Transcript 第3章 データリンク
２００７まとめ 第３章 データリンク 編集 野村尚吾 1 3.1 データリンクとは 440５０７１ 野村尚吾 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 ３.１.１ 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。 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。 7 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) 4405082 松浦 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 12 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 MPLS ４４０５０７４ 浜田 洋之 19 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 20 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 21 ３．４ 無線通信 ４４０５０２０ 帯金 秀行 22 ３．４．1 無線通信の種類 通信距離に応じて様々な方法がある。 ・短距離無線 ・・・数ｍ ・無線ＰＡＮ ・・・１０ｍ前後 ・無線ＬＡＮ ・・・１００ｍ前後 ・無線ＭＡＮ ・・・数ｋｍ～１００ｋｍ ・無線ＲＡＮ ・・・２００ｋｍ～７００ｋ ｍ ・無線ＷＡＮ 23 ３．４．２ 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 24 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 25 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 26 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 27 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 28 3.5 PPPとデータリンクプロトコル 440519 小尾雅人 29 1. PPPとは 一対一でコンピュータを接続するためのプロトコル PPPはデータリンク層を利用する。 別途物理的な接続が必要（何でもいい） 30 2. LCPとNCP LCPは物理層、データリンク層を司るプロトコル ・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（PAPとCHAP） ・通信品質の監視が可能 NCPはネットワーク層プロトコルの設定をするプロトコル ・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 31 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をベースとしている “０１１１１１１０”を前後でフレームとして区切る（フ ラグシーケンス） PPPは処理をコンピュータに実行されるため、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) 32 4. PPPoE(PPP over Ethernet) イーサネットの回線上をPPPで通信する技法 ・認証機能の使用が容易になる ・処理が多いため通信速度が落ちる 33 ３．６ ＡＴＭ ４４０５０７４ 浜田 洋之 34 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」 35 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 36 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 37 ＡＴＭの通信回線（１） 38 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 39 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 40 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 41 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 42 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 43 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・・・。 44 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 45 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 46 ＡＴＭと上位層（２） ＡＴＭでパケットのセル化 47 ＡＴＭと上位層（３） ＡＴＭでのＩＰパケットの配送 48 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 49 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 50 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 51 3.7 データリンク技術の変化 4405082 52 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 53 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 54 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 55 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 56 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 57 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。 58 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 59 ３．８ データリンク技術の変化 2007/6/2 ４４０５０７１野村 尚吾 60 はじめに 近年のデータリンク技術の種類 スイッチング技術 ループを検出するための技術 VLAN（Virtual LAN) 61 スイッチング技術 従来の通信媒体を共有する方式 ネットワークに接続するホスト数増加による通信性能の低下 が問題。 そこで… スイッチ技術導入。 MACアドレス学習機能を持つポートが複数集まったもので、 ネットワークに接続するコンピュータが増えても性能の低下を 抑えてくれる。 62 ループを検出するための技術 ブリッジ接続でのループを解決する技術。 ① スパニングツリー ② ソースルーティング 適切な形でループを作って障害を防ぐ。 63 ①スパニングツリー 各ブリッジでBPDU (Bridge Protocol Data Unit)と呼ばれるパケットを交換させ て、通信するポートとしないポートを区別す ることでループを消去する。 IEEE802.1Dで定義されている。 コンピュータやルータの機能だけに頼らな い。 64 ②ソースルーティング IBMによって開発。 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てフレームのRIF (Routing Information Field)に書き込む。 送信コンピュータがソースルーティング技術を持っ ていないといけない。 65 VLAN (Virtual LAN) ネットワークの管理では、ネットワークのトポ ロジーを変更しないといけない。しかし、そ の都度配線を変更するのは面倒。 VLAN技術を利用できるブリッジ（スイッチ） でネットワーク構造を変更する。 66 VLAN (Virtual LAN) ブリッジ/レイヤ２スイッチ ポートで区切られたセグメントを分けることで ネットワークの負荷を軽減する。 異なるVLAN、セグメント間での通信は不可。 通信するためにはセグメント間でルータを結 ぶしかない。 タグVLANの登場。 VLAN IDを設定する。 67 VLAN (Virtual LAN) 配線変更なしでネットワークセグメントを変更でき る。 ネットワークの構成が複雑で管理しにくいらしい。 そのため、運用・管理は慎重に行わないといけな い。 68