第3回 Ethernet 2

計算機ネットワーク

1

ツイストペアケーブル

撚り対線

細い、軽い、曲げやすい

1信号1ペアとすることでノイズ対策

カテゴリー

CAT3, CAT5, CAT5E, CAT6, CAT7

2

ツイストペアケーブルの構成

8芯4対

3

ツイストペアの信号線 10BaseT, 100BaseTX

4芯のみを使う （送信用と受信用の2対）

TIA/EIA568B

TIA/EIA568ATIA/EIA568B

TIA/EIA568B

4

ツイストペアの信号線

1000BaseT ８芯すべて使う

信号を多重化しているので、送信・受信の区別もない

クロスケーブルは事実上使わない

NIC, スイッチングハブ側で自動的に切り替える

5

ライン符号化

NRZ RZ

6

何もしないものNRZ: Non Return to Zero

0→L, 1→HNRZI: Non Return to Zero Inverted

遷移→H, 遷移なし→L

光ファイバーなどで使われる

伝送に適したライン符号化

10BASE-T マンチェスタ符号

100BASE-TX MLT-3 + NRZI + 4B5B

1000BASE-T 8B/1Q4 + 4D-PAM5

7

10BASE の信号

8

マンチェスタ符号

“0” : H(1V) ⇒ L(-1V)“1” : L(-1V) ⇒ H(1V)

100BASE-TX

9

Multi-Level Transmit3値 (-1 0 1)

MLT-3

Non return to zero, inverted1: 電圧遷移(transition:変化), 0:遷移せず

NRLI

4bit 情報⇒5bit 表現5シンボル中 “1” 2回以上

4B5B

4B5B符号化

0 の連続

大3つ 0 1 の変化

なるべく少

Name 4b 5b0 0000 111101 0001 010012 0010 101003 0011 101014 0100 010105 0101 010116 0110 011107 0111 011118 1000 100109 1001 10011A 1010 10110B 1011 10111C 1100 11010D 1101 11011E 1110 11100F 1111 11101

10

1000BASE-T

11

1000BASE-T

12

8bit ⇒ 9bit (エラー検出ビット付加)Quinary(5進) 4ケタ

8B1Q4

4次元：4対の信号線5段階電圧：+1.0V、+0.5V、0V、-0.5V、-1.0VPulse Amplitude Modulation (パルス振幅変調)

符号を電圧値に割り当て．

4D-PAM5

規格

13

100BASE -TX伝送速度10 : 10Mbps100 : 100Mbps1000 : 1Gbps10G : 10Gbps

変調方式ベースバンド変調

使用メディア(媒体)-T ツイストペアケーブル(-TX)

数字 同軸ケーブル5 500m2 185m-SX, -SR 光 (短距離)-LX, -LR 光 (長距離)-ER 光 (超長距離)

(X:FDDI由来の符号化)

“BASE” の意味

変調方式

ベースバンド変調

信号をそのまま流す（変調しない）

ブロードバンド変調

周波数変調(FM)など

長距離伝送 ラジオ、ADSL、電話などでは欠かせない

パルス変調

パルスの形 (電圧値・電流値 etc.) 情報表現

14

FM, AM, PM

PCM, PAM, PPM

デュプレックス

全二重 (Full Duplex) 同時双方向

半二重 (Half Duplex) 双方向（非同時）

（単方向通信：Simplex） 放送 (Broadcast)

15

CSMA/CD

衝突制御

Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection 送信前：他ノードが送信中か感知

Carrier Sense (キャリア感知)

⇒送信中で無ければ送信開始

他ノードの送信と混信しているか検知Collision Detection (衝突検知)

⇒Jam 信号送信 (衝突発生信号 一定時間送信)

16

衝突(collision)

衝突 電気的な混信⇒不安定な信号状態

同軸メディア 半2重(half) ⇒電気的な衝突

17

衝突(collision)

イーサネットの長さの制限 セグメント長・リピータ数

衝突の確実な検知

イーサネットフレームの 小長 8cm/ns 10Mbps⇒1ビット100ns

コリジョンの発生 512bit以内⇒ローカルコリジョン

⇒自動的に再送

18

1000BASE-T

8B-1Q4 4D-PAM5

9bit を4対5値 8bit+エラー訂正1bit

80MHz Symbol rate 125MHz Auto Nego/MDI

19

リピータ

信号の回復

減衰⇒増幅

崩れた信号波形⇒整形

ずれた波形⇒リタイミング

レイヤー1 デバイス

20

リピータの段数制限

リピータ 大数 同軸メディア ⇒ 2個 ツイストペア ⇒ 4個

ハブ⇒ (マルチポート) リピータ リピータハブ

スイッチングハブと区別

4ハブ5ネット

大数制限⇒衝突検知を確実にする

21

22

Ethernet のデータリンク層MAC (Media Access Control)

Layer 2

イーサネットフレーム

大1518 octet + プリアンブル

小64 octet + プリアンブル 512bit

プリアンブル：10101010....フレーム開始デリミタ：10101011

長さ・タイプ：0x600 (153610)未満⇒長さ，以上⇒タイプFCS: CRCによるエラー検出

23

Ethernet のフレーム（PDU、パケッ

ト）

DIX Ethernet

IEEE 802.3

プリアンブル

送信元Addr

宛先Addr

タイプ8137 データ FCS

プリアンブル

フレーム開始

送信元Addr

宛先Addr

データ長

データ FCS

8 6 6 2 46-1500 4

7 6 6 2 46-1500 41

24

MACアドレス

Media Access Control アドレス

Ethernet : レイヤー 2 アドレス

6オクテット

ネットワークインターフェースに固有の番号 物理アドレス(physical), ハードウェアアドレス(hw)

OUI(Organizationally Unique Identifier)

メーカに固有の番号 メーカが管理する番号

3オクテット 3オクテット

25

MACアドレスの調べ方

ipconfig /all , ifconfig –a, show int Physical Address，Hardware Address

16進数表記 00:03:47:70:b4:b6 00-E0-00-D0-5E-AA 0012.2345.4321 00123456789A

MACアドレス⇒ NIC固有

26

MAC アドレスの調べ方

arp コマンド

arp –a, (arp –na) 機器の管理

ネットワーク機器のMACアドレス→記録

障害時の復旧の手がかり

27

特別なMACアドレス

ブロードキャストアドレス

FF:FF:FF:FF:FF:FF マルチキャストアドレス

MACアドレスの 初の1オクテットの下位ビットが1

28

ブリッジ

L2デバイス

バッファ

フレームを一時記憶

コリジョン伝播しない コリジョンドメイン分割

段数制限無

スイッチ 多ポート・ハードウェア処理

現在のスイッチングハブ

29

ラーニング

入力フレーム⇒送信元MAC+ポート記憶

出力

ブロードキャスト 入力ポート以外の全てのポートへ出力

ユニキャスト テーブルに宛先MAC有⇒該当ポートへ出力

無⇒入力ポート以外の全てのポートへ出力

それ以外 何もしない

30

スイッチでのブロードキャスト あるポートから入ってきたフレームは、他の

全ポートにコピーされて転送される(arp, 名前解決, RIPv1, etc.宛先FF:FF:FF:FF:FF:FFであるフレーム)

31

ブロードキャストストーム

イーサネットスイッチでのループブロードキャストストームが発生

イーサネットにはTTLがないので、パケットのコピー・増殖が無限に続く

32

まとめ

Ethernetの歴史

Ethernetの種類

Ethernetの仕組み

フレーム構成

MACアドレスとその構成

33