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ネットワークと コミュニケーション技法

ネットワークと コミュニケーション技法. 第 9 回 － LAN －. 講義内容. １． LAN の概要 ２．構成技術 　　・ネットワーク 　　・インタフェース 　　・プロトコル ３． LAN アクセス方式. LAN の歴史. １９６０年代 ： SAGE 防空システム（ DOD,IBM ） コンピュータ同士によるｺﾐｭﾆｹｰｼｮﾝの実用性実証 １９７０年代 ： DOD が異機種コンピュータ間通信 のためのプロトコル開発を先導 TCP/IP の誕生

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ネットワークと コミュニケーション技法

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Presentation Transcript

  1. ネットワークと コミュニケーション技法 第9回 － LAN －

  2. 講義内容 １．LANの概要 ２．構成技術 　　・ネットワーク 　　・インタフェース 　　・プロトコル ３．LANアクセス方式

  3. LANの歴史 • １９６０年代 ：SAGE防空システム（DOD,IBM） • コンピュータ同士によるｺﾐｭﾆｹｰｼｮﾝの実用性実証 • １９７０年代 ：DODが異機種コンピュータ間通信 のためのプロトコル開発を先導 • TCP/IPの誕生 • １９７０年代 ：IBM社、プロトコルの公開 • インターオペラビリティの推進 • １９８２年 ：Ethernet販売（Xerox） • １９８０年代 ：TokenRing販売（IBM） • １９８０年代中頃 ：単一オープンプロトコル開発 • １９９０年代 ：異種プロトコルの共存 ：クライアント／サーバ：ネットワーク資源の共有

  4. イーサネット ・米国ゼロックス社が提唱した名前（1973年） 　（どのベンダー製品でも相互接続できるように汎用性を重視） ・1982年にゼロックスは商標権を放棄 →製品名ではなく、様々な機能を包含したLAN全体の呼称となっている。

  5. LANのトポロジー スター型 バス型 ループ型 • ・環状高速道のように • 一方通行でデータが • 　流れる • ・トークン・リング • ・高速性にすぐれるが、 • 断線に弱い • ・通信路を共有 • ・CSMA/CD • （イーサネット） • ・電話配線のようにハ • ブ等でデータの交換 • を行う • ・断線による影響は少 • ないが、高速性に欠 • ける

  6. LANの構成 基幹LAN ルータ 支線LAN ハブ フロアLAN

  7. LANの広がり ★LAN （Local Area Network) ・同一構内 ★WAN （Wide Area Network) ・都市間、国家間

  8. インターネットワーキング ルータ ルータ ＷＡＮ ＬＡＮ ＬＡＮ ルータ ＬＡＮ

  9. ネットワークモデル ネットワークインタフェースカード インターネット ネットワーク端末 ルータ イーサネットケーブル ハブ ネットワーク対応機器

  10. ネットワーク機器 ★リピータ • 同一アクセス方式LANの接続。 　再生中継器 ★ブリッジ • 異種アクセス方式LANの接続も可能。 　フィルタリング（パケットの通過、非通過） ★ルータ • ルーティング ★ゲートウェイ • 異種プロトコルLANの接続

  11. リピータ LAN同士をつなぐ中継器。OSI参照モデルの第1層（物理層）で動作する。 リピータ イーサネットケーブル カスケード接続 ハブ ハブ クライアント クライアント クライアント クライアント クライアント クライアント

  12. ブリッジ MACアドレスをもとにデータ転送制御を行う。OSI参照モデルの第2層（データリンク層）で動作する。 データリンク層 クライアントC へのパケット クライアントD へのパケット 左側LANのアドレステーブル （クライアントA, B） 右側LANのアドレステーブル （クライア ントC, D） 同一LANのパケットなので通過禁止 他のLANのパケットなので通過 物理層 クライアントA クライアントB クライアントC クライアントD

  13. ルータ ネットワーク(LAN)同士をOSI参照モデルの第3層（ネットワーク層）で中継し、相互接続する。 異なるLAN A, B, Cを互いに接続 クライアント クライアント ルータ LAN A ルータ クライアント クライアント クライアント クライアント LAN C LAN B

  14. ルーティング ルータによるデータパケットの中継機能 スタティックルーティング：通信経路を記述したルーティングテーブルに従ってデータを手動で宛先のネットワークまで中継を行う。 ダイナミックルーティング：最新のルーティングテーブルをルータ間でRIP(Routing Information Protocol)などで通信を行い、テーブルを自動的に作成し、それに基づき経路選択を行う。

  15. クライアント／サーバ ★クライアント • ネットワーク環境でファイルやプリンタあるいはサービスなど共有資源を利用する側のコンピュータやプログラム ★サーバ • ネットワーク環境で、ファイルやプリンタあるいはサービスなど共有資源を提供する側のコンピュータやプログラム

  16. クライアント／サーバ ファイルサーバ プリンタサーバ メールサーバ LAN クライアントB クライアントC クライアントA

  17. サーバ ★ファイルサーバ • クライアントが作成した、データやプログラムなどのファイルを保存する。 • 共有で利用できるだけの十分なハードディスク容量がある。 • 同じファイルに複数の人が同時にアクセスしても混乱しないように制御する。 ★プリンタサーバ • クライアントから、ネットワーク経由で依頼された印刷ジョブを受け付け印刷する。 • 複数のクライアントから依頼された印刷ジョブを一旦ハードディスクに保存し、プリンタがあいたら次の印刷ジョブを実行するスプーリング機能を持つ。

  18. ネットワークインタフェースカード ★LANアダプタ、LANカードとも呼ぶ • ノート型パソコン用にはPCMCIA（PC)カード、USBタイプ ★コンピュータとネットワークケーブルの間のインタフェース • PCの主メモリとのデータのやりとり • PCI (Peripheral Component Interface)バス • 変換 • ①パラレル・シリアル変換 • ②速度変換 • ネットワークケーブルとのデータのやりとり • ①電気信号変換 • ②ケーブルへのアクセス制御 • ③ケーブルと物理的に接続

  19. ネットワークインタフェースカードの構成 ＰＣ 主メモリ PCI (Peripheral Component Interface)バス ネットワークインタフェースカード ペアケーブル 信号 変換 バッファ ①電気信号変換 ②アクセス制御 ③物理的接続 ①パラレル・シリアル変換 ②バッファリング

  20. 24 ０ 製品番号 メーカコード ＭＡＣアドレス (Media Access Control) • コンピュータやルータなどネットワーク機器が個別にもっているハードウェアアドレス（宛先アドレスと送信アドレス） • メーカで製造時点で割り当てられている • 物理アドレスとも呼ぶ • 第２層プロトコルで使用する • パソコンのＬＡＮカードを変えると、ＭＡＣアドレスは変わるが、ＩＰアドレスはそのまま 47

  21. LANカード/アダプタ PCMCIAカード型（PCカード） PCI (Peripheral Component Interconnect)タイプ USBタイプ

  22. ネットワークケーブル • シールド無しツィストペアケーブル • UTP（Unshielded Twisted Pair） Cable • シールド付きツィストペアケーブル • STP(Shielded Twisted Pair) Cable • 同軸ケーブル • 光ファイバーケーブル

  23. シールド無しツィストペアケーブル • 10BaseTケーブルで利用 • カテゴリー１（音声用）～カテゴリー５（100Mbit/s用) • RJ-45コネクタ使用 • 柔軟に曲がるので工事が容易で安価 • 雑音に弱く、長く伸ばせない

  24. シールド付きツィストペアケーブル • IBMデータコネクタ使用 • 雑音に非常に強い • トークンリングLAN専用 • ケーブルが太く、工事に難点あり

  25. 同軸ケーブル • 10Base2、10Base5 ケーブルに使用 • イーサネットの基幹系に使用 • BNCコネクタ使用 10Base2

  26. 光ファイバーケーブル • FDDI (Fiber Distributed Data Interface)に使用 • ST光ファイバーコネクタ使用 • 信号はガラス繊維の中を伝わる光のパルスなので、外部の電流雑音の影響を一切受けない

  27. IEEE802.3規格 IEEE802.3規格のLAN→10BASE5 10: ケーブル上のデータ伝送速度が10Mbit/s BASE: ベースバンド伝送技術を使用 　　　　（ディジタル信号のパルス波形をそのまま伝送） 5: １本のケーブル最大長が500m • 10BaseT • 電話線と同じツイスト・ペアケーブル（カテゴリー3）を使用、10Mbit/s、最大100ｍ • 10Base２ • Thin（細い）イーサネットとか呼ばれ,1/4インチ同軸ケーブルを使用、10Mbit/s、最大185ｍ

  28. LAN用ケーブル 名称 伝送速度 伝送媒体 100BASE-T2 100BASE-T4 100BASE-TX 100BASE-FX 2対UTP（カテゴリ3) 4対UTP（カテゴリ3) 2対UTP（カテゴリ5) 2心光ファイバー 100Mbit/s 1000BASE-T 1000BASE-LX 1000BASE-SX シングルモード/マルチモード光ファイバー 1Gbit/s UTP: Unshielded Twisted Pair

  29. LANの標準化 ★標準化の背景 • オープン化 • モジュール化 • マルチベンダー化 • インターオペラビリティ（相互運用性） ★標準化の利点 • ユーザ主導 • 選択の多様性 • 柔軟なシステム構成 • 機能拡張の容易性 • マルチベンダー化による低コスト化 ★標準化機関 • IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers) 802委員会 • ANSI(American National Standards Institute) X3委員会

  30. LANの技術標準 ・802.1 上位レベルインタフェース及びアーキテクチャ ・802.2 論理リンク制御 ・802.3 CSMA/CD（搬送波検知多重アクセス・衝突検出機能付） ・802.4 トークンバス ・802.5 トークンリング ・802.6 MAN ・802.7 ブロードバンド ・802.8 光ファイバー ・802.9 ISLAN（統合サービスLAN） ・802.10 セキュリティ ・802.11 無線LAN 　他（802.17まで）

  31. OSI • 開放型システム相互接続 • OSI: Open System Interconnection • 目的に合わせ、幅広い選択肢（モジュール）の中から最適なものを選択し、組み合わせて利用できる • 通信規約（プロトコル）を７階層（モジュール）に分割 • 第１層：物理層 • 第２層：データリンク層 • 第３層：ネットワーク層 • 第４層：トランスポート層 • 第５層：セション層 • 第６層：プリゼンテーション層 • 第７層：アプリケーション層

  32. 応用層 プレゼンテーション層 セション層 トランスポート層 ネットワーク層 データリンク層 物理層 ネットワーク機器とＯＳＩ参照モデルとの対応 ゲートウェイ ルータ ブリッジ リピータ ＯＳＩ参照モデル インターネットワーク機器

  33. プロトコル－OSI参照モデル－ 第７層 アプリケー ション層 エンドツエンドでアプリケーション制御を行う 第６層 プレゼンテ ーション層 エンドツエンドでデータの表現形式の制御を行う 第５層 セション層 エンドツエンドで通信モードの制御を行う 第４層 トランス ポート層 エンドツエンドでデータ伝送を行うための制御を行う 第３層 ネット ワーク層 エンドツエンドでネットワークの通信経路の制御を行う 第２層 データ リンク層 隣接ノード間でデータを伝送するための制御を行う 第１層 物理媒体を相互に接続するための条件 物理層

  34. 第１層：物理層 ★物理的条件 • 使用するネットワークケーブル • (例）１０ＢａｓｅＴ ★機械的条件 • 使用するコネクタの形状 • (例）ＲＪ－４５コネクタ ★電気的条件 • 各ピンの意味 • 各ピンの信号レベルや特性

  35. 第２層：データリンク層 ★隣接するノード間あるいは、ノードとターミナル間で信頼性の高いデータ伝送を保証する。 • 主な機能 • ①データリンクコネクションの確立と解放 • ②データのフレーム化 • ③フレームの伝送順序の決定 • ④フレームの伝送確認とフロー制御 • ⑤伝送誤りの検出 • ⑥再送制御 • 例 • イーサネット、ＦＤＤＩ

  36. 第３層：ネットワーク層 ★ネットワークを介して、エンド・ツー・エンドで通信相手の指定と通信経路の制御を行う。 • 主な機能 • アドレッシング機能（通信相手の指定） • ルーティング機能（通信経路の制御） • 例 • ＩＰプロトコル

  37. 第４層：トランスポート層 ★ネットワークを介して、エンド・ツー・エンドでユーザデータの転送を行う。 • 主な機能（ＴＣＰの例） • データの分解・組み立て • 順序制御 • 応答確認 • 再送制御 • ウィンドウ制御 • フロー制御 • 例 • ＴＣＰプロトコル、ＵＤＰプロトコル

  38. 第５層～第7層 第5層：セッション層 　★通信モードの管理等を行う。 第6層：プレゼンテーション層 　★ユーザデータの表現方法を制御する。 　　主な機能 • コードセットの指定 • データ圧縮方法の指定 • 暗号化の有無 第7層：アプリケーション層 　★アプリケーションの制御を行う。 例 • ＳＭＴＰプロトコル（電子メール） • ＦＴＰプロトコル（ファイル転送）

  39. 第７層 アプリケー ション層 第６層 アプリケ ーション層 プレゼンテ ーション層 第５層 セション層 第４層 トランス ポート層 トランス ポート層 第３層 ネット ワーク層 インター ネット層 第２層 データ リンク層 ネットワー ク・インタ フェース層 第１層 物理層 TCP/IPの位置付け Transmission Control Protocol／Internet Protocol TELNET FTP NMTP rlogin SMTP POP3 MIME SNMP DHCP Socket NETBIOS TCP UDP IP PPP Ethernet トークン・ リング FDDI ATM

  40. LANのアクセス方式 ★CSMA/CD方式 • Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection • 送信可能状態確認、送信開始、衝突検知、再送信 • バス型配線 • 小規模LAN用（Ethernet） ★トークンリング方式 • トークンの放出、トークンの転送、トークンの受信とデータ送信、受信データの返送、受信データ確認とトークン放出 • リング型配線 • 大規模LAN（FDDI)

  41. CSMA/CD方式 －送信可能状態の確認－ C A B Carrier Sense E D

  42. CSMA/CD方式 －送信の開始－ C A B データ C 送信の開始 （A, B, Eが送信していないことを確認してからCへ送信） E D

  43. データ C データ A CSMA/CD方式 －衝突の検出－ C A B 衝突 衝突したパケットは廃棄する。 E D

  44. データ A CSMA/CD方式 －再送信－ C A B データ C ５秒後 １０秒後 E D

  45. トークン B トークンリング方式 －トークン(token)放出－ トークン(token)：LANのリング内に一つしか存在しない送信権を表す情報信号 A D E 制御情報を端末間で循環 トークンは局間を固定した順序で通過し、トークンを持っている局のみが送信の権利を持つ。 C B

  46. トークン C トークンリング方式 －トークンの転送－ D A E C B

  47. データ トークン E C トークンリング方式 －データの送信－ D A E C B

  48. トークン データ C C トークンリング方式 －コピーデータの返送－ D A E コピー済み標識 C B

  49. トークン データ D C トークンリング方式 －トークンの解放－ D A E 廃棄 C B

  50. 大規模LAN（FDDI) FDDI: Fiber Distributed Data Interface 支線LAN 基幹LAN FDDIのLAN イーサネットLAN 光ファイバーケーブル伝送速度100Mbit/s ブリッジ 支線LAN 支線LAN ブリッジ ブリッジ イーサネットLAN イーサネットLAN ブリッジ イーサネットLAN 支線LAN

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