3.1 データリンクとは 4407010 榎本健太 1 データリンク 通信媒体で直接接続された機器間で通信する。 – 通信媒体の例 →ツイストペアケーブル、同軸ケーブル、光ファイバー、電波、赤外線など – 具体的な通信手段 →イーサネット、無線LAN、MPLS など データリンクとはネットワークの最小単位である。 ↓ インターネットによる通信は「データリンクの集合体」といえる。 2 ３.１.１ＭＡＣアドレス • データリンクに接続しているノードを識別するために利用される。 • ４８ビットの長さを持つ。 • ネットワークインターフェイスカード(NIC) は世界中で１つしかない。 3 ＭＡＣアドレスのフォーマット 4 ３.１.２媒体共有型のネットワーク • 通信媒体を複数のノードで共有するネットワーク例：イーサネット、ＦＤＤＩ・ＭＡＣアドレスが必要である。・基本的に半二重通信である。半二重通信：データ送信中はデータの受信ができず、データ受信中はデータの送信ができない。 5 コンテンション方式データの送信権を競争で奪い取る方式である。 CSMA/CD方式が採用されている。 CSMA/CDでは衝突を早期に検出、素早く通信路を開放する制御が加えられている。 6 トークンパッシング方式トークンというパケットを巡回させ、トークンで送信権を制御する。またトークンを持つステーションのみがデータを送信できる。 衝突が発生しない。 誰でも平等に送信権が回ってくる。 アーリートークンリリース方式、アペンドトークン方式、複数のトークンを同時に巡回させる 7 トークンパッシング方式の図信号を受け取った後のトークン（ビジートークン）信号を受け取る前のトークン (フリートークン) トークンパッシング方式 8 ３.１.３媒体非共有型のネットワーク • 通信媒体を共有せずに専有する方式である。・適用例…ATMなど。 • ステーションをスイッチに直接接続する。・多くの場合全二重通信である。 • スイッチの高機能化をする。・ＶＬＡＮ構築やデータ流量の制御が可能である。・スイッチが故障すると全てのコンピュータが通信不可能という欠点あり。 9 3.2 イーサネット(Ethernet) ４４０７４０２丹野雅弘イーサネットとは  イーサネットは、現在最も普及しているデータリンク。  制御の仕組みが単純で、NICやデバイスドライバが作りやすく、そのため低価格である。  互換性と将来性を備えたデータリンクイーサネットネットワークイーサネットの種類と特徴  10BASE、100BASE、1000BASE。  10BASE2、10BASE5、10BASE-T。  速度の違うものは、速度変換機能を持つブリッジやスイッチングハブやルータなどで変換をすれば、繋げることができる。イーサネットの種類 CSMA/CD方式 • データ送信の制御をしている。 • 機能１．搬送波が流れていなければ（データが流れていなければ）すべてのステーションはデータを送信してよい。 2. 衝突が発生したかどうかを検出し、衝突が発生した場合には送信をやり直す。 CSMA/CD方式の図半二重通信 • 半二重通信とは、送信している間は受信できず、受信している間は送信できない通信のこと。（例：トランシーバー） • Ethernetの世界では、10Base2 や 10Base5 のように同軸ケーブルを使用したバス型ネットワークが代表的な例と言える。全二重通信 • 全二重通信とは、送信と受信が同時に行える通信のこと。（例：電話） • Ethernetの世界では、ツイストペアケーブルを使う10Base-T や 100Base-TX がこれにあたる。イーサネットのフレームフォーマット主なイーサネットのタイプフィールドの割り当て 3.3 MPLS 4407036 榊原悠 3.3.1 MPLSとは  MPLS（Multi-protocol Label Switching） IPパケットに「ラベル」を貼り付けて、「ラベル」を元にIPパケットを転送する方式 • 今までは →IPアドレス経路制御表を元にして転送 • MPLSを用いると →MPLSネットワーク内では、「ラベル」を見て転送処理 3.3.1 MPLSとは • 利点１転送処理の高速化 →固定長のラベルで処理の単純化 • 利点2 ラベルを利用してつくった仮想的なパス上でIPパケット通信が可能 3.4 無線通信 4407036 榊原悠 4.3.1 無線通信の種類 • 通信距離に応じて様々な種類がある。・短距離無線・無線PAN ・無線LAN ・無線MAN ・無線RAN ・無線WAN ・・・数m ・・・10m前後・・・100m前後・・・数km～100km ・・・200km～700km 4.3.2 IEEE802.11 • 無線LANプロトコルの物理層とデータリンク層の一部（MAC層）を定義した企画 • 様々な種類の総称でもあり、１通信方式でもある • 電波ｏｒ赤外線を用いて通信する。 →速度は1～2Mbps • 性能が劣るため最近はあまり使われない 3.4.3 IEEE802.11b,IEEE802.11g • 2.4GHz帯の電波を利用 →速度は1～2Mbps • 30～50mで通信可能 • 一般の無線LANはこの規格を利用している 3.4.4 IEEE802.11a,IEEE802.11n • 5GHz帯の電波を利用 →最大速度は54Mbps • 電子レンジなどの電波帯を利用しないので干渉されにくい • 802.11b,802.11gとは互換性がない 3.4.5 無線ＬＡＮを使用する場合の留意点 • 無線LANは幅広い範囲で使用可能 →利用者以外でも使われてしまう！ ■対策として… 送受信時の暗号化 • 帯域が近い製品がある場合何らかの誤作動や電波干渉によって通信転送能力が低下 3.4.6 Bluetooth • IEEE802.11b/gと同じ帯域(2.4GHz) • 速度は3MHz,10mで最大8台まで可 • 小さな機器を対象例：携帯電話、キーボードやマウス、ワイヤレスヘッドフォン 3.4.7 WiMAX • • • • • マイクロ波を使って無線接続を行う無線MANに属する IEEE802.16の中で標準化 WiMAX Forumによって命名 WiMAX Forumはメーカー間の機器互換性や、サービスの相互接続性などを検証 3.5.PPP (Point-to-point protocol) 4407010 榎本健太 3.5.1.PPPとは • OSI参照モデルの第２層に相当するデータリンクプロトコル • 電話回線やISDN、専用回線（専用線）、ATM回線などで利用されている • ADSLやケーブルテレビなどを使ったインターネット接続では、PPPoEとして利用されている 3.5.2.LCPとNCP  LCPは上位層に依存しないプロトコル・コネクションの確立や切断・パケット長の設定・認証プロトコルの設定・通信品質の監視の設定  NCPは上位層依存プロトコル・上位層がIPのとき、IPCPと呼ばれる・IPアドレス設定・TCP/IPのヘッダ圧縮が可能 3.5.3 PPPのフレームフォーマット • HDLCと呼ばれるプロトコルと同じ方式 • “01111110” （フラグシーケンス）を前後に置きフレームとして区切る • PPPはソフトウェアで実行されるため、コンピュータに大きな負荷がかかるフラグ１オクテット (0111111 0) アドレス１オクテット (11111111 ) 制御１オクテット (00000011 ) タイプ１オクテットデータ 0~1500オクテット FCS ４オクテットフラグ１オクテット (01111110 ) PPPoE(PPP over Ethernet) • ADSLやケーブルテレビなどで利用されるプロトコル • イーサネットのネットワーク機器やNICなどを用いるので、安価である • PPPの認証機能などを利用して、プロバイダが顧客の管理をしやすくなる。 3.6 ＡＴＭ４４０７０１０榎本健太 37 ＡＴＭとは（１）・AｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｄｅ・“セル”と呼ばれる単位で処理するデータリンクセル「ヘッダ５オクテット」＋「データ４８オクテット」 38 ＡＴＭの通信回線（１） 39 ＡＴＭの通信回線（２） • ＴＤＭ（ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｏｒ）の拡張利用で通信効率を向上 • 回線の順番に関係なく、データが来た順にスロットに入れる • 受け取ったデータがどの通信のものか不明 40 ＡＴＭの通信回線（３）  識別のために、５オクテットのヘッダを付加ＶＰＩ（ＶｉｒｔｕａｌＰａｔｈＩｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）ヘッダＶＣＩ（ＶｉｒｔｕａｌＣｈａｎｎｅｌＩｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）直接通信を行う２つのＡＴＭスイッチ間で設定される値 41 ＡＴＭの通信回線（４） • ＡＴＭの利用により、空きスロットを軽減 • 回線の利用効率ＵＰ • ヘッダの分だけ通信速度は低下 42 ＡＴＭの特徴（１） • コネクション指向のデータリンク通信前に、通信回線の設定が不可欠（例：電話） • この仕組みをシグナリングという 43 ＡＴＭの特徴（２）  同時に複数の通信回線を接続可能  この回線接続をＳＶＣというＳＶＣ（ＳｗｉｃｈｅｄＶｉｒｔｕａｌＣｉｒｃｕｉｔ） 44 ＡＴＭの特徴（３）ＡＴＭには、イーサネットやＦＤＤＩのよう送信権はない好きなときに好きなだけデータを送信可能ここで問題が・・・。 45 ＡＴＭの特徴（４）すべてのＰＣが同時に大量のデータを送信ネットワークが混雑して、ふくそう状態に対策として、帯域を細分化する機能 46 ＡＴＭと上位層（１） • ＡＴＭのセルでは一つあたり４８オクテットのデータしか送れない • そのため、ＡＴＭの上位層としてＡＡＬ（ＡＴＭＡｄａｐｔｉｏｎＬａｙｅｒ）と共に利用 47 ＡＴＭと上位層（２）ＡＴＭでパケットのセル化 48 ＡＴＭと上位層（３）ＡＴＭでのＩＰパケットの配送 49 ＡＴＭと上位層（４）１９２個のセルのうち、一つでも欠けると、ＩＰパケットは破損ＡＡＬ５（ＩＰでの上位層）のフレームチェックでエラー発生受信したセルはすべて処分 50 ＡＴＭと上位層（５）ＴＣＰはデータ転送の信頼性のために、再送処理を実施１９２個すべてを再送セルの喪失しづらいネットワークの作成 51 ＡＴＭと上位層（６） • 解決策・末端のネットワークの帯域の合計をバックボーンの帯域より小さくする・ふくそうが発生した場合に、ＡＴＭコネクションの帯域を動的に変動させる技術 52 3.7 その他のデータリンク 4407402 丹野雅弘１.１．FDDI （Fiber Distributed Data Interface） • ネットワークのバックボーンやコンピュータ間を高速に接続するために利用されている。 • トークンパッシング方式（アペンドトークンパッシング方式）を採用。 • トークンパッシングを使用しているため輻輳に強い。 1.2 FDDIネットワーク２．Token Ring • IBMによって開発されたトークンパッシング型のLANで、４Mｂｐｓまたは１６Mｂｐｓのデータ伝達速度を実現する。 • イーサネットの普及とともに使われなくなった。３．１００VG－AnyLAN • IEEE８０２．１２で標準化されたプロトコル。 • VGは、Voice Gradeの略。 • 音声グレードのカテゴリ３と呼ばれる品質のUTP（ Unshielded Twist Pair ）ケーブルで１００Mｂpsの速度を実現。 • デマンドプライオリティ方式の採用。４．ファイバーチャネル（Fiber Channel） • 高速なデータチャネルを実現するデータリンク。 • SCSI （スカジー、Small Computer System Interface、小型計算機システムインタフェース）のように周辺機器を接続するバスに近い仕組み。 • １３３Mbps～４０Gｂｐｓのデータ伝送速度を実現。 • SAN（Storage Area Network）を構築するデータリンクとして注目されている。５．iSCSI • SCSIをTCP/IPネットワーク上で利用する規格。 • SCSIのコマンドとデータをIPパケットに包含して、データの送受信を行う。 • 遠隔地にあるSCSIデバイスを直接操作することが可能になる。６．HIPPI （HIgh Performance Parallel Interface、高速並列インタフェース） • 800Mbpsまたは1.6Gbpsのデータ伝送速度を実現する。 • スーパーコンピュータ同士を接続するのに利用する。 • 光ファイバーへの変換装置を接続すると数キロまでケーブル長を伸ばせる。７．IEEE１３９４とDOCSIS ・IEEE AV機器を結ぶ家庭向けLANとして注目される。 100～800Mbps以上のデータリンク速度を実現する。・DOCSIS （Data Over Cable Service Interface Specifications）ケーブルTV業界でデータ通信を行うための標準規格で、MCNSが策定した。 CATVの同軸ケーブルにケーブルモデムを接続し、イーサネットとの変換を行うための仕様を標準化している。８．高速PLC • 家庭内やオフィス内にある従来からの電力線（電灯線）を利用して数MHｚ～数十MHｚの帯域を使い、数十Mbps～２００Mbpsの伝送速度を実現する。 • 電力線を使うため、新たにLANを配線しなくて済む。 • 対応する家電機器やオフィス機器をコントロールするという利用方法が期待されている。 • 電波の遺漏による影響が心配されるため屋内での利用に限定される。９．データリンクの種類と特徴 WAN: Wide Area Network －「広域通信網」の略。電話回線や専用回線を使って、本社－支社間など地理的に離れた地点にあるコンピュータ同士を接続し、データをやり取りすることを言う。 MAN: Metropolitan Area Network - 都市規模ネットワーク。LAN（ローカルエリアネットワーク）よりも大きくWAN（ワイドエリアネットワーク）よりも小さな中規模ネットワークを指す総称として使われる。３．８データリンクの技術変化４４０７４０２丹野雅弘１.１．スイッチング技術 • スイッチングハブやイーサネットスイッチなどの機器を利用して、ネットワークに接続されているホスト数が多くても通信性能を下げないようにする技術。１．２．セグメント • 「区切られた１つのネットワーク」を指す。 • 使われ方は様々で、リピーターを介して、２本のイーサネットケーブルを接続し、１つのネットワークを構築すると・ネットワーク層から見ると１つのネットワーク →２本のイーサネットで１セグメント・物理層から見ると2本のイーサネットは別物 →１本のイーサネットで１セグメント１．３スイッチの転送方式 • ストア＆フォワードとカットスルー方式という２つの方式ある。ストア＆フォワード FCS（Frame Check Sequence）をチェックしてから転送を行う。壊れたフレームやノイズによるエラーフレームを転送しないカットスルー方式遅延を非常に小さく抑えられるというメリットがある。パケットの検査ができないので破損したパケットが届いてものまま送り出してしまうといったデメリットもある。２．１．ループを検出するための技術・ループとはネットワークにおいてフレームを次々にコピーし、永久に回り続けること。回り続けるフレームが増えるとネットワークがメルトダウンする。・ループの解決方法スパニングツリー方式とソースルーティングの２つの方式がある。これらの機能を持ち、適切なループを作成すれば、トラフィックを分散させたり、経路の対障害性を高めることができる。２．２．スパニングツリー • IEEE８０２．１Dで定義されている。 • 各ブリッジは１～１０秒の間隔で、BPDU （Bright Protocol Data Unit）というパケットを交換する。 • 使用するポートと使用しないポートを決定し、ループを消すように制御する。 • ブリッジ機能のみでループを解消できる。２．３．ソースルーティング • IBMによってToken Ring用に開発された。 • 送信コンピュータがどのブリッジを経由してフレームを流すかを決定し、フレームのRIF（Routing Information Field）に書き込む。 • ブリッジによるループがあってもフレームはループすることなく、目的地まで到着する。３．１．VLAN（Virtual LAN） • ネットワークの配線を変えずに、ネットワークの構造を変えることができる。 • 異なるVLAN間のすべての通信を遮断することで、余分なパケットが流れず、効率的な運用ができる。３．２．VLANとタグLAN ・単純なVLAN スイッチのポートごとにセグメントを分け、ブロードキャストドメインを区切ることができ、ネットワークの負荷を軽減できる。・タグVLAN 異なるスイッチをまたがるセグメントを構築できる。セグメントごとにVLANIDを設定する。