを一つのスパニングツリーインスタンスにマッ プする方式 往来のブリッジとの相互対話が困難な場合がある 資料作成者：原田義明 36 来週（5月17日）は休講 http://okaweb.ec.kyushu-u.ac.jp/lectures/in/ に課題を掲示 翌日 5月18日までに、電子メールで、 [email protected] に回答などを提出すること。（出席ではない。） 37
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