情報ネットワーク ( データリンク・ Ethernet) 岡村耕二. 資料作成者：原田義明 2 OSI 階層モデル アプリケーション 層 プレゼンテーショ ン層 セッション層 トランスポート層 ネットワーク層 データリンク層 物理層 アプリケーション 層 プレゼンテーショ ン層 セッション層 トランスポート層.

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1 情報ネットワーク ( データリンク・ Ethernet) 岡村耕二

2 資料作成者：原田義明 2 OSI 階層モデル アプリケーション 層 プレゼンテーショ ン層 セッション層 トランスポート層 ネットワーク層 データリンク層 物理層 アプリケーション 層 プレゼンテーショ ン層 セッション層 トランスポート層 ネットワーク層 データリンク層 物理層 送信元 送信先

3 資料作成者：原田義明 3 OSI 階層モデル アプリケーション層 プレゼンテーション 層 セッション層 トランスポート層 ネットワーク層 データリンク層 物理層 アプリケーション 層 プレゼンテーショ ン層 セッション層 トランスポート層 ネットワーク層 データリンク層 物理層 業務情報 表現形式の変換 対話の管理 プロセス間の伝送 エンドシステム間の伝送 隣接システム間の伝送 ビット伝送

4 資料作成者：原田義明 4 データリンク層 イーサネット ヘッダ データ イーサネットトレ イラ イーサネット (Ethernet) – 現在の LAN で最も利用されている通信メディア イーサネットフレーム 送信先 MAC アドレ ス 送信元 MAC アドレ ス タイ プ FCS MTU( 最大転送単位 )1500 オクテット 6 オクテット 4 オクテット 2 オクテット 6 オクテット 上位プロトコルの種類フレームが正しく到着したことを 確認する 1 オクテット =8bit

5 資料作成者：原田義明 5 ハブ ホストＡ ホストＢ ホストＡから ホスト B へ通 信 データは 全部に送信

6 6 データリンク層通信 MAC アドレス： イーサネットカード固 有 イーサネットカードは自分の MAC アド レスのフレームのみを受信する – ハードによる処理 – ＯＳ によらない

7 資料作成者：原田義明 7 CSMA/CD (Carrier Sence Multipl Access with Collision Detection) 搬送波感知多重アクセス / 衝突検出方式の略で、複数 のノードが衝突を起こさずに通信するための方法  通信が行われているか確認する  通信中なら、通信が終わるまで待ち、データ送信を開始す る  衝突が起こった場合、ジャミング信号を送信し、乱数時間 待ってから再転送 衝突の際、ケーブルに通常の範囲外の電圧が流れるため、 検出可能 待ち時間 = 乱数 × 送信失敗回数 ジャミング信号は、衝突が起こったことを知らせる信号  16 回送信失敗したら終了

8 資料作成者：原田義明 8 CSMA/CA (Carrier Sence Multiple Access with Collision Avoidance) 搬送波感知多重アクセス / 衝突回避方式の略 で、無線 LAN に用いられているアクセス制御 方式  通信が行われていなければ、 DIFS(Distributed coordination function Initial interFrame Space) ＋ ランダム時間待ち、送信を開始する  送信データを受け取ったときに ack( 応答メッセー ジ ) を送信することで、データの送信エラー ( 衝突 ) を検出する  ack メッセージを受け取らなかった場合、再送す る

9 資料作成者：原田義明 9 ＣＳＭＡ / ＣＡ A B C 通信 チャネルの使用状況確認 空くまで待機 チャネルの使用状況確認 空くまで待機 待機 ： DIFS 時間分 待機 ： 乱数時間 チャネルの使用状況確認 空くまで待機 乱数時間の待機終了 通信開始 通信が終了 SIFC 時間待機 SIFC<DIFC ack メッセージ受信 通信終了 ack( 応答 ) メッセージ送信 A ⇒ B C ⇒ B SIFC の方が短く、乱数時間待たないので、 ack メッセージが早く送信される

10 資料作成者：原田義明 10 スイッチ ブリッジ  MAC アドレスを記憶し、通信を制御（ CAM テー ブル）  フレーム読み取りの分だけ遅延が発生する  ブロードキャストを止めることはできない スイッチ  ストア＆フォワード形式 スイッチ内のメモリにデータをストアし、データの衝突 を防ぐ  フレーム読み取りの分だけ遅延が発生する  ブロードキャストを止めることはできない  全二重回線（送信・受信の回線を分ける）が可能

11 資料作成者：原田義明 11 ハブ ～衝突（コリジョン）～ ホストＡ ホストＢ ホスト A から ホスト B へ通 信 ホストＣ ホストＤ ホスト C から ホスト D へ通 信 衝突発生

12 資料作成者：原田義明 12 スイッチとは？ ホストＡ ホストＢ ホスト A から ホスト B へ通 信 ホストＣ ホストＤ ホスト C から ホスト D へ通 信 競合されていないポートの 送受信を同時に転送可能

13 資料作成者：原田義明 13 MAC アドレスによるフィルタリ ング MAC:00-00-00-00-00-01 MAC:00-00-00-00-00-04 MAC:00-00-00-00-00-03 MAC:00-00-00-00-00-02 MAC:00-00-00-00-00-01 何処から来たか記憶 MAC:00-00-00-00-00-03 宛先が左のネットワークなの で、 データを右側のネットワーク に 送信しない A から C への 通信 B から A への 通信 C から A への 通信 A D C B MAC:00-00-00-00-00-02

14 資料作成者：原田義明 14 スパニングツリープロトコル 冗長性のあるネットワークで、しかも MAC アドレスが学習されていないと、ブロード キャストで送信してしまうので、フレームが ループしてしまう ⇒このループを回避しないといけない スパニングツリープロトコル

15 資料作成者：原田義明 15 冗長ループの問題点 12 2 1 A B 2 : A 1 : A

16 資料作成者：原田義明 16 スパニングツリープロトコル 冗長構成によるデータのループを防ぐためのプロトコル ループのない木構造を作成する BPDU (Bridge Protocol Data Unit) というデータを相互に交換し、ス パニングツリーを構成する SW1 SW2 SW3 seg1 seg2 seg3 SW1 SW2 SW3 seg2 seg3 seg1 スパニングツ リー × × このポートから 転送しない もし、 SW2 が ダウンした ら･･･ スパニングツリー を再構成する

17 資料作成者：原田義明 17 スパニングツリープロトコル BPDU とは？  ルート情報 ルート（根）に指定されたブリッジの ID( さっきの図の SW1)  パスコスト そのリンクのルートブリッジからの距離  ブリッジ情報 BPDU を送信したブリッジの情報  ポート情報 BPDU を送信したポートの情報  タイマ スパニングツリーを構成するための時間

18 資料作成者：原田義明 18 スパニングツリープロトコル ルート  ブリッジＩＤ (BID) によって決まる プライオリティ (2bit) と MAC アドレス (6bit) で、小さいも の パスコスト 帯域幅によって決められており、コストの少ない通信路 を選ぶ タイマ hello タイマ ： BPDU の送信間隔 スイッチダイアメータ ：スパニングツリーの最大ホッ プ数 最大タイマ ：連絡がないとダウンしたと見なす時間 最大遅延 ：ツリーの再構成のために、データをブロッ クする時間 （再構成中にはループが起きる 可能性があるため）

19 資料作成者：原田義明 19 スパニングツリープロトコル seg1 : 10 seg4 : 15 seg3 : 10 seg2 : 15 seg5 : 15 sw1 sw2 sw3 sw4 0 0 15 10 25 30 15 20 25 40 ルートポート root:15 root:10 root:25 指定ポート 各スイッチの中で、最もコストの少ないセグメ ント 各セグメントの中に一つ、 ルートに近いスイッチのポート 非指定ポート どちらにも選ばれなかったポー ト root:0 データ送受信、 BPDU 送受信 データ破棄、 BPDU 受信

20 資料作成者：原田義明 20 スパニングツリープロトコル SW1 SW2 SW3 seg2 seg3 seg1 seg5 seg4 SW4

21 資料作成者：原田義明 21 スパニングツリープロトコル ネットワーク障害が起きた場合  検出 hello タイマ時間毎に BPDU を転送しているが、最大タイ マ時間返信が来なければ、スイッチがダウンしていると 見なす  デフォルトでは、 hello タイマ : 2sec, 最大タイマ : 20sec  スパニングツリー再構築 通信路が変更されるので、 CAM テーブルの消去依頼を 行う コストの再計算が必要なスイッチでのみ再構築が行われ る 最大遅延時間分、データの送信を行わず、 BPDU の送受 信を行い、ツリーを再構築する ツリー構築後、最大遅延時間分ＣＡＭテーブルの構築を 行う。データの転送は行わない

22 資料作成者：原田義明 22 スパニングツリープロトコル フレーム転 送 MAC アドレ ス学習 BPDU の交 換 ブロッキング ×× 受信のみ リスニング ××○ ラーニング ×○○ フォワーディ ング ○○○

23 資料作成者：原田義明 23 スパニングツリー再構築 スイッチのダウン検出 最大タイマ : 20sec ブロッキング（ BPDU 受信） ラーニング（ CAM テーブル作成） 50sec リスニング（ BPDU 送受信） フォワーディング 20sec 15sec 70sec

24 資料作成者：原田義明 24 スパニングツリー再構築 ネットワークの再構築を高速化するために、 様々な技術がある  RSTP 非指定ポートを代替ポートとバックアップポートにさら に分け、障害時に迅速な通信路変換を提供  PortFast (Cisco 独自 ) 端末が接続されたポート (BPDU が受信されないポート ) をすぐフォワーディング状態にする  UplinkFast (Cisco 独自 ) 障害を検知すると、すぐにブロッキング状態からフォ ワーディング状態にする

25 資料作成者：原田義明 25 ＶＬＡＮ スイッチの技術発展により、大きなネット ワークの構築が可能になった ブロードキャストドメインの巨大化 ブロードキャストドメインを仮想的に分割し たい VLAN (Vertial LAN)

26 資料作成者：原田義明 26 ＶＬＡＮ 仮想的にネットワークを構築する技術  レイヤ２スイッチでブロードキャストドメインを 分割 ＶＬＡＮ１ ＶＬＡＮ２

27 資料作成者：原田義明 27 ＶＬＡＮ スタティックＶＬＡＮ  静的にＶＬＡＮを設定する。 ポートごとに所属ＶＬＡＮを設定（ポートベースＶＬＡ Ｎ） ダイナミックＶＬＡＮ  動的にＶＬＡＮを設定する ＭＡＣベースＶＬＡＮ  ＭＡＣアドレスごとに所属ＶＬＡＮを設定する サブネットベースＶＬＡＮ  ＩＰアドレスごとに所属ＶＬＡＮを設定する ユーザベースＶＬＡＮ  ログオンしたユーザ情報 (Wincows ドメインのユーザ名等 ) から分割

28 資料作成者：原田義明 28 トランクリンク ＶＬＡＮ１ ＶＬＡＮ２ ＶＬＡＮ１ ＶＬＡＮ２ 複数のＶＬＡＮのデータを転送できるポート  スイッチ間で転送されるデータに、所属ＶＬＡＮの情報を 付加する必要がある トランクリンク VLAN1 VLAN2

29 資料作成者：原田義明 29 ダイナミックＶＬＡＮとトランク リンク Cisco 独自のものと、 IEEE 標準のものがある  ISL(Inter-Switch Link) Cisco 独自のカプセル化プロトコル  IEEE802.1Q IEEE 標準のタギングプロトコル ISL ヘッダ (26 バイト ) イーサネットフ レーム (26 ～ 1518 バイト ) FCS (4 バイト ) ISL 送信先 ( 元 )MAC アドレ ス タグタグ タイ プ デー タ FCS IEEE802.1Q

30 資料作成者：原田義明 30 トランクリンク IEEE802.1Q では、 IEEE802.1Q に対応してい ないスイッチやホストと通信できるように、 ネイティブ LAN という概念を利用している  タグをつけていないデータはネイティブ VLAN と 見なす デフォルトで VLAN1 管理用として利用されている (BPDU の転送など ) 送信先 ( 元 )MAC アドレ ス タグタグ タイ プ デー タ FCS IEEE802.1Q

31 資料作成者：原田義明 31 トランクリンク ISL では、 Cisco のスイッチだけでネットワー クが構成されている必要がある  フレームをカプセル化するので、 ISL 対応でない と、データの認識ができず、エラーとなる ISL ヘッダ (26 バイト ) イーサネットフ レーム (26 ～ 1518 バイト ) FCS (4 バイト ) ISL

32 資料作成者：原田義明 32 スパニングツリープロトコルとＶ ＬＡＮ 非指定ポート sw1 sw2 sw3 sw4 VLAN1 VLAN2 sw3 から sw4 への通信があったら･･･ seg15 seg10 こっちの方 が近い

33 資料作成者：原田義明 33 スパニングツリープロトコルとＶ ＬＡＮ ISL では、 PVST (Per VLAN Spanning Tree) と呼ばれる、 VLAN ごとに STP を構築する方 法を利用している IEEE802.1Q では、 CST(Common Spanning Tree) を利用している  BPDU がネイティブ LAN として転送されるため、 所属 VLAN を認識できず、それぞれに ST を構築で きない

34 資料作成者：原田義明 34 ＰＶＳＴ sw1 sw2 sw3 sw4 VLAN1 VLAN2 seg15 seg10 seg15 seg10 VLAN1 ＶＬＡＮごとにプライオリティを設定し、 それぞれのルートを設定する root VLAN1 の非指定ポート VLAN2 の非指定ポート VLAN1 の 通信 VLAN2 の 通信

35 資料作成者：原田義明 35 スパニングツリーとＶＬＡＮ CSTPVST プロトコ ル IEEE802.1QISL ツリー 1つ1つ VLAN ごとに 1 つ 消費帯域 STP が一つのため 少ない STP ごとに BPDU が 必要なので大きい 計算量少ない大きい 最適パス場合によっては不 可 可能

36 資料作成者：原田義明 36 スパニングツリーとＶＬＡＮ Cisco  PVST+ ISL 環境では PVST として機能し、 IEEE802.1Q 環境では PVST+( ネイティブ VLAN で CST が動作 ) として機能する IEEE802.1Q  MST (Multiple Spanning Tree) 複数の VLAN を一つのスパニングツリーインスタンスに マップする方式 往来のブリッジとの相互対話が困難な場合がある

37 37 来週（ 5 月 17 日）は休講 http://okaweb.ec.kyushu-u.ac.jp/lectures/in/  に課題を掲示  翌日 5 月 18 日までに、電子メールで、 oka@cc.kyushu-u.ac.jp  に回答などを提出すること。（出席ではない。）