LAN
LAN(Local Area Network)とは、比較的限られた範囲のコンピュータなどの情報機器が接続されたネットワークであり、データリンク層の通信を行うためのプロトコルです。
通信レイヤ
通信レイヤ(OSI参照モデル)とプロトコルの関係は以下になります。
レイヤ | プロトコル | データ単位 | |
L4 | トランスポート僧 | TCP/UDP | セグメント=トランスポートヘッダ+データ |
L3 | ネットワーク層 | IP | IPパケット=IPヘッダ+セグメント |
L2 | データリンク層 | LAN | フレーム=MACアドレス+IPパケット |
L1 | 物理層 | LAN | - |
データリンク層の「データリンク」とは、隣接する機器(ノード)との間に作る論理的な伝送路です。データリンク層では、ビットが欠けていないかを判断するためにカプセル化処理(フレーム化)を行い、物理層の信頼性を確保します。
ネットワーク機器
ネットワーク機器と通信レイヤの関係は以下になります。
レイヤ | ネットワーク機器 | 機能 |
L4 | L4スイッチ | 負荷分散 |
L3 | L3スイッチ ルータ |
ブロードキャストドメインの分割 ※ブロードキャストドメイン:ブロードキャストフレームが届く範囲 |
L2 | L2スイッチ ブリッジ |
コリジョンドメインの分割 ※コリジョンドメイン:フレーム衝突が起こる範囲 |
L1 | リピータ、ハブ | 電気信号の増幅 |
1つのLANは、1つのブロードキャストドメインであり、IPプロトコルの1つのネットワークアドレス(L3スイッチの1ポート)に相当します。尚、ブロードキャストドメインを分割する技術は、VLAN(Virtual LAN)と呼ばれています。
イーサネット
イーサネット(IEEE802.3、CSMA/CD方式)とは、現在最も普及しているLANの規格です。以前はトークンリングやフレームリレー、FDDIなどが複数乱立していましたが、今ではあまり見ることはありません。
尚、CSMA/CDはフレームの衝突を回避するための方式でが、L2スイッチとツイストペア(UTP)ケーブルの登場により、衝突の制御が不要になったため、10Gイーサネットの規格からは外されました。
フレーム構成
イーサネットのフレームの構成は、先頭から以下のようになります。
名称 | バイト数 | 内容 |
プリアンプル | 8 | フレーム送信の合図 |
宛先MACアドレス | 6 | 上位24ビット:ベンダーコード 下位24ビット:ノード番号 |
送信元MACアドレス | 6 | |
タイプ | 2 | 0x0800:IPv4 0x0806:ARP 0x86DD:IPv6 0x8100:Tagged VLAN |
データ | 46~1500 | IPパケット |
FCS | 4 | チェックサムによりデータが壊れていないか確認(Frame Check Sequence) |
フレームタイプ
イーサネットは、通信パターンによって3つのフレームタイプに分類されます。
ユニキャスト | 相手ノードのMACアドレスを設定した1:1の通信。 |
ブロードキャスト | MACアドレスに「FF-FF-FF-FF-FF-FF」を設定した、ブロードキャストドメイン内の全てのノードに対する通信。 |
マルチキャスト | MACアドレスの上位25ビットが「01-00-5E-1」(最後は1ビット)で、下位23ビットはマルチキャストIPアドレス(224.0.0.0~239.255.255.255)の下から23ビットを設定。特定のグループ(マルチキャストグループ)のノードのみが受信。 |
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