第７章 LANの構築 LAN（Local Area Network）は，局部ネットワークといい，一 施設内程度の規模で用いられるコンピュータネットワークのこ とである．一般家庭，企業のオフィス，研究所，大学，学部など で広く使用されている． 米国電気電子学会（IEEE）の定義： 「LANは，限定された 広がりをもった地域で，コンピュータをはじめとするさまざまな 機器の間で自由に情報交換ができるものである」． 広辞苑の定義：「主として同一組織内で用いられる総合的な 情報通信ネットワーク，コンピュータネットワークを中心とし，文 章，音声，画像などの多様な情報を高速で安価に提供できる」 1 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 7.1 LANの構築 LANの標準化はIEEEにより制定・管理されている．LAN の標準化を目的とするIEEE802委員会は，LANの基本定義 から，構築方法や通信方式などは詳細に定められている． 異機種コンピュータシステム間の相互接続・相互運用・相互 通信を実現するために，システムがどのような通信機能を具 備するべきか，すべてOSI参照モデルに照らして決定される． 特に，トランスポート層とネットワーク層でTCP/IPというプロト コルが業界標準として定め，現在広く普及している．LANにも 欠かせないプロトコルと技術になっている． 2 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●信号 LANにおいて，信号がメディアに流れると，減衰，ノイズと 衝突という信号障害が起こる可能性がある． 減衰とは，信号が弱くなることである．銅線において抵抗， 光ファイバにおいて光の漏れと拡散，無線において電波の 障害物と媒体影響もあるから，信号が必ず弱まってしまう． ノイズが信号に入ってくる原因は次の各点が考えられる． すぐ隣の銅線の信号漏れによるクロストーク（cross talk）干 渉，電磁波干渉（EMI）と無線周波数干渉（RFI）などの原因 でノイズが入って，信号が変形してしまい，認識できなくなる 危険性もある． 3 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ■衝突について 衝突はLANに最も重視された問題である．ケーブル上で２つ 以上の信号を同時に流れると信号の衝突（collision：コリジョ ン）が発生する．衝突したら，信号の形も変形してしまう． 受信と送信を別々のケーブルにしても，ハブ内部で伝送路 が1つしかないので，ハブの中で衝突が起きる．衝突が起きる 領域を衝突ドメインという．衝突発生を防ぐために，衝突ドメイ ンを最小限に小さくする必要がある． 4 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ■減衰とノイズについて 減衰とノイズの影響に対して，リピータやハブなどは信号の 増幅・補正の機能をもっているから，ある程度で防止・解消で きる．しかし，ハブを連続でたくさん使うと，増幅・補正の際に 多少時間がかかるから，遅延が多くなる．遅延はネットワーク の全体性能にダメージを大きく与える．また，ハブをたくさん 使うと，衝突ドメインも大きくなる。そこで，リピータやハブなど デバイスは多くて３，４個という制限がある． 5 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●LANの伝送メディア（ケーブル） LANの主流はイーサネットである．コンピュータとコンピュータ を結ぶケーブルには，同軸ケーブル，ツイストペアケーブルと 光ファイバケーブルなどがある． ケーブルの規格の型番号は N BASE（ BROAD） M （ -X） 伝送路の種類 伝送最大距離（ 100m） 伝送方式 伝送速度( Mbps) 6 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 N BASE（ BROAD） M （ -X） 伝送路の種類 ■ケーブル型の説明 伝送最大距離（ 100m） 伝送方式 伝送速度( Mbps) 伝 送 方 式 に は ， ベ ー ス バ ン ド （ BASE ） と ブ ロ ー ド バ ン ド （BROAD）がある．前者は，デジタル信号を変調せずに直接に0 と1を送る方式である．後者は，異なる周波数を使って，1つの伝 送路で同時に複数チャネルの信号を伝送できる 最大距離Mは，信号の減衰と遅延の限界値で決められている． 単位を100mとして表す． （-X）は伝送路の種類を表す．（-T）はツイストペアケーブルを， （-F）は光ケーブルを表す． 例えば，LANの規格10BASE5では，10Mbps伝送速度のベー スバンドで，最大距離500mの同軸ケーブル配線を表わす． 10BASE-Tは，10Mbps伝送速度のベースバンドで，最大距離 100mのツイストペアケーブルである． 7 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●LANのトポロジー（形状） LANは各端末をケーブルで結ぶことによって作られている． その結び方をLANのトポロジー（topology）といい，物理トポロ ジーと論理トポロジーに分けてある． 物理トポロジーは，実際にコンピュータなどの端末とケーブ ルなどのメディアの配置と接続関係を示したもので，LANの 形状となる． 論理トポロジーは信号レベルでのデータの流れと動きを示し たものである． 一般にバス型，スター型とリング型がある． 8 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●バス型（bus formed LAN） バスと呼ばれる 1本の幹線となる 母線に多数の端 末を支線で接続 するメディア共有 型の配線形状で， イーサネットの 10BASE5 な ど が この形状である． 9 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●スター型（star formed LAN） スター型LANは，中心にハブなどを置いて，すべての端 末を接続する形状である．配線の自由度が高いのが特長 である．イーサネットの100BASE-TXなどがこの方式である． 配線はツイストペアケーブルで，現在，LANに最も多く使わ れているトポロジーであり，LANの形状の主流となっている． 10 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●リング型（ring formed LAN） リング型のLANは，すべての端末をリングの形で結び，そ れぞれの端末が隣の２つと接続する形状である．ツイストペ アケーブルが用いられ，トークンリング（Token Ring）ともいう． 2重リング型がよく使われる．片方 しか使わない．もう一方は予備． 11 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●論理トポロジー 論理トポロジーはネットワーク上で，データの流れ方について のトポロジーである．リング型とバス型に分けてある． リング型はデータが ノードを巡回する形 で伝送される． バス型はデータが同 時にすべてのノード に伝送される． データ 順次ノードに伝送する データをすべてのノードに同時に伝送する データ 12 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●物理トポロジーと論理トポロジーの関係 物理トポロジーと論理トポロジーは必ずしも一致しない． 下図のような組合せができる． 13 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●物理トポロジーと論理トポロジーの組合せ 物理トポロジーは バス型で，データは ノードを巡回する形 で伝送されるので， 論理トポロジーはリ ング型である． バス型 リング型 物理トポロジーは スター型で，論理ト ポロジーはバス型 とリング型である． 14 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 7.2 ＬＡＮのメディア・アクセス制御方式 多数の端末が一本の伝送路を共有するLANでは，同時 に複数の端末がデータを送信してしまうと，信号と信号の 衝突が起こる．衝突がないように，どれの端末が伝送路 （メディア）に送信（アクセス）したらいいのかを制御する必 要がある．これをメディア・アクセス制御方式という． LANの論理トポロジーによって，CSMA/CD方式とToken Passing方式がある． 15 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●CSMA/CD方式の送信 LANでは，データをフレームとして送信する． ●送信準備 送信するフレームを用意し，衝突カウンターを リセットする． ●CSMAによるキャリアの検出と送信 伝送路に通信があ るならば，終わるまでに待つ．通信していない場合，一定時 間を待ってから送信を開始する． ●CDによる衝突を検出 衝突がなければ，送信が完了．衝突 があった場合，衝突カウンターを１増加して送信を中止する． 衝突カウンターが16未満ならば，ランダムな時間を待ってから やり直す．16以上ならば，問答無用で送信できなかったフレー ムを破棄する． 16 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●CSMA/CD方式の受信 LANでは，受信したフレームはすべての端末に届くから， 各端末は受信時点で，宛先のMACアドレスと自分のMAC アドレスを比較する．自分宛でない場合，その場で破棄する． 自分宛の場合，エラーチェックを行い，正しいデータである ことを確かめる．エラーがあったら，破棄する． LANの送受信はベストエフォート型配送（best effort deliver） である．すなわち，確実に配送できるように十分努力するが， それ以上保障はないという伝送方法である．実際に CSMA/CD方式はかなり信頼性の高い通信方式で，エラーの 発生率が低い． 17 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●Token Passing方式 Token passing （トークンパッシング）アクセス制御方式は，リン グ型論理トポロジーのLAN規格に使われる． トークンパッシング方式では，トークン（token）と呼ばれるフレーム が，リング状のネットワーク上を巡回する．トークンにはフリートーク ン，ビジートークンと呼ぶ．データを送信したい端末はフリートークン をつかみ，「送信権」を得る．送信すべきデータと送受信アドレスを付 加して，ビジートークンとして送出する．その後，ビジートークンがネッ トワーク上で各端末間に回り続ける．各端末は，回ってきたビジー トークンのMACアドレスを調べ，それが自分宛でない場合，受領しな い．自分宛の場合は，データを受領し，「受領印」を押してから，トー クンを送り返す．「受領印」を受けたトークンは一周して送信先の端末 に戻ると，送信済みのフレームが破棄され，再びフリートークンとして 放出される． 18 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●Token Passing方式の説明 端末AがCに送信したいとする．フリー トークン■が図（a）のようにAに回って きたら，Aは送信データや宛先Cの情報 などをフリートークン に付加して，ビ ジートークンとして放出する図（b）．ビ ジートークンは端末Bにきたら，Bの宛 ではないためBに受領せず放出する．C に回ってきて，Cの宛であるから，Cで 受領し，「受領印」を押して，送信済み トークン▲を送り返す図（c）．送信済み トークンは一周してAに戻ると，データフ レームを破棄して，再びフリートークン を放出し，送受信が完了する図（d）． コンピュータとネットワーク概論 19 第７章 LANの構築 7.3 MANの概説 MAN（Metropolitan Area Network）とは，都市圏エリアを カバーするネットワークの新しい形態である．大学や企業 などのビルや敷地内のエリアをカバーするLANに対して， MANは半径50Km程度の都市全体のエリアをカバーする ネットワークである．ADSLやFTTHなどアクセス回線の高 速化に伴い，ブロードバンドのアクセス回線が普及してき た．企業向けでは，さらに高速な1Gbpsのイーサネットも， アクセス回線として提供されている．こうしたアクセス回線 のブロードバンド化に伴い，高速化する必要がある．これ を支えるのがMANと呼ばれる最新のメトロネットワーク （都市圏ネットワーク）である． 20 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 ●MANの構成 MANのアクセス回線の主流が光ファイバで構成されてい る．日本では「MAN」という呼び方は一般的ではなく，単に 「アクセス網」と呼ばれている． …… MAN MAN （メトロネットワーク） プロバイダ 公共機関 WAN 自治体のLAN 自治体の 大学の LAN 企業の LAN LAN 21 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 第７章のまとめ １．LANのメリットと効果 ２．LANの構築要素 ●信号の障害：減衰，ノイズ，衝突 ●伝送メディア：同軸ケーブル，ツイストペアケーブル， 光ファイバ ●トポロジー（形状）：物理トポロジー（バス型，スター型， リング型），論理トポロジー（リング型，バス型） 22 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築 第７章のまとめ 完 ３．LANのメディア・アクセス制御方式 ● CSMA/CD方式 ● Token Passing方式 ４． MAN発展と普及 23 コンピュータとネットワーク概論 第７章 LANの構築
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