Transcript 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
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3.1 データリンクとは
4404047 杉山貴紀
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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
3.1.1 MAC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。
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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。
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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。
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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。
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3.2 イーサネット(Ethernet)
2006007
五十嵐
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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
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イーサネットの種類
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イーサネットの規格
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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)
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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
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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)。
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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。
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タイプフィールド
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3.3 FDDI
4404036
久保田善経
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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
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アぺンドトークンの図
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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
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3.4 ATM
工学部第一部
経営工学科3年
4404008 池辺 博昭
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ATMとは・・・(1)
・Asynchronous Transfer Mode
・“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
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ATMの通信回線(1)
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ATMの通信回線(2)
TDM(Time Division Multiplexor)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(Virtual Path Identifier)
ヘッダ
VCI(Virtual Channel Identifier)
直接通信を行う2つのATMスイッチ間で設定さ
れる値
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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
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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
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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(Swiched Virtual Circuit)
別の接続方法
PVC(Permanent Virtual Circuit)
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・・・。
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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
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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(ATM A
daption Layer)と共に利用
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ATMと上位層(2)
ATMでパケットのセル化
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ATMと上位層(3)
ATMでのIPパケットの配送
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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
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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
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3.5 PPPとデータリンクプロトコル
4404043 佐藤 友樹
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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
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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
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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
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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
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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
●
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3.7 データリンク技術の変化
4404014 岩崎友洋
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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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
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