3章データリンク

第3章データリンク
まとめ：4402014 浦野雅輝
3章データリンク
1
3.1 データリンクとは
4402014 浦野雅輝
3章データリンク
2
データリンクとは

通信媒体で直接的に接続された機器間の通信を
可能にするプロトコル

通信媒体の例
→同軸ケーブル、より対線、光ファイバー、電波、赤外線など

データリンクの例
→イーサネット、FDDI、電話回線上のPPP
データリンク＝ネットワークの最小単位
→インターネット＝データリンクの集合体
3章データリンク
3
ネットワークのトポロジー


ネットワークの接続形態、構成形態
見かけの配線の形、論理的なネットワークの仕組み

トポロジーの例
→バス型、リング型
スター型、メッシュ型
現在のネットワーク
→単純なトポロジーの複雑な構成体
3章データリンク
4
Macアドレス


データリンクに接続しているノードの識別子
主にIEEE802.3で規格化されている




48ビットの長さ（例：00:80:45:12:21:06）
3～24 ベンダ識別子
25～48製造したカードごとに違う数字
データリンクの種類によらずただ一つ
123
24 25
ベンダ識別子
48
ベンダ内での識別子
3章データリンク
5
媒介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



媒体共有型ネットワーク例
→イーサネット・FDDI
宛先のコンピューターの識別にMacアドレスを使用
同じ通信路を使ってデータの送受信制御を行う


半二重通信（一方通行の通信）のため
通信の優先権の制御が必要
3章データリンク
6
コンテンション方式（CSMA方式）

データの送信権を競争で奪い取る方式
データが同時に送られると衝突が発生
→回線混雑時には急激に性能が低下

CSMA/CD方式




CSMA方式を改良した方式
イーサネットに採用されている
衝突を早期に検出して素早く通信路を解放
3章データリンク
7
トークンパッシング方式

トークンを巡回させ、送信権制御する方式
衝突が発生せず、平等に送信権が回ってくる

性能向上の工夫




アーリートークン方式
アペンドトークン方式
複数のトークンを使用
3章データリンク
8
媒介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
スイッチがフレームを転送する



全二重通信（同時に送受信可能な通信）
媒体非共有型ネットワーク例
→ATM
スイッチに高度な機能を持たせる


仮想的なネットワークの構築・データ流量の制御
故障すると接続された全PCの通信が不可能になる
3章データリンク
9
3.2 イーサネット
(Ethernet)
4402048 長島健悟
3章データリンク
10
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。
3章データリンク
11
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。
3章データリンク
12
イーサネットの種類
3章データリンク
13
イーサネットネットワーク図
3章データリンク
14
イーサネットはCSMA/CD方式


電送波の有無を確認してから流す(CSMA方式)。
データを送信して、衝突が発生したら再送する方
式(CD方式)。
3章データリンク
15
CSMA/CD方式の図
3章データリンク
16
イーサネットのフレームフォーマット


イーサネットで送信されるデータには、ヘッダや
フッタにMACアドレスなどの情報が追加される。
追加されるデータはイーサネットの種類によって
決まっている。
3章データリンク
17
イーサネットのフレームフォーマット
3章データリンク
18
主なイーサネットのタイプフィールドの割り当て
3章データリンク
19
3.3 FDDI
(Fiber Distributed
Data Interface)
4402039 チョウリツ
3章データリンク
20
FDDIとは？




光ファイバー、ツイストペアケーブルを利用する
LAN規格の一つ
アクセス制御にトークンパッシング方式
最大伝送100Mbps 最大伝送距離は100km
1987年にアメリカ規格協会(ANSI)で標準化され
その後、ISOの規格にもなっている
3章データリンク
21
FDDIのネットワーク
2重リングに属すステーション
DASステーション
FDDIネットワーク
FDDIコンセントレータ
SASステーション
SASステーション
１重リングに属すステーション
3章データリンク
22
コンセントレータ
（理論的にはリング型）
コンセントレータ
コンセントレータを用いた接続
（見かけはスター型）
コンセントレータ
3章データリンク
23
トークンパッシング方式

ネットワークが混雑したときの輻輳に強い
平等
平等
平等
平等
トーク
ンデータ
平等
平等
データの最後に
トークンを付加して送信する。
3章データリンク
24
FDDIの弱み



Ethernetより機器のコストが高い
仕組みが複雑より高速なネットワークへの規格化が
進まない
Ethernetの高速化に伴い使われなくなりつつある
FDDI
3章データリンク
25
FDDIのフレームフォーマット
1オクテットは8ビットに相当す
る,通信分野でよく出てくる。
FDDIデータフレームフォーマット
開始
デリミタ
1 octet
開始
デリミタ
1 octet
フレーム宛先MAC
制御
アドレス
1 octet
6 octet
フレーム終了
制御
デリミタ
1 octet 4 bit
送信MAC
アドレス
6 octet
LLC
SNAP
3 octet
5 octet
FDDI
データ
FSC
0~4352
octet
4 octet
ブリッジ
終了フレーム
デリミタ状態
1 bit
1 ~ 2 4 bit
Ethernet
FDDIトークンフレームフォーマット
3章データリンク
26
3.5 PPPと
データリンクプロトコル
3章データリンク
27
PPP（Point-to-Point Protocol）とは
一対一（ポイントツーポイント）で接続するもの。
 PPPは純粋なデータリンク層
（通信はできない）

専用回線、フレームリレー、アナログ電話回線、IDSL、
ATM、その他
3章データリンク
28
LCP（Link Control Protocol）とは





LCPと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
通信品質の監視をするかの設定
3章データリンク
29
NCP（Network Control Protocol）とは




上位層に依存したプロトコル
上位層がIPのときIPCP呼ばれる
ＩＰアドレスの設定
TCP/IPのヘッダ設定のネゴシエーション
3章データリンク
30
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
“01111110”を前後でフレームとして区切る
（フラグシーケンス）
フラグ
１オクテット
(01111110)
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
3章データリンク
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)
31
PPPoE (PPP over Ethernet)

ADSLやケーブルテレビなどによるインターネット
接続サービスでは、イーサネットを利用してPPP
の提供するもの。
イーサネット
１４オクテット
バージョン
４ビット
PPPoEヘッダ
６オクテット
タイプ
４ビット
PPPプロトコル
２オクテット
コード
1オクテット
データ
38~14９２オクテット
セッションID
２オクテット
3章データリンク
FCS
長さ
２オクテット
32
3.6 その他の
データリンクプロトコル
4402086 山口幸司
3章データリンク
33
用語解説
LAN
WAN
MAN
SAN
bps
K,M,G
建物やキャンパス内のネットワーク
LANを繋ぐ地域規模のネットワーク
都市間を繋ぐネットワーク
PCとストレージを繋ぐネットワーク
転送速度の単位（ビット毎秒）
1000=1K 1000K=1M 1000M=1G
（通信速度では1000倍記憶容量では1024倍）
Wi-Fi認定
他製品との互換性テストにパスした無線
LAN製品に与えられる認定
3章データリンク
34
データリンクプロトコル（有線）
データリンク名
伝送速度(/bps)
用途
Ethernet (3.2)
10M, 100M, 1G, 10G
LAN, MAN
FDDI (3.3)
100M
LAN, MAN
ATM (3.4)
25M～, 155M, 622M, 2.4G
LAN～WAN
Token Ring
4M, 16M
LAN
100VG-AnyLAN
100M
LAN
Fiber Channel
133M, 4G
SAN
HIPPI
800M, 1.6G
1対1
IEEE1394
100M～400M
家庭向け
3章データリンク
35
データリンクプロトコル（無線）
データリンク名
伝送速度(/bps)
用途
IEEE802.11a
6M～54M
無線LAN
IEEE802.11b
1M, 2M, 5M, 11M
無線LAN
IEEE802.11g
最大54M
無線LAN
Bluetooth
下り723K, 上り57K
無線LAN
簡易無線通信
3章データリンク
36
Token Ring





転送速度
4Mbps, 16Mbps
用途
LAN, MAN
トークンパッシング(3.1.2)を用いた環状LAN
有効転送能力が95％程度
FDDI（3.3）に応用されている
3章データリンク
37
100VG-AnyLAN






転送速度
100Mbps
用途
LAN
EthernetやToken Ringと親和性がある
DPAMによる高効率通信（実測90Mbps以上）
音声グレードのカテゴリ３UTPを用いる
Ethernet（100BASE-TX）が普及したので、ほと
んど普及していない
3章データリンク
38
Fiber Channel




転送速度
133Mbps - 4Gbps
用途
SAN
多数のワークステーション、サーバー、ストレー
ジを接続できる
高速なネットワークへの応用が期待される
3章データリンク
39
HIPPI



転送速度
800Mbps, 1.6Gbps
用途
１対１通信
スーパーコンピュータ同士や、周辺機器との接
続
3章データリンク
40
IEEE1394





転送速度
100Mbps - 400Mbps
用途
家庭向け AV機器向け
デジタルビデオカメラの外部出力端子（DV端子）
に採用されている
接続ケーブルによる電源の供給が可能
FireWire, i.Linkとも呼ぶ
3章データリンク
41
3.6.6 IEEE802.11ｂ



転送速度
1Mbps, 2Mbps, 5Mbps, 11Mbps
用途
無線LAN
無免許で使える2.4GHz帯を使用




2.4GHz帯はノイズが多く、混雑している
無線LANの大部分を占める
ホットスポットなどでよく利用される
Wi-Fi認定あり
3章データリンク
42
3.6.6 IEEE802.11g



転送速度
54Mbps
用途
無線LAN
IEEE802.11bと同じ2.4GHz帯を使用し、より高速
な転送速度をサポート



IEEE802.11bと互換性を持つ
2.4GHz帯のノイズと混雑が高速通信の障害になる
Wi-Fi認定あり
3章データリンク
43
IEEE802.11a



転送速度
54Mbps
用途
無線LAN
屋外での使用が禁止される5GHz帯を使用




IEEE802.11bやIEEE802.11gと互換性はない
5GHz帯は混雑が少なく、ノイズが少ない
電波の直進性の強さと、透過性の低さが欠点になる
Wi-Fi認定あり
3章データリンク
44
Bluetooth



転送速度
下り723Kbps、上り57Kbps
用途
無線LAN、簡易無線通信
IEEE802.11b/gと同じ2.4GHz帯を使用



やはり2.4GHz帯のノイズと混雑が問題になる
携帯電話・PDAなどの小型機器が対象
デジカメとプリンタを繋ぐものもある
3章データリンク
45
3.7 データリンク技術の
変化
4402090 山田浩隆
3章データリンク
46
スイッチング技術

通信媒体を共有する方式ではネットワークに接
続されるホスト数が多くなると通信性能が下がる

それを防ぐためにスイッチングハブやイーサネッ
トスイッチが登場
3章データリンク
47
イーサネットスイッチ


複数のポートを持ったブリッジ
ポートごとにMACアドレスの学習機能が付いて
いる
性能の低下をある程度押さえる
3章データリンク
48
イーサネットスイッチ
3章データリンク
49
ループを検出するための技術

ブリッジでループを作った場合、永久に回り続け
るフレームが増えてネットワークをメルトダウンさ
せる

解決策としてスパニングツリー、ソースルーティ
ングがある
3章データリンク
50
ループのあるネットワーク
3章データリンク
51
スパニングツリー


IEEE802.1Dで定義されている
各ブリッジはBPDUと呼ばれるパケットを交換してループ
を消すように制御している
3章データリンク
52
ソースルーティング


IBMによって開発された
送信コンピュータがどのブリッジを経由してフ
レームを流すか決定しフレームのRIFに書き込む。
それをもとにブリッジが配送処理を行う
3章データリンク
53
VLAN（Virtual LAN）

ネットワークのトポロジーを変更するときVLAN技
術を利用できるブリッジ（スイッチ）ならば・・・
ネットワークの配線を変えることなく構造を変え
ることができる
3章データリンク
54
単純なVLAN
3章データリンク
55
VLANでのEthernetフレームフォーマット
タイプ
優先度
CFI
VLAN ID
１６ビット
3ビット
1ビット
12ビット
8100（16進
数）
0
3章データリンク
56

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