ネットワーク構成論 Ｉ

第２章ネットワークを支える 技術 ネットワーク構成論 Ｉ 情報システム学研究科

概要 n 物理ネットワークの形態 n イーサネット n トークン・リング n ＦＤＤＩ n ＡＴＭ n その他

物理ネットワークの形態 n Ｉｎｔｅｒｎｅｔ – 物理的なネットワークではない – 異なったハードウェアによって実現されて いるネットワークを統合的にアクセスでき るようにする技術 n 伝送媒体 磁気メディア、ツイスト線、同軸ケーブル、 光ファイバー、無線通信

n 磁気メディア –25GB の DAT テープを５０本かばんに入れ て運ぶ. １時間で届ければ 2.8Gbps – 遅延が大きい n ツイスト線 （電話加入者線、ＵＴＰ） –2,3Km ならば数 Mbps の伝送能力をもつ。 距離、線の太さによる. (ADSL) – 干渉を除く. n 同軸ケーブル –10Mbps 1km (50Ω) –T コネクタ、 vampire tap

ツイスト線 utp cable

同軸ケーブルの構造

Ｔコネクタ

Ｖａｍｐｉｒｅ Ｔａｐ Yellow cable Transceiver cable

光ファイバーケーブル n multi-mode と single-mode 1Gbps, 1km n LED, laser diode と photodiode n 光のオン・オフでディジタル通信 n vampire tap がむつかしい → 長短あ り n 多くは点対点で一方向で利用する. n 細くてすむ. 長距離に適する. n 光波長多重

MAPOS NTT 未来ねっと研究所 n 622Mbps, single mode ファイバー n 2.4Gbps ～ 20Gbps への 実験

光波長多重の実験 （７通信 路）

無線通信 n 無線ＬＡＮ、赤外線通信、マイクロ波 通信 n 衛星通信 トランスポンダ – ５００ＭＨｚを３６ＭＨｚ毎に分ける → ５ ０Ｍｂｐｓ – 遅延の問題 ２５０ｍｓから３００ｍｓ マイクロ波 ３ μ 秒 /km, 同軸ケーブル ５ μ 秒 /km 帯域幅が狭ければ地上通信でも同じ – 放送性、秘匿性 n PHS, 移動通信

アナログ伝送とディジタル伝 送 n アナログ伝送 – モデム PAM, FSK, PM, QAM 搬送波を用いる. –RS-232C, RS-449 n ディジタル伝送 –PCM 通信の規格 T1 (1.544Mbps) T2(6Mbps), T3(45Mbps), T4(274Mbps) n 規格 – コネクタ、信号線、電圧レベル、呼接続手 順

ネットワーク通信の技術 n 回線交換 – 呼接続により回線を切り替えて、占有する. n メッセージ交換 – 蓄積交換 store-and-forward n パケット交換 – パケット（データの小包）単位の通信 – 通信路を占有しない.

n 回線交換 – 容量の保証、他の通信が邪魔をしない。 – コストはトラフィックに無関係 n パケット交換 – 多重利用 – 容量がトラフィックによる（保証されな い） F 多くのコンピュータが通信路を share でき る. Ù 相互接続の経費が小さい F capacity Ù 技術の進歩（高速化）で問題が少なくなった。 ネットワークといえばパケット交換網を さす.

ＬＡＮとＷＡＮ n ＷＡＮ – 通信事業者による – 点対点 (point to point) 接続 n LAN – 半径数 km – 数 Mbps 以上 – 単一組織による所有 – 多重アクセスネットワーク

多重アクセス・ネットワーク n 静的割り当て – ＦＤＭ（ＴＤＭ） 周波数（時）分割多重 通信路を占有できる 少数、重いトラフィック に有利 多数のユーザ、バースト・トラフィックに不利 – ほとんどの通信路がほとんどの時刻でＩＤＬＥ n 動的割り当て –Aloha, Ethernet, Token-ring, FDDI – ランダム多重アクセス – 静的割り当てと逆の特徴

動的割り当てモデル n 局モデル Ｎ 個の独立な局で独立に生 起 n 単一通信路の仮定 n 衝突の起きる可能性 n 連続時間 / スロット時間 n carrier sense/no carrier sense

Aloha Protocol n 衛星によるハワイ大学のネットワーク – 局は送信通報があればすぐに送信 – 衝突であればランダム時間待ち、再送 衝突なしでどのくらいの％が送信できる か？ t t 衝突可能区間 時刻 t: １フレーム時間 衝突フレーム 送信フレーム

– 無限に多いユーザ – １フレーム時間に発生するフレーム数は平 均が S の Poisson 分布をする. (0<S<1) – 再送を含めて１フレーム時間に送信される フレ ーム数は平均値 G の Poisson 分布をす る. offered load throughput ただし はフレームが衝突しない確率であ る. S ≦ G である. k フレームの発生する確率は

n Ｐｕｒｅ Ａｌｏｈａ のスループット解 析 –0 個のフレーム生起の確率 – 衝突しない確率 – スループット n Ｓｌｏｔｔｅｄ Ａｌｏｈａ – すべてのフレームは同期してスロット内に 生起 – 完全な衝突か、完全な分離

Ａｌｏｈａ のスループット （平衡状態） Offered traffic Slotted Aloha Pure Aloha 18% 37%

Ａｌｏｈａ プロトコルの性能 n Slotted Aloha は G=1 のとき最大 S 37% がアイドル、 37% が成功、 26% が衝突 平均待ち時間 E の指数関数的増大 – 衝突なし 衝突あり –k 回送信でやっと成功

Carrier sense protocol n 1 persistent CSMA – 空いていれば使う. – ビジーなら待ち、空いたらすぐ使う. n non-persistent CSMA – 空いていれば使う. – ビジーなら衝突サイクルへ入る. n p-persistent CSMA – 空いている限り確率 p で使う. 途中でビジーになると衝突サイクルへ入る. – ビジーなら空くまで待って上の処理へ入る. F 衝突サイクル → ランダム時間待ち、再試行

CSMA protocol の特性 offered traffic G

衝突検出 CSMA/CD n キャリア検出のほかに衝突検出も行う. – キャリア・センスをしても衝突はなぜ起き るか. 最大伝搬時間を τ とすると 2τ は衝突がわからな い. 同軸ケーブルでは τ ＝５ μ 秒 – 時間幅２ τ の slotted aloha と同じになる. – 衝突検出はアナログ処理である. 記号 “0” が 0 ボルト信号だとわからない. Manchester coding

IEEE 802 n 802.3Ethernet n 802.4Token Bus n 802.5Token Ring – 標準 異なるコンピュータが接続可能 市場の拡大、生産の合理化、安価・大量 –De facto (from the fact - 実質的な標準 ) –De Jure (by law - 正式な標準 )

標準化 n ２匹の象の啓示 n 標準化が遅くても早くても不可 – 早過ぎると → 正しくない選択 – 遅すぎると → ばらばらな投資 研究 標準化 大量投資 時間

n 1973 年 MIT の学生 → Xerox –Ethernet –DEC, Intel が後押し – コントローラ・チップ ＬＡＮの実質標 準 n ＧＭ (General Motors) –Token Bus – 日本の自動車メーカーとの競争 – ラインの制御 → 最悪の遅延時間を押さ える. n IBM –Token Ring –IBM Zurich – 高信頼、保守性その他

n ＩＥＥＥの後押しでＬＡＮの標準化 n 大騒ぎになった –Ethernet Xerox, DEC, Intel, オフィス・オートメーショ ン –Token Bus GM, 下請け, ファクトリ・オートメーション –Token Ring IBM, 多くのその他 n 結局タオルが投げられ、・・・ – 無いよりはまし. – ３つの標準ができた → 上位の規格を合 わせた

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ n 1 persistent CSMA/CD with binary exponential back-off – キャリア・センス 空いていれば出る. 空いていなければ空くまで待って出る. – 衝突が起きたら、すぐにやめて ランダム時間待って繰り返す. 待ち時間は繰り返しのつど最大値が２倍になる 待ち時間＝ (0,1) の一様乱数 × n その他の規格

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ n 性質 – 分散アクセス制御 – バス： すべての局がひとつの通信路を共 有 –boadcast: すべての局がすべての伝送を受 ける –Manchester 符号 – ジャム 数１０ビット

Ether frame n Self identifying – プリアンブル６４ビット – あて先４８ビット – 発アドレス４８ビット – フレーム長１６ビット – データ３６８～１２０００ビッ ト – ＣＲＣ３２ビット データ部分は１５００オクテット以下

802.3 の能率 (10Mbps, 512-bit slot 時間 )

ネットワーク機器 n トランシーバ n リピータ n ブリッジ n ハブ n スイッチング・ハブ n ルータ n ゲートウェー

Ethernet ネットワーク機器 リピータ / ブリッジ トランシーバ

Ethernet ネットワーク機器 ハブ ／ スイッチング・ハブ

Ethernet ネットワーク機器 n マルチホーム・ホスト n ゲートウェー n ルータ はＩＰの機器である.

トークン・バスの発想 n – 確率的なサービス、待ち時間の保証が無い. – 優先度が無い ロボット制御のラインには不向き n トークン・リング – 最悪値が既定値、一回り待てば番がくる – 物理実装 リングケーブル切断 → システムダウン 組み立てラインは線形 n の堅固さとリングの最悪値の制限

Token Bus の特徴 n バス上に論理的なリングを構成 n token で制御 → 衝突は起き得ない n broadcast n 複雑 – １０個のタイマー、２０以上の状態、２０ ０ページの標準、 Ada (802.3 は Pascal) で 記述 – ７５ Ω 、変調（ＦＳＫ） 0, 1 以外の記号も 可能 – ４つの優先度 (substation) n 加盟、脱退のアルゴリズム

その他のＬＡＮ n Token Ring n FDDI n ATM n MAPOS n その他

ＷＡＮの通信 n 点対点の通信 – ＰＰＰ (Point-to-point protocol) –Sonet/SDH n その他 – ＡＴＭ, フレームリレー – ＭＡＰＯＳ

次回に続く

Token Ring

ＦＤＤＩ

ＡＴＭ

その他