情報ネットワーク ( データリンク・ Ethernet)

1. 情報ネットワーク(データリンク・Ethernet) 岡村耕二

2. OSI階層モデル 送信先 送信元 資料作成者：原田義明

3. OSI階層モデル 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 資料作成者：原田義明

4. データリンク層 • 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 MTU(最大転送単位)1500オクテット イーサネットフレーム 6オクテット 6オクテット 2オクテット 4オクテット FCS 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 資料作成者：原田義明

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

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. 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 資料作成者：原田義明

8. ＣＳＭＡ/ＣＡ A ⇒ B C ⇒ B 通信が終了 通信 SIFC時間待機 待機 ： DIFS時間分 チャネルの使用状況確認 空くまで待機 ackメッセージ受信 通信終了 待機 ： 乱数時間 乱数時間の待機終了 通信開始 ack(応答)メッセージ送信 A B SIFC<DIFC チャネルの使用状況確認 空くまで待機 待機 ： DIFS時間分 チャネルの使用状況確認 空くまで待機 待機 ： 乱数時間 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 C 資料作成者：原田義明

9. 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 資料作成者：原田義明

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

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

12. MACアドレスによるフィルタリング MAC:00-00-00-00-00-03 MAC:00-00-00-00-00-01 MAC:00-00-00-00-00-02 AからCへの通信 CからAへの通信 何処から来たか記憶 A C MAC:00-00-00-00-00-01 MAC:00-00-00-00-00-03 BからAへの通信 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 D B MAC:00-00-00-00-00-04 MAC:00-00-00-00-00-02 資料作成者：原田義明

13. 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 資料作成者：原田義明

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

15. 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 スパニングツリー SW1 seg1 SW1 seg2 seg1 seg2 SW3 × SW2 SW3 × seg3 SW2 このポートから 転送しない seg3 もし、SW2が ダウンしたら･･･ スパニングツリーを再構成する 資料作成者：原田義明

16. 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 資料作成者：原田義明

17. 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） 資料作成者：原田義明

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

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

20. 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 資料作成者：原田義明

21. スパニングツリープロトコル 資料作成者：原田義明

22. 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） 20sec リスニング（BPDU送受信） 70sec 15sec 50sec ラーニング（CAMテーブル作成） 15sec フォワーディング 資料作成者：原田義明

23. 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 資料作成者：原田義明

24. 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) 資料作成者：原田義明

25. 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 資料作成者：原田義明

26. 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ＶＬＡＮ） • 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 資料作成者：原田義明

27. トランクリンク • 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 ＶＬＡＮ２ ＶＬＡＮ１ ＶＬＡＮ１ ＶＬＡＮ２ 資料作成者：原田義明

28. 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 IEEE802.1Q 資料作成者：原田義明

29. 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) IEEE802.1Q 資料作成者：原田義明

30. 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 資料作成者：原田義明

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

32. スパニングツリープロトコルとＶＬＡＮ • 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 資料作成者：原田義明

33. ＰＶＳＴ VLAN1 seg10 seg15 sw2 VLAN1の通信 root seg10 VLAN2 VLAN1 sw1 sw4 root seg15 seg15 sw3 VLAN2 VLAN1 VLAN1の非指定ポート 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 VLAN2の通信 VLAN2の非指定ポート 資料作成者：原田義明

34. スパニングツリーとＶＬＡＮ 資料作成者：原田義明

35. 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 資料作成者：原田義明

36. 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。）