CCNA試験のまとめノート 02 イーサネット

イーサネット、CSMA・CD、ネットワーク機器、レイヤ2スイッチンぐ

イーサネットの概要

概要

  • 標準化:IEEE802.3
  • DIXイーサネット

MAC副層とLLC副層

  • MAC(Media Access Control)副層
  • LLC(Logical Link Control)

イーサネットフレーム

  • 種類:DIXとIEEE 802.3
  • フォーマット:
    • 宛先MACアドレス:6バイト;宛先のMACアドレス
    • 送信元MACアドレス:6バイト;送信元のMACアドレス
    • タイプ:2バイト;上位層プロトコルの識別番号。例えばIPv4なら「0x0800」、ARP、IPv6など
    • 長さ/タイプ:2バイト;データフィールドの長さ。
    • データ:46~1500バイト;46バイトに満たない場合0を入れる。
    • 802.2ヘッダ:IEEE802.2規格のサービス識別情報
    • FCS:4バイト。エラーチェックするためのCRC値。

MACアドレスの構成

  • OUI(Organizationally Unique Identifier):前半の24ビットは機器のベンダを示す。
  • 分類
    • ユニキャストMACアドレス:特定ノードへの通信(1対1)に使用
    • マルチキャストMACアドレス:1対N
    • ブロードキャストMACアドレス:1対全

イーサネットの規格

  • イーサネット(10Mb)
  • ファストイーサネット(100Mb)
  • ギガビットイーサネット(1Gb)
  • 10ギガビットイーサネット(10Gb)

CSMA/CD

概要、動作

  • CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
  • 名前:搬送波感知多重アクセス/衝突(しょうとつ)検出方式
  • 役割:複数のホストで共有しているケーブルなどの伝送媒体にどのようなタイミングでフレームの送信を制御
  • 三要素:
    • CS(キャリア センス):ケーブル上に信号が流れていないか確認する処理。
      • アイドル:信号が流れていない
      • IFG(Interframe Gap):フレーム間隔の最小時間
    • MA(Multiple Access:MA、多重アクセス):すべてのホストに対して送信権利が平等に与えられていること
    • CD(Collision Detection:CD、衝突検出):2台以上のホストが同時にキャリアセンスして送信開始;
      • ジャム(jam)信号:衝突検出したら、送信を停止し、32ビット長のジャム信号を送信して、衝突カウンタは1増加、すべてのホストに確実に伝える。
      • 衝突カウンタは16になった場合フレームを破棄する。

リピータハブを使用した10BASE-TにおけるCDMA/CD

ネットワーク機器

リピータ、ハブ

  • リピータ:電気信号を増幅し波形を再生して中継を行う。
  • ハブ:リピータの機能を持ち、リピータハブと呼ばれ、受信ポートを除くすべてのポートに信号を中継
  • コリジョンドメイン(Collision domain、冲突域): 電気信号の衝突が伝わる範囲のこと

ブリッジ・スイッチ

  • ポジション:MACアドレスを使用してフレームの中継を行うデータリンク層で操作
  • ブリッジとスイッチの違い
    • スイッチはマルチポートであり、どのポートにフレームを中継するかまで判断する

ルータ、レイヤ3スイッチ

  • ルータ:IPアドレスなどの論理アドレスを使用してパケットを中継する。
    • ルーティング:パケットのヘッダに含まれる宛先アドレスを基に、ルーティングテーブルを参照し、最適経路を選択してパケットを伝送。
    • 機能:
      • ルーティング
      • 異なるネットワークを相互に接続
      • ブロードキャストドメインを分割
  • レイヤ3スイッチ:
    • ルータとの違い
ルータ レイヤ3スイッチ
速度 低い(ソフトウェア処理) 高速(ハードウェア処理、ASIC:application specific integrated circuit、特定用途向け集積回路)
インターフェース イーサネット、シリアルなど イーサネット
ポート単価 高い 低い
場所 WAN 企業内のLANの構築
  • ブロードキャストドメイン(广播域):同じサブネットでブロードキャストできる地域。

デフォルトゲートウェイ

  • 定義:ルータは異なるネットワークへの「出入口」

レイヤ2スイッチング

スイッチの基本機能

  • MACアドレス学習
  • フィルタリング
  • 全二重通信
  • マイクロセグメンテーション

MACアドレスの学習

  • MACアドレステーブル:MACアドレスとポートの対応表
  • シスコの場合:CAMテーブル(Content-Addressable Memory Table)という
  • 動的:スイッチ自動MACアドレス学習
    1. スイッチ起動直後(MACアドレステーブルは未学習)
    2. MACアドレス学習:フレームを受信すると、そのNICのMACアドレスを登録する。
    • エージングタイム(Aging time, 老化时间):動的学習したMACアドレスはエージングタイムだけ保持する。
  • 静的:管理者手動でMACアドレスを登録

フィルタリング

  • 定義:宛先MACアドレスがあった場合、そのポートだけ転送する。

フラッディング(Flooding)

  • 定義:宛先MACアドレスがない場合、すべてのポートだけ転送する。
  • 場合:宛先MACアドレスが未学習、ブロードキャスト、未学習のマルチキャストフレーム

全二重通信(Full duplex)

  • 定義:データの送信と受信を双方から同時に行える通信方式
  • 必要条件:
    • 双方の機器が全二重通信サポート
    • スイッチポートで接続
    • P2P接続
  • マイクロセグメンテーション:1つのスイッチポートにホストを接続してコリジョンドメインを最小分割すること
  • オートネゴシエーション(auto-negotiation,自动交涉)
    • 機能:接続された機器の双方でサポートしている通信機能と通信モードを自動的に選択
    • 方法:FLP(Fast Link Pulse,快速连接脉冲)バーストを送出、通信速度と通信モードを含んで交換する