第3章データリンク

第３章データリンク
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杉山貴紀
1
3.1 データリンクとは
4404047 杉山貴紀
2
データリンク

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。

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 など
データリンクとはネットワークの最小単位である。
↓
 インターネットはデータリンクの集合体と言える。

3
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。
データリンクの種類によらずただひとつしか
ない数値になる。
４８ビットの長さを持つ。
4
ＭＡＣアドレスの図
5
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
・ＭＡＣアドレスが必要である。
・基本的に半二重通信である。
↓
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。
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
方式である。
データが同時に送信されると衝突、壊れる。
CSMA/CD方式をとっている。
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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来る。
8
トークンパッシング方式の図
9
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。
10
3.2 イーサネット(Ethernet)
2006007
五十嵐
11
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。
トポロジーはバス型
アクセス制御方式はCSMA/CD方式
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イーサネットネットワーク
13
イーサネットの種類
14
イーサネットの規格
10
BASE
↓
↓
↓
伝送方式
伝送可能距離
↓
↓
伝送速度
↓
10Mbps
ベースバンド
（デジタル信号を伝送）
5
500m
（Tはツイストペアケーブル、Fは光ファイバーケーブル）
通信速度が同じ場合‥‥リピータ（電気信号を増幅して遠くまで伝送）で
接続
通信速度が違う場合‥‥ブリッジ（ネットワーク同士を接続）やスイッチング
ハブ（中継するポートを選択するブリッジの一種）
やルーター（ルートを決定し、パケットを配送）で
接続
15
イーサネットはCSMA/CD方式
送信前に搬送波の有
無を確認してから複数
の端末がデータを送
信する。(CSMA方式)。
データを送信して、衝突が発生したらランダム
時間（バックオフ時間）待ってから再送する(CD
方式)。
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。
17
タイプフィールド
18
3.3 FDDI
４４０４０３６
久保田善経
19
3.3.1 FDDIの特徴
FDDIとは
光ファイバーやツイストペアケーブルを用いた
１００MbpsのLANのこと
 トークンパッシング方式
→ネットワークの混雑に強い
 ２つ以上のトークン
→トークンの巡回時間のロスの回避
 ２重構造リング
→１本切れた時の通信不能を防止
20
アぺンドトークンの図
21
3.3.2 FDDIのフレームフォーマット
２種類のフレームを使用
FDDIフレームフォーマット

開始デリ
ミタ
フレーム
制御
宛先
MACアド
レス
送信元
MACアド
レス
LLC
SNA
P
データ
FCS
終了デ
リミタ
フレー
ム状態
FDDIトークンフレームフォーマット
開始デリミ
タ
フレーム制
御
終了デリミ
タ
●MACアドレスやタイプがイーサネットとほぼ同じ
→変換ブリッジを用いて変換可能
22
３．４ＡＴＭ
工学部第一部
経営工学科３年
４４０４００８池辺博昭
23
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
「ヘッダ５オクテット」
セル
＋
「データ４８オクテット」
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ＡＴＭとは・・・（２）
回線の専有時間の短縮
処理オーバーヘッドの軽減
大容量データを効率よく転送可能
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ＡＴＭとは・・・（３）
広域系で利用されている
ＬＡＮでの利用（ＡＴＭ-ＬＡＮ）も期待
あまり普及せず
26
ＡＴＭの通信回線（１）
27
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
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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

29
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
30
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
31
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）


別の接続方法
ＰＶＣ（ＰｅｒｍａｎｅｎｔＶｉｒｔｕａｌＣｉｒｃｕｉｔ）
固定的に回線を確立
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ＡＴＭの特徴（３）
ＡＴＭには、イーサネットやＦＤＤＩのような
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・・・。
33
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
34
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
ｃｆ. イーサネット１５００オクテット
ＦＤＤＩ
４３５２オクテット

そのため、ＡＴＭの上位層としてＡＡＬ（ＡＴＭＡ
ｄａｐｔｉｏｎＬａｙｅｒ）と共に利用
35
ＡＴＭと上位層（２）
ＡＴＭでパケットのセル化
36
ＡＴＭと上位層（３）
ＡＴＭでのＩＰパケットの配送
37
ＡＴＭと上位層（４）
１９２個のセルのうち、一つでも欠けると、
ＩＰデータプログラムは破損
ＡＡＬ５（ＩＰでの上位層）のフレームチェックで
エラー発生
セルはすべて処分
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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
39
ＡＴＭと上位層（６）

解決策
・末端のネットワーク合計をバックボーンよ
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
40
3.5 PPPとデータリンクプロトコル
4404043 佐藤友樹
41
3.5.1 PPPとは




一対一で接続するもの
PPPは純粋なデータリンク層
2点間を接続してデータ通信を行うための通
信プロトコル
LCPとNCPの２つのプロトコルを用いている
42
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
・通信品質の監視が可能

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

43
3.5.3 PPPのフレームフォーマット



フラグ
１オクテット
(01111110)
HDLCと呼ばれるプロトコルと同じ方式
“０１１１１１１０”を前後でフレームとして区切る（フ
ラグシーケンス）
PPPはソフトウェアで実行されるため、処理に大き
な負荷がかかる
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)
44
3.5.4 PPPoE(PPP over Ethernet)
イーサネットのデータリンク層をPPPにする
・コネクションの管理
・認証機能の使用が可能

45
3.6
その他のデータリンクプロトコル
情報通信ネットワーク
4404088
水野諭孝
46
3.6.0
種々なデータリンク
表1: データリンクの種類と特徴
無線LAN
47
3.6.1
Token Ring
● Token Passing型のLANとして開発された
ネットワーク
● FDDIはToken Ringの発展型
● データ伝送度： 4Mbps or 16Mbps
48
3.6.2
100VG-AnyLAN
● IEEE802.12で標準化されたプロトコル
● フレームのフォーマットとしては、
EthernetとToken Ringの両方に対応
● 通信方式： Demand Priority方式
⇒ スイッチが送信権の制御を行う
● 伝送速度： 100Mbps
※ 100MbpsのLANとしてはEthernetの方が普及してい
る
49
3.6.3
Fiber Channel
● 高速なデータチャネルを実現するデータリンク
● 周辺機器を接続するバスに近い仕組みになっている
● 伝送速度： 133Mbps～4Gbps
※ 近年、SANを構築するためのデータリンクとして
注目を浴びている。
50
3.6.4
HIPPI
● スーパーコンピュータとスーパーコンピュータを
接続するために利用される
●
●
伝送速度： 800Mbps～1.6Gbps
最大ケーブル長： 25m
⇒ ただし、光ファイバーへの変換装置
を接続すれば数kmまで可能
51
3.6.5
IEEE1394
● AV 機器を結ぶ家庭向けの LAN として注目されて
いるデータリンク
● 伝送速度： 100Mbps～400Gbps
●
FireWire or i.Link
とも呼ばれる
52
3.6.6 IEEE802.11b, IEEE802.11g（無線LAN)
●
2.4GHz帯の電波を利用して通信するための規格
● 伝送速度：最大 11Mbps （IEEE802.11b)
or
最大 54Mbps （IEEE802.11g)
● 通信可能な距離： 30～50m 程度
● Ethernetと同じMACアドレスを使用して通信
⇒ 通信方式：CSMA/CA
53
3.6.7 IEEE802.11a （無線LAN）
●
5GHz 帯の電波を利用
●
伝送速度：最大 54Mbps （IEEE802.11b)
●
※
通信方式：CSMA/CA
⇒ 基地局と各クライアントに装着する
無線 LAN カードの間で通信を行う
現在は規定上、屋外利用は不可
54
3.6.8 Bluetooth
2 . 4GHz帯の電波を使用して通信するための規
格
● 伝送速度：下り 721kbps
上り 57.6kbps
● 通信可能な距離： 10m前後
● 通信可能な端末台数：最大 8台
● 小型で電源容量の小さい機器を対象とする
(Ex.) 携帯電話、PDA
●
55
3.7 データリンク技術の変化
4404014 岩崎友洋
56
3.7.1 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
57
イーサネットスイッチ
複数のポートを持ったブ
リッジで、各ポートごとに
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抑
える

58
3.7.2 ループを
検出するための技術
ブリッジでネットワークを
接続する時にループを作
る
とどうなる？
↓
 回り続けるフレームが増
え、ネットワークをメルト
ダウンさせてしまうことも
 適切な形のループならト
ラフィックを分散させたり、
耐障害性を向上させる
59
スパニングツリー
•
•
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
IEEE802.1Dで定義されている
60
ソースルーティング



IBMによってトークンリングネットワーク用に
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
フレームを流すか決定しフレームのRIF
[Routing Information Field]に書き込み、そ
れをもとにブリッジが配送処理を行う
送信コンピュータ自体がソースルーティング
機能を持っている必要がある
61
3.7.3 VLAN（Virtual LAN）
VLAN技術が利用できるブリッジを使え
ば、ネットワークのトポロジーを変更しな
ければならない場合にネットワークの配
線を変えることなく構造を変えることがで
きる。
62
VLANとタグVLAN
単純なVLAN
 スイッチの各ポートごとに、
セグメントに分けられる
タグVLAN
 異なるスイッチにまたがるセグメ
ントを構築できるようにVLANを
拡張したもの
 IEEE802.1Qで標準化された
63

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