LANとは

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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 フレーム送信の合図
宛先MACアドレス 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
タイプ 0x0800:IPv4
0x0806:ARP
0x86DD:IPv6
0x8100:Tagged VLAN
データ 46~1500 IPパケット
FCS 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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