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テクノロジー講座/イーサネット(10Mbps)編
イーサネットについて
イーサネット仕様一覧
ネットワーク基本構成
イーサネットフレーム
接続形態(トポロジー)
現在、日常的にネットワークという言葉が使われていますが、
コンピューターのネットワークにも様々なタイプがあり、その代表がイーサネットです。
ここではイーサネットについて説明します
イーサネットについて
イーサネットとは、数あるネットワーク接続タイプの一つです。
基本となる仕様は1970年後期にXeroxで開発され、1980年にDEC・Intel・Xeroxの3社によってDIX-Ethernt規格としてまとめられました。IEEE802.3 CSMA/CD規格はDIX-Ethernetをベースとして、LANの標準化を行っているIEEE802委員会のワークグループであるIEEE802.3により策定されました。
この規格は媒体アクセス制御にDIX-Ethernetと同じCSMA/CD方式を採用しており、互換性が保たれています。
イーサネット仕様一覧
  DIX
イーサネット
IEEE 802.3
10BASE5 10BASE2 10BASE-T 10BASE-FL
帯域幅
(Mbps)
10
信号タイプ ベースバンド(baseband)
最長距離
(m)
500 185 100 2000
ケーブル 同軸50Ω
(12mm径)
同軸50Ω
(5mm径)
UTPカテゴリー3 GI/MMF850nm
接続形態 バス型 スター型

100Mbps のイーサネット仕様はIEEE802.3uで、1000MbpsはIEEE802.3zで標準化されており、現在では全てのイーサネット機器及び設備は、IEEE802.3標準に準拠して構築されるようになっています。<
帯域幅(10Mbps)
イーサネットでは、10Mbpsの通信帯域を実現します。これは通信速度ではなく、通信量となります。
単位のbpsは「Bit Per Second」の略で、1秒間に1000万ビットのデータを送信することを意味します。
信号伝搬方式(ベースバンド)
イーサネットでは、ベースバンド(baseband)方式でのデータ通信を実現しています。
ベースバンドとは、1つの物理媒体(ケーブル)に、1つのチャンネル(通信権)を供給するデジタル通信です。この方式は同時に複数の端末からの送信ができません。通信端末が通信権を確保できた場合にのみ、データの送信が可能になります。
ベースバンド方式を用いるイーサネットは、セグメント上に接続された全ての装置にデータを伝えるために、一台の端末からの送信データがケーブル上の全帯域を使用します。
ネットワーク基本構成
イーサネット・
インターフェース
AUI MAU MDI
10BASE5 端末に内蔵 AUIケーブル 外部取付MAU トランシーバーTAP
10BASE2 ケーブルを
使用 せずに
端末内部
で接続
端末に内蔵 BNCコネクターを端末に装備
10BASE-T RJ45を端末に装備
10BASE-FL 光コネクターを端末に装備
機能内容 CSMA/CDの
機能を制御
端末とMAU
の接続
データ送受信
及び、衝突検出
各メディアへの物理的変換
(コネクター形状、配線仕様)
通信方式(CSMA/CD)
イーサネットの機能が装備された装置は、ネットワーク上で集中制御される訳ではなく、各々の機器が独立して動作を行います。
そして全てのイーサネット装置は、共有されたメディアシステム(ケーブル)に接続します。それゆえ全ての通信は共有されたメディアシステム上にブロードキャスト(一斉通知)を行います。
これらを前提として、イーサネットではCSMA/CD によるコンピューター同士の通信(コミュニケーション)を行います。CSMA/CD は、Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection の略称です。
通信手順は、大きく3手順からなり、「キャリア検知」「衝突検出」「多重アクセス」に分かれます。
キャリア検知 通信開始時、通信媒体(ケーブル)上に搬送波が伝搬されているかの確認を行う。
衝突検出 キャリア検知後、通信媒体に伝搬データがないことを確認し送信を開始するが、他の送信データとの衝突が発生すれば、一定時間内にこれを検出する。(データの送信を中止する)
多重アクセス 「キャリア検知」「衝突検出」の処理を最大1024の端末が平等に実行しCSMA/CD 通信を行う。
通信方式(CSMA/CD)
イーサネットフレーム
EthernetとIEEE802.3標準は、ネットワークフレームヘッダの構造に一部相違がありますが相互通信を実現するために互換が図られています。
Ethernet DIXフレーム
8byte 6byte 6byte 2byte 46-1500 byte 4byte
プリアンブル 宛先
MACアドレス
送信元
MACアドレス
フレーム
タイプ
データ
(TCP/IP, DECnet)
FCS
Ethernet 802.3 (802.2) フレーム
8byte 6byte 6byte 2byte 46-1500 byte 4byte
プリアンブル 宛先
MACアドレス
送信元
MACアドレス
フレーム
タイプ
データ
(TCP/IP, DECnet)
FCS
イーサネットは、単に機器間でのデータ運搬を行うことを目的とし、通信データの内容には依存しません。
これは、フレームで定義される内容も差出人と受取人を識別するための「MACアドレス」を基にさまざまな高水準プロトコルデータ(TCP/IP、 NetWare、NetBIOSなど)を伝える役割を果たします。
一般的にTCP/IP通信の場合は「Ethernet DIXフレーム」を利用し、その他の場合(NetWare, NetBIOSなど)は「IEEE 802.3 (802.2)フレーム」を利用します。
接続形態(トポロジー)
CSMA/CD (衝突を回避しながら通信権を確保し、全ての接続端末へデータを伝搬する)方式を機能させる為の接続形態には、『バス型』と『スター型』の2つのトポロジーがあります。
これらのトポロジーが、『ノード』の接続形態を定義しています。
(ノードとは、コンピューターやネットワーク機器などの通信端末を意味します。)
接続形態で特に重要なことは、バス型とスター型のどちらも「データの巡回(ループ)を発生させない」ことです。ループ状態が発生するとCSMA/CDが正常に機能せず、通信不良となります。
バス型 :1本の幹線(セグメント)に、複数の端末を接続します。
スター型 :集線装置(HUB)を中心に、複数のセグメント(端末)を接続します。
接続形態(トポロジー)
バス型
『バス型』は、バスとなる同軸ケーブルセグメントにノードが一列にぶら下がる構成です。
全てのノードはバスに通信データを送出することで、バスセグメントに接続している他の全ノードとの通信が可能になります。 同軸ケーブルを使用することで、破損・ノイズに対して高い信頼性を保てます。しかし、同軸ケーブルは、設置作業には経験を要し、拡張性も劣りメンテナンスコストがかかります。また、同軸ケーブルに障害が発生すればセグメント全体の通信は使用できなくなり、ケーブルの障害が解決されるまで通信が不可能となります。
スター型
『スター型』は、2つのノードを接続するPoint-to-Pointセグメントを基本とします。
言うまでもなく2台のノードだけ接続してもそれは非常に限定されるネットワークとなりますので、それゆえリピータ−HUBなど多数のPoint-to-Point セグメントを接続する機器が必須となります。
このトポロジーの最大の長所は、メンテナンスの容易な点です。設置や接続に関してはワンタッチで作業者を選びません。そして拡張性にも優れています。 また、Point-to-Pointセグメントに障害が発生しても、それはその2台のノードに影響を及ぼすだけで、ネットワーク上のその他のノードは通信を継続することができます。 接続機器が破損した場合も、それに接続されたノードに影響を与えますが、ネットワーク全体には及びません。 接続距離やノイズを考慮する必要がある場合には光ファイバーを利用できます。更に重要な点は、最新のネットワークテクノロジー(100Mbps, 1Gbps)では『スター型』のトポロジーのみを採用している点です。 10Mbpsイーサネットをスター型で構築していれば、将来100/1000 Mbpsイーサネットへの容易な拡張が可能です。

イーサネットについてご理解いただけたでしょうか。このテクノロジー講座の他にも、「ネットワーク機器講座」「ネットワーク構築講座」を開講しております。是非ご覧下さい。 Emulationがあります。


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