イーサネット

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イーサネットに使用されるラップトップコンピュータに接続された8P8Cモジュラーコネクタを備えたツイストペアケーブル
イーサネットオーバーツイストペアポート

イーサネット/ ˈiːθərnɛt / )は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、メトロポリタンエリアネットワーク(MAN)、およびワイドエリアネットワーク(WAN)一般的に使用されている有線コンピュータネットワークテクノロジのファミリです。[1] 1980年に商業的に導入され、1983年にIEEE802.3として最初に標準化されました。その後、イーサネットは、より高いビットレート、より多くのノード、およびより長いリンク距離をサポートするように改良されましたが、下位互換性は維持されています。時間の経過とともに、イーサネットは、トークンリングFDDIARCNETなどの競合する有線LANテクノロジーに大きく取って代わりました。

元の10BASE5イーサネットは共有媒体として同軸ケーブルを使用しますが、新しいイーサネットバリアントはスイッチと組み合わせてツイストペアおよび光ファイバーリンクを使用しますその歴史の中で、イーサネットデータ転送速度は元の速度から増加しました2.94  Mbit / s [2]から最新400 Gbit / s、最大レート1.6  Tbit / sは開発中です。イーサネット規格には、OSI物理層いくつかの配線およびシグナリングバリアントが含まれています。

イーサネットを介して通信するシステムは、データのストリームをフレームと呼ばれる短い部分に分割します各フレームには、送信元アドレスと宛先アドレス、および破損したフレームを検出して破棄できるようにエラーチェックデータが含まれています。ほとんどの場合、上位層のプロトコルは失われたフレームの再送信をトリガーします。OSIモデルによると、イーサネットはデータリンク層までのサービスを提供します。[3] 48ビットMACアドレスは、 IEEE 802.11Wi-Fi)を含む他のIEEE 802ネットワーク標準、およびFDDIによって採用されました。EtherType値は、サブネットワークアクセスプロトコル(SNAP)ヘッダー でも使用されます。

イーサネットは家庭や業界で広く使用されており、ワイヤレスWi-Fiテクノロジーとうまく連携します。インターネットプロトコルは一般的にイーサネットを介して伝送されるため、インターネットを構成する主要なテクノロジの1つと見なされています

歴史

Accton Etherpocket-SPパラレルポートイーサネットアダプタ(1990年頃)。同軸(10BASE2)ケーブルとツイストペア(10BASE-T)ケーブルの両方をサポートします。電力はPS / 2ポートパススルーケーブルから引き出されます。

イーサネットは、1973年から1974年の間にXeroxPARCで開発されました。 [4] [5]これは、 RobertMetcalfeが博士論文の一部として研究したALOHAnet触発されました。[6]このアイデアは、メトカーフが1973年5月22日に書いたメモに最初に文書化され、かつて「電磁波の伝播のための遍在する完全に受動的な媒体」として存在すると仮定されたエーテルにちなんで名付けられました。[4] [7] [8] 1975年、ゼロックスはメトカーフ、デビッドボグスチャックサッカーバトラーランプソンをリストした特許出願を行いました。発明者として。[9] 1976年、システムがPARCに導入された後、MetcalfeとBoggsは独創的な論文を発表しました。[10] [a] Yogen Dalal[12] Ron Crane、Bob Garner、およびRoy Ogusは、元の2.94 Mbit / sプロトコルから1980年に市場にリリースされた10Mbit / sプロトコルへのアップグレードを容易にしました。[ 13]

Metcalfeは1979年6月にXeroxを離れ、3Comを設立しました。[4] [14]彼は、 Digital Equipment Corporation(DEC)、Intel、およびXeroxが協力して、イーサネットを標準として推進するよう説得しました。そのプロセスの一環として、ゼロックスは「イーサネット」の商標を放棄することに同意しました。[15]最初の規格は、1980年9月30日に「イーサネット、ローカルエリアネットワーク。データリンク層と物理層の仕様」として公開されました。このいわゆるDIX標準(Digital Intel Xerox)[16]は、10 Mbit / sイーサネットを指定し、48ビットの宛先アドレスと送信元アドレス、およびグローバルな16ビットのEthertypeタイプのフィールドを備えています。[17]バージョン2は1982年11月に公開されました[18]そしてイーサネットIIとして知られるようになったものを定義し正式な標準化の取り組みも同時に進行し、1983年6月23日にIEEE802.3が公開されました。 [19]

イーサネットは当初、トークンリングやその他の独自のプロトコルと競合していました。イーサネットは市場のニーズに適応することができ、10BASE2を使用して、安価な細い同軸ケーブルに移行し、1990年から10BASE-Tを備えた現在普及しているツイストペアに移行しました。1980年代の終わりまでに、イーサネットは明らかに主要なネットワークテクノロジーでした。[4]その過程で、3Comは大手企業になりました。3Comは1981年3月に最初の10Mbit / sイーサネット3C100NICを出荷し、その年にPDP-11およびVAX、およびマルチバスベースのIntelおよびSunMicrosystemsコンピューター用のアダプターの販売を開始しました。[20] :9 その後すぐに、DECのUnibus to Ethernetアダプターが販売され、DECは自社の企業ネットワークを構築するために社内で使用し、1986年までに10,000ノードを超え、当時世界最大のコンピューターネットワークの1つになりました。[21] IBM PC用のイーサネットアダプタカードは1982年にリリースされ、1985年までに3Comは100,000を販売しました。[14] 1980年代には、IBM独自のPCネットワーク製品がPCのイーサネットと競合し、1980年代を通じて、LANハードウェアは一般にPCでは一般的ではありませんでした。しかし、1980年代半ばから後半にかけて、PCネットワーキングは、プリンターとファイルサーバーの共有のためにオフィスや学校で普及し、その10年間の多くの多様な競合LANテクノロジーの中で、イーサネットは最も人気のあるものの1つでした。パラレルポートベースのイーサネットアダプタは、DOSおよびWindows用のドライバを使用して一時的に製造されていました。1990年代初頭までに、イーサネットが非常に普及したため、一部のPCおよびほとんどのワークステーションにイーサネットポートが表示されるようになりました。このプロセスは、10BASE-Tとその比較的小さなモジュラーコネクタの導入により大幅にスピードアップしました。その時点で、イーサネットポートはローエンドのマザーボードにも登場しました。[要出典]

それ以来、イーサネットテクノロジーは、新しい帯域幅と市場の要件を満たすために進化してきました。[22]現在、イーサネットは、コンピューターに加えて、アプライアンスやその他の個人用デバイスを相互接続するために使用されています。[4]産業用イーサネットとして、産業用イーサネットで使用され、世界の通信ネットワークのレガシーデータ伝送システムに急速に取って代わりつつあります。[23] 2010年までに、イーサネット機器の市場は年間160億ドルを超えました。[24]

標準化

Intel 82574LギガビットイーサネットNIC、PCIExpress×1カード

1980年2月、米国電気電子学会(IEEE)は、ローカルエリアネットワーク(LAN)を標準化するためのプロジェクト802を開始しました。[14] [25] Gary Robinson(DEC)、Phil Arst(Intel)、およびBob Printis(Xerox)の「DIXグループ」は、LANの候補としていわゆる「ブルーブック」CSMA / CD仕様を提出しました。仕様。[17] CSMA / CDに加えて、トークンリング(IBMがサポート)およびトークンバス(ゼネラルモーターズが選択し、今後サポートする))もLAN規格の候補と見なされました。競合する提案とイニシアチブへの幅広い関心により、どのテクノロジーを標準化するかについて強い意見の不一致が生じました。1980年12月、グループは3つのサブグループに分割され、提案ごとに個別に標準化が進められました。[14]

標準化プロセスの遅れは、 XeroxStarワークステーションおよび3ComのイーサネットLAN製品の市場導入を危険にさらしました。このようなビジネスへの影響を念頭に置いて、David Liddle(Xerox Office Systemsのゼネラルマネージャー)とMetcalfe(3Com)は、FritzRöscheisen(Siemens )の提案を強く支持しました。プライベートネットワーク)イーサネットの国際標準化に対するシーメンスのサポートを含む、新興オフィス通信市場での提携(1981年4月10日)。シーメンスのIEEE802の代表であるIngridFrommは、ヨーロッパの標準化団体ECMA TC24内に競合するタスクグループ「ローカルネットワーク」を設立することにより、IEEEを超えたイーサネットの幅広いサポートを迅速に実現しました。1982年3月、ECMA TC24とその企業メンバーは、IEEE802ドラフトに基づくCSMA / CDの標準について合意に達しました。[20] :8  DIX提案は技術的に最も完全であり、IEEE内の意見の調停に決定的に貢献したECMAによる迅速な措置により、IEEE 802.3 CSMA / CD規格が1982年12月に承認されました。[14]IEEEは、1983年にドラフトとして、1985年に標準として802.3標準を公開しました。[26]

国際レベルでのイーサネットの承認は、国際電気標準会議(IEC)技術委員会83および国際標準化機構(ISO)技術委員会97小委員会6との統合に取り組むリエゾンオフィサーとしてのFrommとの同様の超党派の行動によって達成されました。。ISO8802-3規格は1989年に公開されました。[27]

進化

イーサネットは、より高い帯域幅、改善されたメディアアクセス制御方法、およびさまざまな物理メディアを含むように進化しました。同軸ケーブルは、イーサネットリピータまたはスイッチで接続されたポイントツーポイントリンクに置き換えられました[29]

イーサネットステーションは、相互にデータパケット(個別に送信および配信されるデータのブロック)を送信することによって通信します。他のIEEE802 LANと同様に、アダプタにはグローバルに一意の48ビットMACアドレスがプログラムされているため、各イーサネットステーションには一意のアドレスがあります。[b] MACアドレスは、各データパケットの宛先と送信元の両方を指定するために使用されます。イーサネットはリンクレベルの接続を確立します。これは、宛先アドレスと送信元アドレスの両方を使用して定義できます。送信を受信すると、受信者は宛先アドレスを使用して、送信がステーションに関連しているか、無視する必要があるかを判断します。ネットワークインターフェイスは通常、他のイーサネットステーション宛てのパケットを受け入れません。[c] [d]

各フレームのEtherTypeフィールドは、受信ステーションのオペレーティングシステムが適切なプロトコルモジュール(IPv4などのインターネットプロトコルバージョンなど)を選択するために使用します。イーサネットフレームは、EtherTypeフィールドがあるため、自己識別型であると言われます。自己識別フレームにより、同じ物理ネットワーク上で複数のプロトコルを混在させ、1台のコンピューターで複数のプロトコルを一緒に使用できるようになります。[30]イーサネット技術の進化にもかかわらず、すべての世代のイーサネット(初期の実験バージョンを除く)は同じフレームフォーマットを使用しています。[31]混合速度ネットワークは、目的のイーサネットバリアントをサポートするイーサネットスイッチとリピーターを使用して構築できます。[32]

イーサネットが普及し、それをサポートするために必要なハードウェアのコストが下がり続けるため、ほとんどのメーカーは現在、イーサネットインターフェイスをPCマザーボードに直接構築し、個別のネットワークカードを不要にしています。[33]

共有メディア

古いイーサネット機器。左上から時計回りに:インライン10BASE2アダプターを備えたイーサネットトランシーバー、 10BASE5アダプターを備えた同様のモデルのトランシーバーAUIケーブル、10BASE2 BNC Tコネクターを備えた異なるスタイルのトランシーバー、2つの10BASE5エンドフィッティング(Nコネクター)、オレンジ色の「バンパイアタップ」取り付けツール(一方の端に専用のドリルビット、もう一方の端にソケットレンチが含まれています)、およびDEC製の初期モデルの10BASE5トランシーバー(h4000)。短い長さの黄色の10BASE5ケーブルには、一方の端にNコネクタが取り付けられ、もう一方の端にはNコネクタシェルが取り付けられるように準備されています。ケーブルが通過する半分黒、半分灰色の長方形のオブジェクトは、取り付けられた吸血鬼の蛇口です。

イーサネットは元々、ブロードキャスト伝送媒体として機能する共有同軸ケーブルを介して通信するコンピュータのアイデアに基づいていました。使用された方法は無線システムで使用された方法と同様であり[e] 、19世紀の物理学でエーテルに例えられた通信チャネルを提供する共通ケーブルを使用しました。この参照から「イーサネット」という名前が付けられました。[34]

オリジナルのイーサネットの共有同軸ケーブル(共有メディア)は、建物またはキャンパスを通過して、接続されているすべてのマシンに到達しました。キャリアセンスマルチアクセスと衝突検出(CSMA / CD)として知られるスキームが、コンピューターがチャネルを共有する方法を管理していました。このスキームは、競合するトークンリングまたはトークンバステクノロジーよりも単純でした。[f]コンピューターはAttachmentUnit Interface(AUI)トランシーバーに接続され、トランシーバーはケーブルに接続されます(シンイーサネットを使用)トランシーバーは通常、ネットワークアダプターに統合されています)。単純なパッシブワイヤは小規模なネットワークでは信頼性が高くなりますが、大規模な拡張ネットワークでは信頼性が低くなります。この場合、ワイヤが1か所で損傷したり、コネクタが1つ不良だったりすると、イーサネットセグメント全体が使用できなくなります。[g]

1980年代の前半まで、イーサネットの10BASE5実装では、直径0.375インチ(9.5 mm)の同軸ケーブルが使用されていました。これは、後に「シックイーサネット」または「シックネット」と呼ばれます。後継の10BASE2は、「シンイーサネット」または「シンネット」と呼ばれ、RG-58同軸ケーブルを使用していました。ケーブルの設置をより簡単かつ低コストにすることに重点が置かれました。[35] :57 

すべての通信は同じ回線で行われるため、1台のコンピュータから送信された情報は、たとえその情報が1つの宛先のみを対象としている場合でも、すべての人が受信します。[h]ネットワークインターフェイスカードは、該当するパケットが受信された場合にのみCPUに割り込みます。カードは、アドレス指定されていない情報を無視します。[c] 1本のケーブルを使用するということは、データ帯域幅が共有されることも意味します。たとえば、2つのステーションが同時にアクティブになると、各デバイスで利用可能なデータ帯域幅が半分になります。[36]

2つのステーションが同時に送信しようとすると、衝突が発生します。それらは送信されたデータを破壊し、ステーションに再送信を要求します。失われたデータと再送信により、スループットが低下します。最悪の場合、最大許容ケーブル長で接続された複数のアクティブなホストが多くの短いフレームを送信しようとすると、過度の衝突によってスループットが大幅に低下する可能性があります。ただし、1980年のXeroxレポートでは、通常の負荷と人工的に生成された高負荷の両方での既存のイーサネットインストールのパフォーマンスが調査されました。レポートは、LANで98%のスループットが観察されたと主張しました。[37]これはトークンパッシングとは対照的ですLAN(トークンリング、トークンバス)。トークンの待機により、新しいノードがLANに入るたびにスループットが低下します。このレポートは、衝突ベースのネットワークが公称容量の37%の低い負荷の下で理論的に不安定になることをモデリングが示したため、物議を醸しました。多くの初期の研究者はこれらの結果を理解できませんでした。実際のネットワークでのパフォーマンスは大幅に向上します。[38]

最新のイーサネットでは、ステーションすべてが共有ケーブルまたは単純なリピーターハブを介して1つのチャネルを共有するわけではありません。代わりに、各ステーションはスイッチと通信し、スイッチはそのトラフィックを宛先ステーションに転送します。このトポロジでは、ステーションとスイッチが同時に通信を試みた場合にのみ衝突が発生する可能性があり、衝突はこのリンクに限定されます。さらに、10BASE-T規格では、ファストイーサネットで一般的になり、ギガビットイーサネットでデファクトスタンダードとなる全二重動作モードが導入されました全二重では、スイッチとステーションが同時に送受信できるため、最新のイーサネットは完全に衝突がありません。

リピーターとハブ

同軸ケーブルベースの10BASE2BNCコネクタ、左)とツイストペアベースの10BASE-T8P8Cコネクタ、右)の両方をサポートする1​​990年代のISA ネットワークインターフェイスカード

信号の劣化とタイミングの理由から、同軸イーサネットセグメントのサイズには制限があります。[39]イーサネットリピーターを使用することで、やや大規模なネットワークを構築できます初期のリピーターにはポートが2つしかなく、ネットワークサイズを最大で2倍にすることができました。3つ以上のポートを備えたリピーターが利用可能になると、スタートポロジでネットワークを配線できるようになりました。光ファイバを使用したスタートポロジ(「ファイバネット」と呼ばれる)を使用した初期の実験は、1978年までに公​​開されました。 [40]

共有ケーブルイーサネットは、そのバストポロジが、テレフォニー用の建物に設計されたスタートポロジケーブルプランと競合しているため、オフィスに設置するのは常に困難です。商業ビルにすでに設置されているツイストペア電話配線に準拠するようにイーサネットを変更することで、コストを削減し、設置ベースを拡大し、建物の設計を活用する別の機会が提供されました。したがって、ツイストペアイーサネットは1980年代半ばの次の論理的な開発でした。

シールドなしツイストペアケーブル(UTP)のイーサネットは、1980年代半ばに1 Mbit / sのStarLANで始まりました。1987年、 SynOpticsは、後にLattisNetと呼ばれる中央ハブを備えたスターワイヤードケーブルトポロジで、10 Mbit / sの最初のツイストペアイーサネットを導入しました[14] [34] :29  [41]これらは、ポイントツーポイントリンク専用に設計された10BASE-Tに進化し、すべての終端がデバイスに組み込まれました。これにより、リピーターは、大規模ネットワークの中心で使用される特殊なデバイスから、2台以上のマシンを備えたすべてのツイストペアベースのネットワークで使用する必要のあるデバイスに変更されました。これにより生じたツリー構造により、1つのピアまたはそれに関連するケーブルのほとんどの障害がネットワーク上の他のデバイスに影響を与えることを防ぐことにより、イーサネットネットワークの保守が容易になりました。[要出典]

物理的なスタートポロジと、ツイストペアおよびファイバーメディアに個別の送信チャネルと受信チャネルが存在するにもかかわらず、リピーターベースのイーサネットネットワークは依然としてハーフデュプレックスとCSMA / CDを使用し、リピーターによる最小限のアクティビティ、主にジャムの生成のみを行います。パケットの衝突を処理する際のシグナル。すべてのパケットはリピータ上の他のすべてのポートに送信されるため、帯域幅とセキュリティの問題は解決されません。リピーターの合計スループットは単一リンクのスループットに制限されており、すべてのリンクが同じ速度で動作する必要があります。[34] :278 

ブリッジングとスイッチング

2つのイーサネットスイッチのパッチフィールドを備えたパッチケーブル

リピーターは、ケーブルの破損など、イーサネットセグメントの一部の側面を分離できますが、それでもすべてのトラフィックをすべてのイーサネットデバイスに転送します。ネットワーク全体が1つの衝突ドメインであり、すべてのホストがネットワーク上のどこでも衝突を検出できる必要があります。これにより、最も遠いノード間のリピーターの数が制限され、イーサネットネットワーク上で通信できるマシンの数に実際的な制限が生じます。リピーターが参加するセグメントはすべて同じ速度で動作する必要があるため、段階的なアップグレードは不可能です。[要出典]

これらの問題を軽減するために、物理層を分離しながらデータリンク層で通信するためのブリッジングが作成されました。ブリッジングを使用すると、整形式のイーサネットパケットのみが1つのイーサネットセグメントから別のイーサネットセグメントに転送されます。衝突とパケットエラーは分離されています。初期起動時、イーサネットブリッジはイーサネットリピータのように機能し、セグメント間ですべてのトラフィックを渡します。次に、着信フレームの送信元アドレスを監視することにより、ブリッジはアドレスをセグメントに関連付けるアドレステーブルを作成します。アドレスが学習されると、ブリッジはそのアドレス宛てのネットワークトラフィックを関連するセグメントにのみ転送し、全体的なパフォーマンスを向上させます。ブロードキャストトラフィックは引き続きすべてのネットワークセグメントに転送されます。ブリッジはまた、2つのホスト間の合計セグメントの制限を克服し、速度の混合を可能にします。これらは両方とも、より高速なイーサネットバリアントの段階的な展開に不可欠です。[要出典]

1989年、MotorolaCodexは6310EtherSpanを発表し、KalpanaはEtherSwitchを発表しました。これらは、最初の商用イーサネットスイッチの例です。[i]このような初期のスイッチでは、着信パケットのヘッダーのみがドロップされるか別のセグメントに転送される前に検査されるカットスルースイッチングが使用されていました。[42] これにより、転送の待ち時間が短縮されます。この方法の欠点の1つは、異なるリンク速度を簡単に混在させることができないことです。もう1つは、破損したパケットが引き続きネットワークを介して伝播されることです。これに対する最終的な救済策は、元のストアに戻って転送することでしたブリッジングのアプローチでは、パケットがスイッチ全体のバッファに読み込まれ、フレームチェックシーケンスが検証されてから、パケットが転送されます。[42]最近のネットワーク機器では、このプロセスは通常、特定用途向け集積回路を使用して行われ、パケットをワイヤ速度で転送できます[要出典]

ツイストペアまたはファイバーリンクセグメントが使用され、どちらの端もリピーターに接続されていない場合、そのセグメントで全二重イーサネットが可能になります。全二重モードでは、両方のデバイスが同時に相互に送受信でき、衝突ドメインはありません。[43]これにより、リンクの総帯域幅が2倍になり、リンク速度の2倍としてアドバタイズされることがあります(たとえば、ファストイーサネットの場合は200 Mbit / s)。[j]これらの接続の衝突ドメインを排除することは、そのセグメント上の2つのデバイスがすべてのリンクの帯域幅を使用でき、そのセグメントの長さが衝突検出の制約によって制限されないことも意味します。

パケットは通常、目的のポートにのみ配信されるため、スイッチドイーサネットのトラフィックは共有メディアイーサネットのトラフィックよりも公開されません。それにもかかわらず、スイッチドイーサネットは、 ARPスプーフィングMACフラッディングなどの手段によってスイッチドイーサネットシステムを簡単に破壊できるため、依然として安全でないネットワークテクノロジーと見なす必要があります[要出典] [44]

帯域幅の利点、デバイスの相互分離の改善、デバイスのさまざまな速度を簡単に混在させる機能、および非スイッチドイーサネットに固有のチェーン制限の排除により、スイッチドイーサネットが主要なネットワークテクノロジーになりました。[45]

高度なネットワーキング

コアイーサネットスイッチ

シンプルなスイッチドイーサネットネットワークは、リピータベースのイーサネットに比べて大幅に改善されていますが、単一障害点、スイッチまたはホストをだまして、意図されていない場合でもマシンにデータを送信させる攻撃、スケーラビリティ、およびセキュリティの問題があります。スイッチングループブロードキャストラジエーション、およびマルチキャストトラフィック。[要出典]

スイッチの高度なネットワーク機能は、最短パスブリッジング(SPB)またはスパニングツリープロトコル(STP)を使用して、ループのないメッシュネットワークを維持し、冗長性(STP)または負荷分散(SPB)のための物理ループを可能にします。最短パスブリッジングには、リンクステートルーティングプロトコル IS-ISの使用が含まれ、デバイス間の最短パスルートを持つ大規模なネットワークを可能にします。

高度なネットワーク機能は、ポートのセキュリティを確保し、MACロックダウン[46]やブロードキャストラジエーションフィルタリングなどの保護機能を提供し、仮想LANを使用して、同じ物理インフラストラクチャを使用しながら異なるクラスのユーザーを分離し、マルチレイヤスイッチングを使用して異なるクラス間をルーティングします。リンクアグリゲーションを使用して、過負荷のリンクに帯域幅を追加し、冗長性を提供します。[要出典]

2016年、イーサネットはTOP500スーパーコンピューターの最も人気のあるシステム相互接続としてInfiniBandに取って代わりました。[47]

品種

イーサネット物理層はかなりの期間にわたって進化し、 1 Mbit / sから400Gbit / sの速度で、同軸、ツイストペア、および光ファイバ物理メディアインターフェイスを網羅しています[48]ツイストペアCSMA / CDの最初の導入は、 802.31BASE5として標準化されたStarLANでした。[49] 1BASE5は市場浸透率がほとんどありませんでしたが、10BASE-Tから10GBASE-Tに引き継がれる物理的な装置(配線、プラグ/ジャック、ピン配置、および配線計画)を定義しました。

使用される最も一般的な形式は、10BASE-T、100BASE-TX、および1000BASE-Tです。3つすべてがツイストペアケーブルと8P8Cモジュラーコネクタを使用します。これらは、それぞれ10 Mbit / s100 Mbit / s、および1 Gbit / sで実行されます。[50] [51] [52]

イーサネットの光ファイバーバリアント(一般的にSFPモジュールを使用)は、より大規模なネットワークでも非常に人気があり、高性能、より優れた電気的絶縁、およびより長い距離(一部のバージョンでは数十キロメートル)を提供します。一般に、ネットワークプロトコルスタックソフトウェアは、すべての種類で同様に機能します。[53]

フレーム構造

組み込みイーサネットチップであるSMSCLAN91C110(SMSC 91x)チップのクローズアップ

IEEE 802.3では、データグラムパケットまたはフレームと呼ばれます。パケットは、送信ユニット全体を説明するために使用され、プリアンブル開始フレーム区切り文字(SFD)、およびキャリア拡張(存在する場合)が含まれます。[k]フレームは、開始フレーム区切り文字の後に開始され、送信元と宛先のMACアドレスを特徴とするフレームヘッダーと、ペイロードプロトコルのプロトコルタイプまたはペイロードの長さを示すEtherTypeフィールドがあります。フレームの中央のセクションは、フレームで伝送される他のプロトコル(たとえば、インターネットプロトコル)のヘッダーを含むペイロードデータで構成されます。フレームは32ビットで終了します巡回冗長検査。転送中のデータの破損を検出するために使用されます[54] :セクション3.1.1および3.2 特に、イーサネットパケットには存続時間フィールドがないため、スイッチングループが存在する場合に問題が発生する可能性があります。

オートネゴシエーション

オートネゴシエーションは、接続された2つのデバイスが共通の伝送パラメータ(速度や二重モードなど)を選択する手順です。オートネゴシエーションは当初、100BASE-TXで最初に導入されたオプション機能でしたが、10BASE-Tとの下位互換性もあります。1000BASE-T以降では、自動ネゴシエーションが必須です。

エラー状態

ループの切り替え

スイッチングループまたはブリッジループは、 2つのエンドポイント間に複数のレイヤー2OSIモデル)パスがある場合にコンピューターネットワークで発生します(たとえば、2つのネットワークスイッチ間の複数の接続、または互いに接続された同じスイッチ上の2つのポート)。ブロードキャストとマルチキャストがすべてのポートのスイッチによって転送されると、ループはブロードキャストストームを作成します。スイッチは、ネットワークにあふれているブロードキャストメッセージを繰り返し再ブロードキャストします。レイヤ2ヘッダーは存続時間(TTL)値をサポートしていないため、フレームがループトポロジに送信されると、永久ループになる可能性があります。[55]

スイッチングループまたはブリッジループを含む物理トポロジは、冗長性の理由から魅力的ですが、スイッチドネットワークにループがあってはなりません。解決策は、物理ループを許可することですが、ネットワークスイッチで最短パスブリッジング(SPB)プロトコルまたは古いスパニングツリープロトコル(STP)を使用して、ループのない論理トポロジを作成します。[要出典]

ジャバー

イーサネットパケットの最大送信ウィンドウより長く送信しているノードは、ジャバリングしていると見なされます。物理トポロジに応じて、ジャバーの検出と修正方法は多少異なります。

  • MAUは、永続的なネットワークの中断を防ぐために、 DTEからの異常に長い送信(20〜150ミリ秒より長い)を検出して停止する必要があります。[56]
  • 電気的に共有されているメディア(10BASE5、10BASE2、1BASE5)では、ジャバーは各エンドノードでのみ検出され、受信を停止します。これ以上の救済は不可能です。[57]
  • リピーター/リピーターハブは、ジャバータイマーを使用して、期限切れになると他のポートへの再送信を終了します。タイマーは、1 Mbit / sで25,000〜50,000ビット時間、[58] 10および100Mbit / sで40,000〜75,000ビット時間、[59] [60]、1 Gbit / sで80,000〜150,000ビット時間実行されます。[61]キャリアが検出されなくなるまで、ジャバリングポートはネットワークから分割されます。[62]
  • MAC層を利用するエンドノードは通常、特大のイーサネットフレームを検出し、受信を停止します。ブリッジ/スイッチはフレームを転送しません。[63]
  • ジャンボフレームを使用するネットワークの不均一なフレームサイズ構成は、エンドノードによってジャバーとして検出される場合があります。[要出典]
  • アップストリームリピータによってジャバーとして検出され、その後カットオフされたパケットには、無効なフレームチェックシーケンスがあり、ドロップされます。[要出典]

ラントフレーム

  • ラントは、最小許容サイズよりも小さいパケットまたはフレームです。それらはドロップされ、伝播されません。[64]

も参照してください

メモ

  1. ^ 1976年の論文で説明されている実験的なイーサネットは2.94Mbit / sで動作し、8ビットの宛先アドレスフィールドと送信元アドレスフィールドがあるため、元のイーサネットアドレスは現在のMACアドレスではありません。[11]ソフトウェアの慣例により、宛先および送信元アドレスフィールドの後の16ビットは「パケットタイプ」を指定しますが、論文が述べているように、「異なるプロトコルはパケットタイプの互いに素なセットを使用します」。したがって、元のパケットタイプは、プロトコルごとに異なる可能性があります。これは、使用されているプロトコルを指定するIEEEイーサネット規格のEtherTypeとは対照的
  2. ^ 場合によっては、アダプタの交換時にアドレスが変更されないようにするため、またはローカルで管理されているアドレスを使用するために、工場で割り当てられたアドレスを上書きできます。
  3. ^ ab 無差別モードにない限り
  4. ^ もちろん、ブリッジとスイッチはパケットを転送するために他のアドレスを受け入れます。
  5. ^ 無線と有線の共有メディア通信には根本的な違いがあります。たとえば、無線システムよりも有線システムの方が衝突を検出する方がはるかに簡単です。
  6. ^ CSMA / CDシステムでは、パケットは、メッセージの伝播波の前縁が媒体のすべての部分に到達し、送信機が送信を停止する前に再び戻ることを保証するのに十分な大きさである必要があり、衝突(2つ以上のパケットが開始さそれらをオーバーラップさせた時間枠内で)が発見されます。その結果、最小パケットサイズと物理メディアの全長は密接に関連しています。
  7. ^ マルチポイントシステムは、電気的不連続性が信号を反映して一部のノードが適切に動作する一方で、他のノードは過度の再試行またはまったく動作しないために低速で動作する場合にも、奇妙な故障モードになりがちです。説明については定在波を参照これらは、セグメントの完全な障害よりも診断がはるかに難しい場合があります。
  8. ^ この「1つは話す、すべてを聞く」プロパティは、共有メディアイーサネットのセキュリティ上の弱点です。イーサネットネットワーク上のノードは、必要に応じて、ネットワーク上のすべてのトラフィックを盗聴する可能性があるためです。
  9. ^ スイッチという用語は、デバイスメーカーによって発明されたものであり、IEEE802.3標準には含まれていません。
  10. ^ トラフィックパターンが対称である場合にのみパフォーマンスが2倍になるため、これは誤解を招く恐れがあります。
  11. ^ キャリア拡張は、共有メディアギガビットイーサネットでの衝突検出を支援するために定義されています。

参考文献

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外部リンク